Επιστήμονες έφεραν τον «κόσμο» της κβαντικής στις μακροσκοπικές διαστάσεις. Physicists 'squeeze' light to cool microscopic drum below quantum limit

NIST researchers applied a special form of microwave light to cool a microscopic aluminum drum to an energy level below the generally accepted limit, to just one fifth of a single quantum of energy. The drum, which is 20 micrometers in diameter and 100 nanometers thick, beat10 million times per second while its range of motion fell to nearly zero. Credit: Teufel/NIST

Σώματα που αποκτούν συγκεκριμένη θέση μόνον όταν παρατηρηθούν, αντικείμενα που μπορεί να βρίσκονται σε θέσεις οι οποίες απαγορεύονται από την κλασική μηχανική, σωματίδια τα οποία αλληλοεπηρεάζονται από οποιαδήποτε απόσταση, και μάλιστα ταχύτερα από τη διάδοση του φωτός.

Τέτοιες φαινομενικά παράδοξες ιδιότητες, που περιγράφει η κβαντική φυσική, μέχρι σήμερα εκδηλώνονταν μόνο στον μικρόκοσμο, δηλαδή στην κλίμακα των ατόμων, των φωτονίων και των υποατομικών σωματιδίων.

Τώρα όμως, ερευνητές από το Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων Και Τεχνολογίας (NIST), στο Κολοράντο των ΗΠΑ, κατάφεραν για πρώτη φορά να επεκτείνουν την «επικράτεια» της κβαντομηχανικής και στον μακρόκοσμο – ψύχοντας ένα αντικείμενο ορατό με γυμνό μάτι σε τόσο χαμηλή θερμοκρασία, ώστε να εμφανίσει κβαντική συμπεριφορά.

Οι ερευνητές περιγράφουν το επίτευγμά τους στο περιοδικό Nature, το οποίο μπορεί να διευκολύνει την ανάπτυξη κβαντικών υπολογιστών, οι οποίοι θα είναι πολύ πιο ισχυροί από τα σημερινά μηχανήματα. Επίσης, αναμένεται να βοηθήσει τους επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα πώς γίνεται η μετάβαση από τον «κόσμο» της κβαντικής φυσικής, ο οποίος διέπει τη μικροκλίμακα, σε αυτό της καθημερινής μας εμπειρίας που περιγράφεται από την κλασική φυσική.

Όπως ανέφερε χαρακτηριστικά στην εφημερίδα Independent ο Δρ Τζον Τόιφελ, μέλος της  ομάδας: «Νομίζω ότι ζούμε σε μία συναρπαστική εποχή, όπου η τεχνολογία μάς δίνει πρόσβαση σε όσα ήταν για δεκαετίες απλώς νοητικά πειράματα. Το συναρπαστικό είναι πως μπορούμε στο εργαστήριο να γίνουμε αυτόπτες μάρτυρες των κβαντικών φαινομένων».

Ο τρόπος με τον οποίο έφτασαν στο επίτευγμα μοιάζει το ίδιο παράδοξος με την κβαντική φυσική. Κι αυτό γιατί κατάφεραν να ψύξουν ένα μικροσκοπικό τύμπανο από αλουμίνιο, με διάμετρο όσο το πάχος μίας λεπτής τρίχας, σε θερμοκρασία λίγο μεγαλύτερο από το απόλυτο μηδέν, το οποίο είναι -273,15 βαθμοί Κελσίου.

Γι’ αυτό τον σκοπό, χρησιμοποίησαν ακτινοβολία μικροκυμάτων, με κατάλληλη συχνότητα και γωνία πρόσπτωσης στο αντικείμενο ώστε τα φωτόνιά της να αποσπούν θερμότητα από το τύμπανο καθώς αυτό ταλαντώνεται. Αν και η συγκεκριμένη τεχνική θεωρούνταν πως έχει ένα όριο στην πτώση της θερμοκρασίας που μπορεί να προκαλέσει, οι επιστήμονες κατάφεραν να ψύξουν το αντικείμενο κάτω από αυτή την τιμή.

