Η τεχνολογία που θα επιτρέψει την πραγματική επαλήθευση της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας του Αϊνστάιν

16:29 15/3/2015 - Πηγή: Huffington Post Greece

Ακριβώς έναν αιώνα πριν, ένας νεαρός φυσικός, ο οποίος έμελλε να μείνει στην ιστορία, ανέπτυσσε τη θεωρία που σήμερα είναι γνωστή ως Γενική Θεωρία της Σχετικότητας: ο Αλβέρτος Αϊνστάιν δημοσίευσε τη θεωρία του το 1915, η οποία περιέγραφε τον ρόλο της βαρύτητας ως θεμελιώδους χαρακτηριστικού/ ιδιότητας του χωροχρόνου.

Σήμερα, 100 χρόνια μετά, η θεωρία παραμένει βασικός πυλώνας της επιστημονικής κατανόησης και έχει «αντέξει» όλες τις «δοκιμασίες» στις οποίες την έχουν υποβάλει επιστήμονες. Ωστόσο, όπως σημειώνεται σε δημοσίευμα του LiveScience, μέχρι τώρα

δεν ήταν δυνατόν να γίνουν πειράματα για να δοκιμαστεί η θεωρία υπό ακραίες συνθήκες, έτσι ώστε να διαπιστωθεί εάν όντως ισχύει απόλυτα.

Πλέον, η επιστήμη έχει στη διάθεσή της την τεχνολογία που θα επιτρέψει την αναζήτηση στοιχείων που θα μπορούσαν να αποκαλύψουν δεδομένα Φυσικής πέρα από τη Γενική Σχετικότητα.

Η Γενική Σχετικότητα δεν περιγράφει τη βαρύτητα ως μια δύναμη (όπως την αντιμετώπιζε ο Νεύτων), αλλά ως μια καμπύλωση του χωροχρόνου που προκύπτει εξαιτίας της μάζας των αντικειμένων, εξηγεί στο LiveScience ο Κλίφορντ Γουΐλ, θεωρητικός φυσικός του University of Florida στο Γκέινσβιλ. Ο λόγος εξαιτίας του οποίου η Γη κινείται σε τροχιά γύρω από τον Ήλιο δεν είναι επειδή ο Ήλιος ασκεί έλξη στη Γη, αλλά επειδή παραμορφώνει τον χωροχρόνο (όπως μία μπάλα του μπόουλινγκ πάνω σε μία κουβέρτα αλλάζει το σχήμα της κουβέρτας).

Η θεωρία προέβη σε κάποιες τολμηρές προβλέψεις, περιλαμβανομένων των μαύρων τρυπών, που παραμορφώνουν τον χωροχρόνο σε τέτοιο βαθμό που ουδέν στο εσωτερικό τους (ούτε καν το φως) διαφεύγει. Επίσης, η θεωρία αποτελεί τη βάση της αντίληψης ότι το Σύμπαν επεκτείνεται, με ολοένα και επιταχυνόμενο ρυθμό.

Η Γενική Σχετικότητα έχει επιβεβαιωθεί μέσω πολλών παρατηρήσεων, με τον ίδιο τον Αϊνστάιν να έχει προβλέψει την τροχιά της κίνησης του Ερμή, που δεν μπορεί να υπολογιστεί βάσει των νόμων του Νεύτωνα. Επίσης, η θεωρία προέβλεπε ότι ένα αντικείμενο το οποίο είναι αρκετά μεγάλο θα μπορούσε να καμπυλώσει το ίδιο το φως, ένα φαινόμενο που είναι γνωστό ως «βαρυτικός φακός» και έχει παρατηρηθεί πολλές φορές από αστρονόμους- για παράδειγμα, μπορεί να αξιοποιηθεί για τον εντοπισμό εξωπλανητών.
Ωστόσο, αν και δεν υπάρχει κάποια ένδειξη ότι υπάρχει κάποιο λάθος στη θεωρία, ο Γουΐλ υπογραμμίζει πως είναι σημαντικό να δοκιμαστεί σε συνθήκες υπό τις οποίες δεν είχε δοκιμαστεί στο παρελθόν.

Η Γενική Σχετικότητα «λειτουργεί» σε βαρυτικά πεδία συνηθισμένης ισχύος, αλλά δεν έχει τεσταριστεί σε εξαιρετικά ισχυρά πεδία, εκτός των γνωστών ορίων της Φυσικής. Ο καλύτερος τρόπος να δοκιμαστεί είναι να αναζητηθούν διακυμάνσεις στον χωροχρόνο (βαρυτικά κύματα), που παράγονται από βίαια γεγονότα όπως τη συγχώνευση δύο τεράστιων σωμάτων, όπως οι μαύρες τρύπες, ή εξαιρετικά πυκνών, όπως οι αστέρες νετρονίων. Αυτά τα φαινόμενα θα μπορούσαν να προκαλέσουν μικρές αναταραχές στον χωροχρόνο, αλλάζοντας, για παράδειγμα, μια φαινομενικά στατική απόσταση από τη Γη.

Πλέον υπάρχει η τεχνολογία που επιτρέπει τέτοια πειράματα: χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι το LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), με εγκαταστάσεις στις ΗΠΑ (Ουάσινγκτον και Λουϊζιάνα), που χρησιμοποιεί λέιζερ για τον εντοπισμό μικροσκοπικών παραμορφώσεων. Καθώς διακυμάνσεις στον χωροχρόνο περνούν μέσα από τους ανιχνευτές του συστήματος, προκαλείται συμπίεση του χώρου, αλλάζοντας το μήκος του οργάνου σε μετρήσιμο επίπεδο.

Το LIGO άρχισε τη λειτουργία του 2002, χωρίς να εντοπίσει βαρυτικά κύματα. Το 2010 τέθηκε εκτός λειτουργίας για αναβάθμιση, και ο διάδοχός του, Advanced LIGO αναμένεται να τεθεί σε λειτουργία αργότερα μέσα στο έτος. Επίσης, υπάρχει ολόκληρη σειρά πειραμάτων με σκοπό τον εντοπισμό βαρυτικών κυβάτων.

Άλλος ένας τρόπος να επαληθευτεί η θεωρία υπό ακραίες συνθήκες θα ήταν μέσω της αναζήτησης των ιδιοτήτων των βαρυτικών κυμάτων, όπως η πόλωση στο φως: η Γενική Σχετικότητα προβαίνει σε προβλέψεις σχετικά με την πόλωση των βαρυτικών κυμάτων, οπότε κάτι το οποίο θα τις «έβγαζε λάθος» θα αποτελούσε πρόβλημα για τη θεωρία.

Εάν όντως εντοπιστούν βαρυτικά κύματα, ο Γουΐλ θεωρεί ότι η θεωρία του Αϊνστάιν θα ενισχυθεί- και ότι γενικότερα αυτό που θα συμβαίνει θα είναι να συνεχίζεται να επαληθεύεται. Οπότε το ερώτημα που προκύπτει είναι γιατί να συνεχίζονται τα πειράματα.

Η απάντηση είναι η εξής: ένα από τα «Άγια Δισκοπότηρα» της Φυσικής είναι μια θεωρία που θα ενοποιεί τη γενική σχετικότητα, την επιστήμη του μακροσκοπικού κόσμου και τη κβαντομηχανική. Ωστόσο, η δημιουργία μιας τέτοιας θεωρίας (κβαντική βαρύτητα- quantum gravity) ενδεχομένως να «απαιτεί» κάποιες αλλαγές στη Γενική Σχετικότητα, σημειώνει ο Γουΐλ.