Παρασκευή, 2 Ιανουαρίου 2015

Αλλεπάλληλα ρεβεγιόν έκανε το πλήρωμα του ISS. Happy New Year 16 Times on Space Station

Δεκαέξι φορές Πρωτοχρονιά γιόρτασαν στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό. The ISS travels around the globe at 17,500 miles-per-hour and orbits the world 16 times every day.

Ταξιδεύοντας το γύρο της Γης με ταχύτητα άνω των 28.000 χιλιομέτρων την ώρα, το πλήρωμα του Διεθνούς Διαστημικού Σταθμού πρόλαβε να γιορτάσει τον ερχομό της Πρωτοχρονιάς 16 φορές. Το πολυεθνικό τροχιακό συγκρότημα συμπληρώνει μια πλήρη περιφορά της Γης κάθε 90 λεπτά και βλέπει την ανατολή και το ηλιοβασίλεμα 16 φορές την ημέρα.

The crew of the International Space Station have decided to celebrate the beginning of 2015 once for every time they fly over a timezone at the stroke of midnight.

Επισήμως, το έτος 2015 άρχισε για τον ISS στις 02.00 ώρα Ελλάδας την 1η Ιανουαρίου, μεσάνυχτα ώρα Γκρίνουιτς. Εκείνη την ώρα το πλήρωμα υποτίθεται ότι θα έπρεπε να κοιμάται, είχε όμως τη δυνατότητα να μείνει ξύπνιο αφού η μέρα της Πρωτοχρονιάς ήταν ελεύθερη. Οι προπόσεις για το νέο έτος έγιναν με φρουτοχυμό, διευκρίνισε η NASA.

Terry Virts (@AstroTerry) tweets: Unwrapping an early Christmas gift last week. @AstroRobonaut is my favorite action figure. #SpaceVine

H επόμενη σημαντική μέρα για τον σταθμό θα είναι η 6 Ιανουαρίου, γιορτή των Θεοφανίων στην Ελλάδα, οπότε προγραμματίζεται να εκτοξευτεί το σκάφος Dragon που μεταφέρει εφόδια. Στον ISS ζουν αυτό το διάστημα δύο αμερικανοί αστροναύτες, μια Ιταλίδα και τρεις ρώσοι κοσμοναύτες.

Ένας «γυμνός» γαλαξίας. Hubble Sees the Beautiful Side of Galaxy IC 335

Ο IC 335 είναι ένας γαλαξίας που δεν διαθέτει σπείρες. This new NASA/ESA Hubble Space Telescope image shows the galaxy IC 335 in front of a backdrop of distant galaxies. IC 335 is part of a galaxy group containing three other galaxies, and located in the Fornax Galaxy Cluster 60 million light-years away. As seen in this image, the disk of IC 335 appears edge-on from the vantage point of Earth. This makes it harder for astronomers to classify it, as most of the characteristics of a galaxy’s morphology — the arms of a spiral or the bar across the center — are only visible on its face. Still, the 45 000 light-year-long galaxy could be classified as an S0 type. Credit: ESA/Hubble and NASA

Το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble προσέθεσε άλλη μια επιτυχία στην τεράστια λίστα των ανακαλύψεων που έχει κάνει στο Σύμπαν από τη στιγμή που τέθηκε σε λειτουργία το 1990. Το Hubble εντόπισε ένα μυστηριώδη γαλαξία σε απόσταση 60 εκ. ετών φωτός από τη Γη. Ο γαλαξίας που έλαβε την κωδική ονομασία IC 335 δεν διαθέτει σπείρες και σύμφωνα με τους ειδικούς η μελέτη του μπορεί να προσφέρει νέα στοιχεία όχι μόνο για τη δημιουργία γαλαξιών αλλά και για τον σχηματισμό του Σύμπαντος. Οι πρώτες παρατηρήσεις στον γαλαξία δείχνουν ότι ανήκει σε σπάνιο τύπο γαλαξιών, τους SO, που είναι ευρύτερα γνωστοί με τον όρο φακοειδείς γαλαξίες. Ένας φακοειδής γαλαξίας είναι η ενδιάμεση μορφή εμφάνισης μεταξύ ελλειπτικού και σπειροειδή γαλαξία.