Σε αυτή τη θερμοκρασία, σύμφωνα με τον Δρα Τόιφελ, μπόρεσαν να παρατηρήσουν ενδείξεις κβαντικών φαινομένων. «Κάποιες κβαντικές ιδιότητες γίνονται έτσι πιο ορατές», σημειώνει.

Μία τέτοια ιδιότητα είναι η υπέρθεση καταστάσεων, κατά την οποία ένα κβαντικό σύστημα βρίσκεται ταυτόχρονα σε δύο καταστάσεις. «Θα μπορούσαμε να κάνουμε κάτι τέτοιο με τις δονήσεις του τυμπάνου, ώστε την ίδια στιγμή να ταλαντώνεται και ανοδικά και καθοδικά», σημειώνει ο επιστήμονας.

Επίσης, θέλουν να μελετήσουν την αιτία και τον μηχανισμό που τα κβαντικά φαινόμενα εξαλείφονται στις μεγαλύτερες διαστάσεις. «Για εμένα προσωπικά, το πιο συναρπαστικό είναι να αυξάνουμε ολοένα περισσότερο τις κλίμακες. Από θεωρητικής άποψης, δεν υπάρχει κάποιος λόγος που θα απαγόρευε το τύμπανο να είναι 10 φορές μεγαλύτερο».

Πηγές: www.naftemporiki.gr, J.B. Clark, F. Lecocq, R.W. Simmonds, J. Aumentado & J.D. Teufel. 2017. Sideband Cooling Beyond the Quantum Backaction Limit with Squeezed Light. Nature. January 12, 2017. nature.com/articles/doi:10.1038/nature20604 

Κωνσταντίνος Π. Καβάφης, «Δευτέρα Oδύσσεια». Constantine P. Cavafy, “Second Odyssey”

John Bellany. Premonition, 2005

Dante, Ιnferno, Canto ΧΧVΙ

Τennyson, «Ulysses»

Οδύσσεια δευτέρα και μεγάλη,

της πρώτης μείζων ίσως. Aλλά φευ

άνευ Ομήρου, άνευ εξαμέτρων.

Ήτο μικρόν το πατρικόν του δώμα,

ήτο μικρόν το πατρικόν του άστυ,

και όλη του η Ιθάκη ήτο μικρά.

Του Τηλεμάχου η στοργή, η πίστις

της Πηνελόπης, του πατρός το γήρας,

οι παλαιοί του φίλοι, του λαού

του αφοσιωμένου η αγάπη,

η ευτυχής ανάπαυσις του οίκου

εισήλθον ως ακτίνες της χαράς

εις την καρδίαν του θαλασσοπόρου.

Και ως ακτίνες έδυσαν.

                        Η δίψα

εξύπνησεν εντός του της θαλάσσης.

Εμίσει τον αέρα της ξηράς.

Τον ύπνον του ετάραττον την νύκτα

της Εσπερίας τα φαντάσματα.

Η νοσταλγία τον κατέλαβε

των ταξιδίων, και των πρωινών

αφίξεων εις τους λιμένας όπου,

με τί χαράν, πρώτην φοράν εμβαίνεις.

Του Τηλεμάχου την στοργήν, την πίστιν

της Πηνελόπης, του πατρός το γήρας,

τους παλαιούς του φίλους, του λαού

του αφοσιωμένου την αγάπην,

και την ειρήνην και ανάπαυσιν

του οίκου εβαρύνθη.

                        Κ’ έφυγεν.

Ότε δε της Ιθάκης αι ακταί

ελιποθύμουν βαθμηδόν εμπρός του

κι έπλεε προς δυσμάς πλησίστιος,

προς  Ίβηρας, προς Ηρακλείους στήλας,—

μακράν παντός Aχαϊκού πελάγους,—

ησθάνθη ότι έζη πάλιν, ότι

απέβαλλε τα επαχθή δεσμά

γνωστών πραγμάτων και οικιακών.

Και η τυχοδιώκτις του καρδιά

ηυφραίνετο ψυχρώς, κενή αγάπης.

Helga Schmitt. Odyssey, 2012

(Από τα Κρυμμένα Ποιήματα 1877;-1923, Ίκαρος 1993)

Second Odyssey

Johann Heinrich Füssli. Odysseus in Front of Scylla and Charybdis, 1796

A great second Odyssey,

Greater even than the first perhaps,

But alas, without Homer, without hexameters.

