Μόλις ένα μήνα πριν επισημοποιήθηκε η ανακάλυψη των βαρυτικών κυμάτων. Γιατί η ανακάλυψη αυτή είναι τόσο σημαντική;
Τα ρολόγια επιταχύνουν και το στομάχι σου σφίγγει καθώς καλείσαι να δημιουργήσεις σε λευκό φόντο, εκκινώντας από το τίποτα… Όπως ακριβώς οι θεατρικοί θίασοι ζωντανεύουν μια ιστορία που χτίζεται επί άδειων σκηνικών. Με τον ίδιο τρόπο καταγράφονται τα γεγονότα στο συμπαντικό καμβά, πέρα ακόμη κι απ’ τον ανθρωπίνως αντιληπτό χρόνο! Ή μήπως δέν είναι έτσι ακριβώς ;
Καθώς οι πρώτοι μήνες του 2016 βασανιστικά κυλούν και μας αφήνουν γλυκόπικρα σημάδια, είναι πλέον εμφανές ότι φουρτούνα ολόκληρη ξέσπασε (και όχι απλά ήρεμα βαρυτικά κυματάκια του χωροχρονικού συνεχούς) , με αποτέλεσμα ο πορθμέας του Άδη να ξεβραστεί στον πλανήτη μας και να πάρει μαζί του ότι αγαπαμε. Αλλά ας μην εστιάσουμε στους θρήνους, μα στους θριάμβους των ημερών :
Έναν αιώνα μετά τη γέννηση της θεωρίας που παραφράστηκε όσο τίποτε στους κύκλους των λαϊκιστών «ποιητών», αυτή της Σχετικότητας (όχι δεν ‘είναι όλα σχετικά’! ) , κύκλοφόρησαν οι πρώτες φήμες πειραματικών ενδείξεων επιβαιβέωσης των προβλέψεων του Einstein και μόλις ένα μήνα πριν επισημοποιήθηκε η ανακάλυψη των βαρυτικών κυμάτων…Των ποιών;! Γιατί ξαφνικά χαλάσαμε τη ζαχαρένια μας, ξεχαστήκαμε απο την πολιτική για λίγες μέρες, η αρχική μας σελίδα στο facebook πολιορκήθηκε από εικόνες με μελανές οπές (σχήμα οξύμωρο αφού είναι οπές και δε θα πρέπει να κατέχουν κάποια όψη) και γιατί η περιπτερού της γειτονιάς μας έχει χάσει τον ύπνο της; Τί ειναι πια αυτά τα τόσο σημαντικά κύματα, γιατί θα αλλάξουν τον τρόπο που βλέπουμε τον κόσμο μα και τα ίδια τα θεμέλια της φιλοσοφίας; Μπορούμε να κολυμπήσουμε σε αυτα ή κρύβεται κάτι σημαντικότερο πίσω από το θρίαμβο μερικών geeks ;
Φαντασθείτε μια κενή αίθουσα θεάτρου όπου τα πάντα είναι στατικά μέχρι να εισέλθουν οι ηθοποιοί στο χώρο. Όλες οι πράξεις του έργου διαδραματίζονται επάνω στην σκηνή αυτή χωρίς να υπάρχει καμμιά διαφοροποίηση επί του σανιδιού. Δεν υπάρχει δηλαδή κανενός είδους αλληλεπίδραση των σκηνικών με τους ηθοποιούς, οι οποίοι κινούνται με τον ίδιο τρόπο σε όλο το χώρο που τους δίδεται και ο μόνος τρόπος να αντιληφθεί κανείς τη μεταβολή του χρόνου είναι οι διάλογοι και η δυναμική κίνηση του θίασου, καθώς και οι αλλαγές στη διάθεση και τις αντιδράσεις των θεατών.
Ένα ακόμη αυτονόητο μα σημαντικό χαρακτηριστικό της περιγραφής αυτής αποτελεί η βεβαιότητα πως αν η κοπέλα που υποδύεται την περίφημη Ιουλιέτα των Καπουλέτων, αφήσει ένα ερωτικό ραβασάκι ελεύθερο στον αέρα από το ύψος του μπαλκονιού της, αυτό θα πέσει στα χέρια του Ρωμαίου που περιμένει απο κάτω, με τον ίδιο ακριβώς τρόπο που θα έπεφτε και ένας κουβάς με νερό: ανεξαρτήτως αποτελέσματος (απαλή πρόσπτωση ρομαντικής επιστολής με χαμόγελο του πρωταγωνιστή μας, ή εγκεφαλική διάσειση λόγω της εκτεταμμένης ταχύτητας που αποκτά ο κουβάς), κατά τη διάρκεια της πτώσης η επιτάχυνση του αντικειμένου και στις δύο περιπτώσεις είναι κοινή καθώς και ο χρόνος αναμονής του Ρωμαίου θα ‘ναι ο ίδιος!