Η αυθόρμητη δημιουργία του σύμπαντος από το τίποτε. A Mathematical Proof That The Universe Could Have Formed Spontaneously From Nothing

Cosmologists assume that natural quantum fluctuations allowed the Big Bang to happen spontaneously. Now they have a mathematical proof. Image Credit: National Geographic

Μια από τις σημαντικότερες θεωρίες της σύγχρονης κοσμολογίας είναι η θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης. Πρόκειται για μια επιστημονική θεωρία που διαθέτει πολλά «αποδεικτικά στοιχεία»:

A map of cosmic microwave background radiation. (Source: European Space Agency)

Πρώτον, η κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου, που είναι ένα είδος «ηχούς» της Μεγάλης Έκρηξης, δεύτερον, η συνεχής διαστολή του σύμπαντος, που αν την φανταστούμε χρονικά προς τα πίσω, οδηγούμαστε σε μια αρχή – τύπου Μεγάλης Έκρηξης, τρίτον, η αφθονία των αρχέγονων στοιχείων που παρατηρείται στο σύμπαν, όπως το 4He, 3He, 2H και άλλων, υπολογίζεται θεωρητικά χρησιμοποιώντας βασικές αρχές της πυρηνικής φυσικής στα πρώτα λεπτά της Μεγάλης Έκρηξης.

Image Credit: Chaoss/Shutterstock

Όμως υπάρχει ακόμα ένα μεγάλο ερωτηματικό. Τι προκάλεσε την Μεγάλη Έκρηξη; Για πολλά χρόνια, οι κοσμολόγοι θεωρούσαν ότι το σύμπαν δημιουργήθηκε αυθόρμητα, ότι η Μεγάλη Έκρηξη ήταν το αποτέλεσμα των κβαντικών διακυμάνσεων απ’ όπου το σύμπαν δημιουργήθηκε από το τίποτα.

Αυτό είναι ευλογοφανές, αν πάρουμε υπόψη μας αυτά που γνωρίζουμε από την κβαντική μηχανική. Αλλά οι φυσικοί στην πραγματικότητα χρειάζονται περισσότερα – μια μαθηματική απόδειξη που θα δίνει σάρκα και οστά σ’ αυτή την ιδέα.

The expansion of the universe. (Source: NASA)

Στην εργασία τους με τίτλο «Spontaneous creation of the universe from nothing», οι φυσικοί Dongshan He et al από την Κίνα, επιχειρούν να δώσουν την πρώτη αυστηρή μαθηματική απόδειξη, για το ότι η Μεγάλη Έκρηξη θα μπορούσε να συμβεί αυθόρμητα εξαιτίας των κβαντικών διακυμάνσεων.

Η νέα απόδειξη βασίζεται σε ένα ειδικό σύνολο λύσεων της εξίσωσης Wheeler-DeWitt. Όμως τι είναι η εξίσωση Wheeler-DeWitt;

Στο πρώτο μισό του 20ου αιώνα οι κοσμολόγοι προσπαθούσαν να συνδυάσουν του δυο πυλώνες της σύγχρονης φυσικής – την κβαντική μηχανική και την γενική σχετικότητα – με έναν τέτοιο τρόπο ώστε το σύμπαν να περιγράφεται ικανοποιητικά. Φαινόταν όμως πως οι δύο αυτές θεωρίας βρίσκονταν σε απόλυτη αντίθεση μεταξύ τους.

John Wheeler (third from left) walks through the woods at the Institute for Advanced Study with, from left, fellow physicists Albert Einstein of the institute, Hideki Yukawa of Kyoto University in Japan and Homi Bhabha of the Tata Institute of Fundamental Research in India. Photo: Courtesy of the Wheeler family.

Σημαντική πρόοδος επετεύχθη στο 1960, όταν οι φυσικοί John Wheeler και Bryce DeWitt κατάφεραν να συνδυάσουν αυτές τις ασύμβατες ιδέες σε ένα μαθηματικό πλαίσιο που τώρα είναι γνωστό ως εξίσωση Wheeler-DeWitt. Η εργασία των Dongshan He και των συνεργατών του διερευνά κάποιες νέες λύσεις αυτής της εξίσωσης.


An illustration of the 6d smooth Euclidean instanton glued onto the Lorentzian bubble from nothing. The core is shown in black surrounded by a white region indicating unbroken SU (2). The S2 compactification manifold is represented by S0 (two points), which degenerates at the core.

Κεντρικό σημείο αυτών των ιδεών είναι η αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg. Αυτή είναι που επιτρέπει την πιθανοκρατική δημιουργία ενός μικρού κενού χώρου εξαιτίας των διακυμάνσεων, σ’ αυτό που οι φυσικοί ονομάζουν μετασταθές ψευδο-κενό. Όταν συμβαίνει αυτό υπάρχουν δύο δυνατότητες. Αν αυτή η φυσαλίδα κενού δεν διαστέλλεται γρήγορα, τότε εξαφανίζεται σχεδόν αμέσως. Αν όμως μπορεί να διασταλεί σε ένα αρκετά μεγάλο μέγεθος, τότε ένα σύμπαν δημιουργείται κατά έναν μη αντιστρεπτό τρόπο.