Small was his ancestral home,

Small was his ancestral city,

And the whole of his Ithaca was small.

The affection of Telemachus, the loyalty

Of Penelope, his father’s aging years,

His old friends, the love

Of his devoted subjects,

The happy repose of his home,

Penetrated like rays of joy

The heart of the seafarer.

And like rays they faded.

                     The thirst

For the sea rose up with him.

He hated the air of the dry land.

At night, spectres of Hesperia

Came to trouble his sleep.

He was seized with nostalgia

For voyages, for the morning arrivals

At harbors you sail into,

With such happiness, for the first time.

The affection of Telemachus, the loyalty

Of Penelope, his father’s aging years,

His old friends, the love

Of his devoted subjects,

The peace and repose of his home

Bored him.

                    And so he left.

As the shores of Ithaca gradually

Faded away behind him

And he sailed swiftly westward

Toward Iberia and the Pillars of Hercules,

Far from every Achaean sea,

He felt he was alive once more,

Freed from the oppressive bonds

Of familiar, domestic things.

And his adventurous heart rejoiced

Coldly, devoid of love.

Peter Paul Rubens. The Anger of Neptune (Poseidon), 1635

Translated by Walter Kaiser

Το 95 ακολουθούμενο από 40 μηδενικά: η μάζα του γαλαξία μας. Absolutely Every Bit of Our Galaxy

Astronomers have arrived at what they believe to be the most accurate measure yet of the mass of the Milky Way: about 4.8 x 10¹¹ times the mass of the sun, or “solar masses,” to use a standard unit of mass in astronomy. The Milky Way. Credit: NASA

Ολοκληρώνοντας τους υπολογισμούς τους, οι αστρονόμοι Gwendolyn Eadie, Aaron Springford και William Harris κατέληξαν ότι η μάζα του γαλαξία μας είναι 4,8∙10¹¹M_☉ (M_☉= η μάζα του ήλιου). Αυτό ισοδυναμεί με 95∙10⁴⁰ χιλιόγραμμα – ο αριθμός 95 ακολουθούμενος από 40 μηδενικά.

Η μέτρηση της μάζας του γαλαξία μας προφανώς δεν γίνεται με την απευθείας μέτρηση των δισεκατομμυρίων άστρων κι όλων των άλλων αντικειμένων που τον απαρτίζουν.

Οι Eadie et al, στην εργασία τους που θα δημοσιευθεί στο επιστημονικό περιοδικό «Astrophysical Journal», υπολογίζουν την μάζα του γαλαξία μας χρησιμοποιώντας πολύπλοκες μαθηματικές μεθόδους και στατιστικές τεχνικές βασισμένες στην Μπεϋζιανή ιεραρχική ανάλυση, σε συνδυασμό με τις άμεσες μετρήσεις των ταχυτήτων σφαιρωτών σμηνών. Τα σφαιρωτά σμήνη είναι πυκνές σφαιρικές ομάδες από 10.000 μέχρι 100.000 παλαιών άστρων, που κινούνται αλληλεπιδρώντας βαρυτικά με τον γαλαξία μας.

Ακριβώς όπως η μάζα του ήλιου μας μπορεί να προσδιοριστεί από την βαρυτική έλξη που ασκεί στη Γη, έτσι και η μάζα του γαλαξία μας μπορεί να υπολογιστεί από την βαρυτική έλξη που ασκεί στα σφαιρωτά σμήνη.

Η εκτίμηση της μάζας περιλαμβάνει οτιδήποτε βρίσκεται σε μια ακτίνα 125 κιλο-παρσέκ από το κέντρο του γαλαξία – μια απόσταση που ισοδυναμεί με 3,9∙10¹⁸ χιλιόμετρα. Και το «οτιδήποτε» δεν είναι μόνο άστρα: υπάρχουν πλανήτες, δορυφόροι, αέρια, σκόνη και άλλα αντικείμενα, για να μην αναφέρουμε τις τεράστιες ποσότητες της σκοτεινής ύλης. Η σκοτεινή ύλη δεν μπορεί να ανιχνευθεί άμεσα, αλλά η μάζα της μπορεί να προκύψει από την βαρυτική αλληλεπίδρασή της με άλλα αντικείμενα.

The Milky Way as seen from a mountain in western Switzerland in August 2016. Credit: Anthony Anex/European Pressphoto Agency

Από την ανάλυση προσδιορίστηκε και το εύρος της αβεβαιότητας στην μάζα του γαλαξία μας: η μικρότερη τιμή είναι 3,96∙ 10¹¹ ηλιακές μάζες και η μεγαλύτερη 5,76∙10¹¹ηλιακές μάζες.

Πηγή: nytimes.com, https://physicsgg.me

Μια γιγάντια χελώνα πάνω στον Ήλιο! ALMA images reveal turtle-shaped spot on the sun

Η εντυπωσιακή εικόνα με την «χελώνα» πάνω στον Ήλιο. Πρόκειται για μια τεράστια και ασυνήθιστου σχήματος ηλιακή κηλίδα. The ALMA telescope has revealed breath-taking new details from its first observations of the sun – including what appears to be a massive turtle swimming across the face of our star.

Μια σειρά από θεαματικές εικόνες του Ήλιου κατέγραψε το μεγάλο τηλεσκόπιο ALMA του Ευρωπαϊκού Νοτίου Αστεροσκοπείου (ESO) στην έρημο Ατακάμα της Χιλής. Ανάμεσά τους, είναι μια τεράστια και ασυνήθιστου σχήματος ηλιακή κηλίδα, που μοιάζει με χελώνα και έχει μέγεθος περίπου διπλάσιο από τη διάμετρο της Γης.

Το αόρατο φως

This image of the entire Sun was taken at a wavelength of 617.3 nanometers. The turtle-shaped sunspot can be seen as well.

Συνήθως οι εικόνες του Ήλιου είναι τραβηγμένες στο ορατό τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, όμως το ALMA μπορεί να κάνει παρατηρήσεις και πέρα από αυτό. Το ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) συνήθως ανιχνεύει κύματα από μακρινούς γαλαξίες και νεαρά άστρα. Όμως σε αυτή την περίπτωση «έπιασε» το αόρατο φως που απελευθερώνει σε μήκος κύματος χιλιοστόμετρων η καυτή χρωμόσφαιρα του Ήλιου, δηλαδή η περιοχή ακριβώς πάνω από τη φωτόσφαιρα, την ορατή επιφάνειά του άστρου μας.

Η πιο εντυπωσιακή εικόνα του Ήλιου με τη «χελώνα» τραβήχτηκε σε μήκος ραδιοκύματος 1,25 χιλιοστομέτρων. Οι πιο σκούρες επιφάνειες του άστρου είναι κάπως ψυχρότερες από τις γειτονικές. Οι ηλιακές κηλίδες αναπτύσσονται στην επιφάνεια του Ήλιου, όταν οι γραμμές του μαγνητικού πεδίου του άστρου «διπλώνουν» και διαπερνούν την επιφάνεια του ηλιακού πλάσματος, δημιουργώντας έτσι μια συγκριτικά πιο κρύα περιοχή. Η ίδια μαγνητική δραστηριότητα μπορεί να οδηγήσει στη δημιουργία ηλιακών εκλάμψεων και εκτινάξεων στεμματικής μάζας.

Καρχαρίες εναντίον… Πάρκινσον. Parkinson's could be treated with shark compound, study suggests

Μια ουσία που ανακαλύφθηκε σε καρχαρία δοκιμάζεται σε θεραπεία εναντίον της εκφυλιστικής νόσου. Researchers suggest that the dogfish shark compound squalamine could help to treat Parkinson's. Spiny dogfish. Credit: Doug Costa, NOAA/SBNMS

Η σκουαλαμίνη, μια φυσική ουσία που ανακαλύφθηκε στη δεκαετία του ΄90 σε ένα είδος καρχαρία, άρχισε να δοκιμάζεται για τη νόσο Πάρκινσον και άφησε πολλές υποσχέσεις, καθώς μπορεί να μπλοκάρει το σχηματισμό των τοξινών στον εγκέφαλο.