Έτσι, τίθεται το ερώτημα: μπορεί η εξίσωση Wheeler-DeWitt να επιτρέψει κάτι τέτοιο;

Σύμφωνα με τους Dongshan et al: «έχουμε αποδείξει ότι όταν δημιουργείται μια μικρή φυσαλίδα πραγματικού κενού, έχει την δυνατότητα να επεκταθεί εκθετικά». Στην προσέγγισή τους θεωρούν μια σφαιρική φυσαλίδα που περιγράφεται πλήρως από την ακτίνα της. Μετά καταλήγουν στην εξίσωση που περιγράφει το ρυθμό με τον οποίο αυτή η ακτίνα μπορεί να αυξηθεί. Και στη συνέχεια εξετάζουν τρία σενάρια για τη γεωμετρία της φυσαλίδας – κλειστή, ανοιχτή ή επίπεδη.

Σε κάθε μια από αυτές τις περιπτώσεις, βρίσκουν μια λύση κατά την οποία η φυσαλίδα μπορεί να διαστέλλεται εκθετικά και να φτάσει έτσι σε ένα μέγεθος ενός σύμπαντος που προέκυψε από μια Μεγάλη Έκρηξη.

Αυτό είναι ένα αποτέλεσμα που οι κοσμολόγοι θα μπορούσαν να αξιοποιήσουν. Έχει επίσης και μια ενδιαφέρουσα συνέπεια.

Einstein proposed the existence of the Cosmological Constant in 1917 (or so) but quickly took it back in the 1920's when Hubble announced that the Universe was expanding. Today, we believe that there could be a nonzero Cosmological Constant which might be the Dark Energy of the Universe.

Ένας σημαντικός παράγοντας στα σημερινά πρότυπα του σύμπαντος είναι η αποκαλούμενη κοσμολογική σταθερά. Πρόκειται για τον παράγοντα που περιγράφει την ενεργειακή πυκνότητα του κενού χώρου. Εισήχθη αρχικά από τον Einstein το 1917 στη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας και εγκαταλείφθηκε στη συνέχεια από τον ίδιο, μετά την ανακάλυψη του Hubble ότι το σύμπαν διαστέλλεται. Μέχρι τη δεκαετία του 1990, οι περισσότεροι κοσμολόγοι υπέθεταν ότι η κοσμολογική σταθερά ισούται με μηδέν. Όταν όμως βρέθηκαν οι πρώτες ενδείξεις ότι το σύμπαν διαστέλλεται επιταχυνόμενα, για να εξηγήσουν την επιταχυνόμενη διαστολή αρκούσε να θεωρήσουν την κοσμολογική σταθερά διάφορη του μηδενός. Έτσι, κάθε νέα θεωρία για το σύμπαν πρέπει να επιτρέπει μια μη-μηδενική τιμή της κοσμολογικής σταθεράς.

Τι είναι αυτό που παίζει το ρόλο της κοσμολογικής σταθεράς στην θεωρία του Dongshan και των συνεργατών του; Το ρόλο αυτό παίρνει μια ποσότητα γνωστή ως κβαντικό δυναμικό που εμφανίζεται στις νέες λύσεις.

The Bohmian trajectories for an electron going through the two-slit experiment. A similar pattern was also extrapolated from weak measurements of single photons.

Αυτό το δυναμικό προέρχεται από την θεωρία de Broglie-Bohm που αναπτύχθηκε στα μέσα του 20ου αιώνα. Αυτή η θεωρία αναπαράγει όλες τις γνωστές προβλέψεις της κβαντομηχανικής αλλά το τίμημα της αποδοχής της είναι ένας επιπρόσθετος όρος, γνωστός ως κβαντικό δυναμικό. Η θεωρία έχει ως αποτέλεσμα να κάνει την κβαντική μηχανική εντελώς ντετερμινιστική, δεδομένου ότι το κβαντικό δυναμικό μπορεί να χρησιμοποιηθεί έτσι ώστε να επεξεργαστεί έννοιες όπως η πραγματική θέση ενός σωματιδίου.

Ωστόσο, η κυρίαρχη τάση της φυσικής ποτέ δεν υιοθέτησε την ιδέα του Bohm. Και τούτο διότι ναι μεν οι προβλέψεις της είναι ταυτόσημες με την καθιερωμένη εκδοχή της θεωρίας, όμως εισάγει τον περίπλοκο φορμαλισμό με το κβαντικό δυναμικό, τα στοιχεία του οποίου δεν υπάρχει τρόπος να ελεγχθούν πειραματικά. Από την άλλη, η ιδέα του Bohm οδηγεί τους φυσικούς να δεχθούν μια πιθανοκρατική ερμηνεία για την φύση της πραγματικότητας, κάτι που γενικά αποδέχονται ευχάριστα.

Το γεγονός ότι το κβαντικό δυναμικό είναι απαραίτητο στη νέα αυτή μαθηματική απόδειξη της δημιουργίας του σύμπαντος είναι συναρπαστικό. Αρκεί όμως αυτό για να ξαναφέρει τις ιδέες του Bohm στο προσκήνιο;

Πηγή: medium.com