Το φρένο

The compound targets proteins that build up in the brain and trigger the tremor-causing disease. GETTY IMAGES

Η εν λόγω ουσία, η οποία έχει μέχρι στιγμής δοκιμασθεί ευρέως κατά του καρκίνου και των λοιμώξεων, «φρενάρει» μια μοριακή διαδικασία που δημιουργεί τοξικά προϊόντα στον εγκέφαλο των ασθενών με Πάρκινσον. Η σκουαλαμίνη είναι ένα στεροειδές και οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν ένα ασφαλέστερο συνθετικό ανάλογό της.

Αν και τα ευρήματα είναι ακόμη προκαταρκτικά, οι ερευνητές από διάφορες χώρες (Βρετανία, ΗΠΑ, Ολλανδία, Ιταλία, Ισπανία), με επικεφαλής τον καθηγητή Κρίστοφερ Ντόμπσον του Τμήματος Χημείας του Πανεπιστημίου Κέμπριτζ δήλωσαν αισιόδοξοι ότι η συγκεκριμένη ουσία θα μπορούσε να αποτελέσει τη βάση μιας νέας θεραπείας για τη νευροεκφυλιστική πάθηση.

Διαπιστώθηκε ότι η σκουαλαμίνη καταστέλλει δραστικά τον σχηματισμό και την τοξικότητα της πρωτεΐνης άλφα-συνουκλεΐνης. Η πρωτεΐνη αυτή πυροδοτεί μια αλυσίδα χημικών εξελίξεων στον εγκέφαλο, με κατάληξη τη δημιουργία τοξικών σωματιδίων που καταστρέφουν τα εγκεφαλικά κύτταρα και προκαλούν Πάρκινσον.

«Προς μεγάλη μας έκπληξη, βρήκαμε ότι η σκουαλαμίνη όχι μόνο επιβραδύνει τον σχηματισμό των τοξινών που σχετίζονται με τη νόσο Πάρκινσον, αλλά επίσης τις καθιστά λιγότερο τοξικές», δήλωσε ο Ντόμπσον. «Αν τα επόμενα τεστ αποδειχθούν επιτυχή, τότε είναι δυνατό να δημιουργηθεί ένα φάρμακο που θα θεραπεύει τουλάχιστον μερικά από τα συμπτώματα του Πάρκινσον. Στη συνέχεια θα μπορούσαμε να βελτιώναμε σταδιακά αυτό το φάρμακο», πρόσθεσε.

Τα πειράματα

Στην ερευνητική ομάδα συμμετέχει ο Αμερικανός καθηγητής Μάικλ Ζάσλοφ της Ιατρικής Σχολής του Πανεπιστημίου Τζορτζτάουν, ο οποίος ανακάλυψε τη σκουαλαμίνη το 1993 και από τότε μελετά τις αντικαρκινικές και άλλες ιδιότητές της.

Σε πρώτη φάση οι επιστήμονες έκαναν πειράματα με ζώα και με κυτταρικές καλλιέργειες στο εργαστήριο. Μετά τα πρώτα ενθαρρυντικά αποτελέσματα, ο δρ Ζάσλοφ σχεδιάζει την πρώτη κλινική δοκιμή της σκουαλαμίνης σε ασθενείς με Πάρκινσον στις ΗΠΑ. Είναι πάντως πρόωρο να προβλέψει κανείς κατά πόσο η εν λόγω ουσία τελικά όντως θα εμπλουτίσει το «οπλοστάσιο» των γιατρών κατά μίας νόσου, η οποία έχει πολλά διαφορετικά συμπτώματα. Η μελέτη δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Proceedings of The National Academy of Sciences».

Πηγή: A natural product inhibits the initiation of α-synuclein aggregation and suppresses its toxicity, PNAS, www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1610586114

Γιγάντιο «τσουνάμι» στην Αφροδίτη. Scientists Are Decoding Venus' Mysterious Smile

Μια από τις εικόνες του μυστηριώδους κύματος που σχηματίστηκε στην ατμόσφαιρα της Αφροδίτης. A bow-shape feature stretched across much of Venus’s atmosphere in December 2015. Scientists from Japan’s Akatsuki spacecraft mission called it a gravity wave. Credit: Planet-C

Ένα γιγάντιο «κύμα» που παρατηρήθηκε στην ατμόσφαιρα της Αφροδίτης, είναι πιθανότατα το μεγαλύτερο του είδους του που έχει ποτέ γίνει αντιληπτό στο ηλιακό σύστημά μας.

Μυστηριώδες

A sequence of images showing the stationary nature of the bow-shape wave above Venus when it was observed in December 2015. Credit: Planet-C

Το κύμα φωτογραφήθηκε από τις υπέρυθρες και υπεριώδεις κάμερες του ιαπωνικού διαστημικού σκάφους «Ακατσούκι» της Ιαπωνικής Υπηρεσίας Εξερεύνησης του Διαστήματος (JAXA), το οποίο τέθηκε σε τροχιά γύρω από τον γειτονικό πλανήτη το Δεκέμβριο του 2015.

Το περίεργο φωτεινό κύμα σε σχήμα τεράστιου τόξου είχε έκταση τουλάχιστον 10.000 χιλιομέτρων, απλωμένο από το βόρειο έως το νότιο πόλο της Αφροδίτης. Το κύμα παρέμεινε ακίνητο επί περίπου τέσσερις μέρες στο ανώτερο στρώμα της ατμόσφαιρας του πλανήτη, πάνω από τα πυκνά νέφη, σε ύψος 65 χιλιομέτρων από την επιφάνεια.

Οι επιστήμονες, με επικεφαλής τον Μακότο Ταγκούτσι του Πανεπιστημίου του Τόκιο δεν είναι σίγουροι πώς και γιατί σχηματίσθηκε το κύμα, το οποίο ήταν πιο ζεστό από τη γύρω ατμόσφαιρα. Τελικά κάποια στιγμή το κύμα εξαφανίσθηκε.

Η βαρύτητα

Chart shows brightness temperature and UV brightness of the Venus disk, captured by the Akatsuki probe. IMAGE SUPPLIED BY JAXA, © PLANET-C

Μια πιθανότητα είναι ότι το φαινόμενο προκύπτει από ένα κύμα βαρύτητας που γεννιέται, καθώς οι άνεμοι της κατώτερης ατμόσφαιρας περνάνε πάνω από τα όρη της Αφροδίτης, τα οποία που έχουν υψόμετρο 4.500 μέτρων. Στη συνέχεια, το κύμα ανεβαίνει προς την ανώτερη ατμόσφαιρα.

Η Αφροδίτη είναι ο πιο κοντινός στη Γη πλανήτης και το τρίτο φωτεινότερο σώμα στον ουρανό, μετά τον Ήλιο και τη Σελήνη. Είναι λίγο μικρότερη από τον πλανήτη μας και «ψήνεται» με θερμοκρασίες που φθάνουν τους 467 βαθμούς Κελσίου. Η ατμόσφαιρά της αποτελείται κυρίως από διοξείδιο του άνθρακα και η πίεση στην επιφάνειά της είναι 93 φορές πιο πυκνή από την αντίστοιχη γήινη. Ο πλανήτης-κόλαση εξερευνήθηκε αρχικά από τη Σοβιετική Ένωση. Η ανακάλυψη δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Nature Geoscience».

Θεωρία των Πάντων; Theory of Everything?

Στις αρχές του μήνα, με την ευκαιρία των γενεθλίων του Αϊζακ Ασίμοφ, ενός από τους μεγαλύτερους συγγραφείς εκλαϊκευμένης επιστήμης και επιστημονικής φαντασίας, ξαναδιάβασα μερικά από τα πιο ενδιαφέροντα διηγήματά του σχετικά με τον θάνατο αλλά και με τη γέννηση του Σύμπαντος. Φαίνεται, μάλιστα, ότι τέτοιου είδους διηγήματα δεν απέχουν πολύ από ορισμένες επιστημονικές θεωρίες που έχουμε διαμορφώσει τελευταία και οι οποίες μοιάζουν πράγματι με επιστημονική φαντασία. Πάρτε, για παράδειγμα, τις θεωρίες εκείνες που φαίνεται ότι μπορούν να μας αποκαλύψουν τις πρώτες απειροελάχιστες στιγμές της γένεσης με βάση τις παρατηρήσεις και τα πειράματα που έχουν γίνει μέχρι τώρα.

Χωροχρονικός αφρός

Σύμφωνα με τις θεωρίες αυτές το Σύμπαν την εποχή εκείνη είχε μία απροσδιόριστη χρονική διάρκεια ύπαρξης, αφού η διάσταση του χρόνου εξομοιώνονταν κατά κάποιον τρόπο με μία από τις διαστάσεις του χώρου. Αυτό που υπήρχε στον περιορισμένο εκείνο χώρο, που ήταν μικρότερος από το μέγεθος ενός πρωτονίου, δεν ήταν παρά ένας «κβαντικός αφρός», ενώ το Σύμπαν στο οποίο ζούμε τώρα αποτελούσε τότε ένα μικροσκοπικό μόνο κομμάτι του αφρού. Οπότε κάποια στιγμή, ωθούμενο από μία τυχαία κβαντική διακύμανση, το κοσμικό ρολόι άρχισε να χτυπάει ξεκινώντας έτσι τη διαστολή του Σύμπαντος.

Η Κβαντική Μηχανική επιτρέπει την παράξενη αυτή διαδικασία σύμφωνα με την οποία δύο εικονικά (virtual) σωματίδια μπορούν να δημιουργηθούν δανειζόμενα την ενέργεια που απαιτεί η δημιουργία τους από το κενό (από το «τίποτα» δηλαδή). Με την προϋπόθεση όμως ότι τα δύο αυτά σωματίδια θα εξαϋλωθούν σ’ ένα απειροελάχιστα μικρό χρονικό διάστημα μετά τη δημιουργία τους επιστρέφοντας έτσι στο «κενό» (στο «τίποτα») την ενέργεια που είχαν δανειστεί απ’ αυτό. Μ’ αυτόν τον τρόπο δηλαδή έχουμε τη δημιουργία του Σύμπαντος από το «τίποτα» (ex nihilo).

Χορδές

Σύμφωνα με τη θεωρία αυτή τη στιγμή της γέννησης του Σύμπαντος οι έξι από τις ελεύθερες διαστάσεις που υπήρχαν τότε «διπλώθηκαν» στο εσωτερικό τους «καταπίνοντας» κατά κάποιον τρόπο τον ίδιο τους τον εαυτό. Έκτοτε οι επιπλέον αυτές διαστάσεις βρίσκονται «φυλακισμένες» στο εσωτερικό απειροελάχιστα μικροσκοπικών «σφαιριδίων» και συνοδεύουν «αόρατα» κάθε σημείο των κατανοητών σε όλους μας σημερινών τεσσάρων διαστάσεων του Σύμπαντος. Κάθε γεωμετρικό σημείο του χώρου είναι στην πραγματικότητα και μια υπερσφαίρα έξι διαστάσεων τόσο μικρή, ώστε ακόμη και ένα πρωτόνιο να είναι συγκριτικά τεράστιο. Η διάσπαση, όμως, των έξι επί πλέον διαστάσεων θα απαιτούσε τόση ενέργεια όση και αυτή τούτη η γέννηση του Σύμπαντος!

Theodor Franz Eduard Kaluza

Η χρήση περισσότερων διαστάσεων δεν είναι κάτι το καινούργιο στη φυσική, αφού έγινε για πρώτη φορά το 1919 από τον Πρώσο καθηγητή Θίοντορ Καλούζα (1885-1954) όταν αποφάσισε να επιλύσει τις εξισώσεις της Γενικής Σχετικότητας με την προσθήκη πέντε διαστάσεων αντί των τεσσάρων που γνωρίζουμε σήμερα. Η λύση αυτή είχε σαν αποτέλεσμα να βρεθούν οι ίδιες λύσεις που έβγαζε η επίλυση των εξισώσεων της τετραδιάστατης σχετικότητας με τη διαφορά ότι στα αποτελέσματα αυτών των λύσεων παρουσιάζονταν επιπροσθέτως και οι εξισώσεις της θεωρίας του ηλεκτρομαγνητισμού. Ο ηλεκτρομαγνητισμός δηλαδή έμοιαζε να είναι το αποτέλεσμα της «αόρατης» πέμπτης διάστασης του χωρόχρονου. Το 1926 μάλιστα ο Σουηδός μαθηματικός Όσκαρ Κλάιν (1894-1977) κατόρθωσε να αποδείξει τον τρόπο με τον οποίο η πέμπτη αυτή διάσταση θα μπορούσε να είναι υπαρκτή και συγχρόνως αόρατη.

A schematic illustration of the relationship between M-theory, the five superstring theories, and eleven-dimensional supergravity. The shaded region represents a family of different physical scenarios that are possible in M-theory. In certain limiting cases corresponding to the cusps, it is natural to describe the physics using one of the six theories labeled there.

Η σκέψη που κάνουν οι σύγχρονοι φυσικοί είναι ότι όπως και η βαρύτητα το ίδιο και οι άλλες τρεις δυνάμεις της φύσης ίσως να δημιουργούνται κι αυτές από χωροχρονο-παραμορφώσεις. Για να εξηγηθεί όμως η ύπαρξη των δυνάμεων αυτών χρειαζόμαστε την ύπαρξη έξι ή επτά πρόσθετων διαστάσεων. Αν η θεωρία αυτή αληθεύει, ζούμε σε ένα Σύμπαν δέκα ή ακόμη και ένδεκα διαστάσεων! Γιατί η μόνη θεώρηση του Σύμπαντος που φαίνεται σήμερα ότι ίσως μπορέσει σύντομα να συνδέσει την Κβαντομηχανική με τη Γενική Σχετικότητα είναι η Θεωρία-Μ των Υπερχορδών.

Αλληλεπίδραση στον υποατομικό κόσμο: οι κοσμικές γραμμές των σημειακών σωματιδίων στο Καθιερωμένο Μοντέλο και τα κοσμικά σεντόνια που δημιουργούνται από τις κλειστές χορδές στη Θεωρία Χορδών.

Σύμφωνα λοιπόν με τη Θεωρία των Υπερχορδών τα σωματίδια της ύλης (τα φερμιόνια) και των δυνάμεων (τα μποζόνια) δεν αντιμετωπίζονται απλώς ως απειροελάχιστα «σημεία» αλλά ως μονοδιάστατες «θηλιές» ή «χορδές» κάθε μία από τις οποίες έχει μήκος 10^-33 εκατοστά (το μήκος του Πλανκ) αλλά μηδενικό πάχος και πάλλεται με διαφορετικό τρόπο. Σ’ αυτή τη θεώρηση η ύλη και οι δυνάμεις ενοποιούνται σε μία και μοναδική φυσική ύπαρξη, αυτή των χορδών, και διαφοροποιούνται μόνο όσον αφορά τις «νότες» που παίζει κάθε χορδή. Μ’ αυτόν τον τρόπο η Θεωρία των Υπερχορδών έχει τη δυνατότητα να ενώσει την Κβαντομηχανική με τη Γενική Σχετικότητα σε μία και μοναδική Ενοποιημένη Θεωρία Πεδίου που περιγράφει τη βαρύτητα ως μία κβαντισμένη δύναμη κάτω όμως από μία κατάσταση «υπερσυμμετρίας».

Ωστόσο, παρόλο που έως τώρα η θεώρηση αυτή παρουσιάζει μία από τις καλύτερες αντιλήψεις που έχουμε για τη φύση και την ενοποίηση των δυνάμεων και της ύλης, εντούτοις η σύγχρονη επιστήμη δεν διαθέτει ακόμη τα κατάλληλα εργαλεία μαθηματικής ανάλυσης που θα μπορούσαν να μας βοηθήσουν στην πλήρη ανάπτυξή της. Όπως χαρακτηριστικά λέγεται, πρόκειται για «μια θεωρία του 21ου αιώνα, η οποία ανακαλύφθηκε νωρίτερα από την εποχή της»! Μια θεωρία που πολλοί ονομάζουν «Θεωρία των Πάντων».

Διονύσης Π. Σιμόπουλος, επίτιμος διευθυντής του Ευγενιδείου Πλανηταρίου.

Πηγή: http://www.kathimerini.gr/891392/article/epikairothta/episthmh/8ewria-twn-pantwn