Κάπου εδώ αναφωνείτε «Easy peasy! Κάπου στα 5 μου παρατήρησα το ίδιο με δυο τουβλάκια Lego, άρα για ποιό λόγο βρίσκομαι ακόμη σ’αυτό το άρθρο;!» Προσοχή! Αυτή είναι η άποψη για τη βαρύτητα και το χωροχρόνο σχεδόν τέσσερις αιώνες πρίν!!! Χωρίς καμμία περαιτέρω επεξήγηση του φαινομένου, ο Isaac Newton παρόλη τη μνημειώδη δουλειά που άφησε, είχε μαύρα μεσάνυχτα περί της προελεύσεως της βαρυτικής αλληλεπίδρασης, δηλαδή τον ακριβή μηχανισμό της. Σύμφωνα με τον παραμυθένιο κόσμο του Einstein η πραγματικότητα είναι αρκετά πιό κομψή απ’ ότι φανταζόταν κανείς, και ελαφρώς σκερτσόζα…
Η θεωρία που ανέπτυξε υποστηρίζει πως αυτό που συνηθίζουμε να αποκαλούμε ‘βαρυτική δύναμη’ είναι κατά κάποιον τρόπο μια ψευδαίσθηση :
Σκεφθείτε την ίδια θεατρική παράσταση, μόνο που τώρα τα σκηνικά αλληλεπιδρούν ενεργά με τους ηθοποιούς. Σε αυτή την περίπτωση, εάν για παράδειγμα τη Ιουλιέτα ρίξει τελικά έναν κουβά από το μπαλκόνι της (και εφόσων ο Ρωμαίος προλάβει να τον αποφύγει), τότε η μάζα αυτού θα προκαλέσει διαταραχή στο ξύλινο δάπεδο η οποία θα διαδοθεί και στα πόδια του Ρωμαίου και θα του προκαλέσει αστάθεια. Μερικά χρυσά δουκάτα ξεπηδούν από τις τσέπες του και κυλούν προς την καμπυλωμένη απ’ τον κουβά επιφάνεια. Εάν στη θέση του κουβά είχαμε ένα «βαρύτερο» αντικείμενο, τότε οι καμπυλώση του δαπέδου και οι όποιες διαταραχές θα ήταν εντονότερες , και ακόμη περισσότερα τεμάχια της σκηνής θα «έλκονταν» προς αυτό. Με βάση τη Γ.Θ.Σ. (Γενική Θεωρία Σχετικότητας) ο χώρος και χρόνος είναι συνυφασμένοι ισχυρότατα σε ένα άπειρο τετραδιάστατο «πλέγμα» που αποκαλούμε χωροχρόνο. Εντός αυτού (και μόνο) νοείται κάθε είδους ύπαρξη, με αυτόν περιγράφεται το σύμπαν ολόκληρο και χάρη στην ιδιότητά του να παραμορφώνεται παρατηρούνται κάθε λογής παράδοξα τα οποία τα ανάγουμε απλά σε ένα «Είναι η βαρύτητα ηλίθιε»…
Αν δυσκολεύεστε να αφομοιώσετε τα παραπάνω, παρομοιάστε ελεύθερα τον χωροχρόνο σαν ένα απέραντο -και για τις ανάγκες της ανθρώπινης φαντασίας- τρισδιάστατο τραμπολίνο που δύναται να εκταθεί και να καμπυλωθεί με οποιοδήποτε τρόπο χρειαστεί ώστε να «αγκαλιάσει» τα διάφορα ουράνια σώματα. Συμπεριφέρεται δηλαδή όπως ακριβώς ένα γλύκισμα ζελέ! Οι τρελοεξισώσεις της θεωρίας υποδεικνύουν επί της ουσίας πως οι μάζες των σωμάτων επιβάλλουν τον τρόπο παραμόρφωσης του τραμπολίνου, ενώ οι ίδιες οι παραμορφώσεις καθορίζουν την κίνηση των σωμάτων αυτών. Εδώ εφαρμόζει απόλυτα και η λογική του μεγάλου ψαριού που καταβροχθίζει το μικρό, μιας και κάθε σώμα (π.χ. πλανήτης) εξαναγκάζεται σε τροχιά γύρω από ένα βαρύτερο, εφ’όσων παγιδευτεί στην καμπύλωση του. Εμείς οι ίδιοι είμαστε «θύματα» ενός γιγαντιαίου λάκκου που προκαλεί η μάζα της Γης και μας ωθεί σε πτώση, την οποία μεταφράζουμε ως ‘δύναμη βαρύτητας’!
Να σημειωθεί εδώ ότι αυτές οι στρεβλώσεις του χωροχρόνου ευθύνονται για μια πληθώρα παραδόξων φαινομένων όπως τα ρολόγια που κυλούν με πιο αργό ρυθμό σε καμπυλωμένο χώρο, με αποτέλεσμα για παράδειγμα το κεφάλι μας να είναι ελαφρώς γηραιότερο απ’ότι τα πόδια μας τα οποία βρίσκονται σε διαφορετικό υψόμετρο (αν και η διαφορά είναι αμυδρή συγκριτικά με τον μέσο χρόνο ζωής ενός ανθρώπου). Μυστήρια αντικείμενα που τροφοδοτούν ταινίες επιστημονικής φαντασίας όπως είναι οι μελανές οπές, ή όπως οι θεωρητικοί φυσικοί συχνά αποκαλούν ‘γυμνές ανωμαλίες’ (δε γνωρίζω που πήγε ο νους σας), αποτελούν φυσικό επακόλουθο της συμπεριφοράς του χωροχρόνου παρουσία μάζας.
Μία μαύρη τρύπα δεν είναι τίποτε άλλο από ένα γιγάντιο σώμα συμπιεσμένο -ναι ακριβώς όπως ένα αρχείο .rar – σε πολύ μικρή έκταση χώρου. Σε τέτοιες περιπτώσεις η «λακούβα» βαθαίνει υπερβολικά και παρατηρούνται ακραία βαρυτικά φαινόμενα όπου τίποτε δε μπορεί να διαφύγει, ούτε ακόμη το φως! Τέτοια αντικείμενα θα αποτελούσαν το καλύτερο αντιγηραντικό (εάν ήταν εφικτό να τα προσεγγίσουμε χωρίς να χαθούμε για πάντα σε αυτά) καθώς ο χρόνος επιβραδύνεται σημαντικά κοντά τους. Επίσης υπολογίζεται πως σε μια συγκεκριμένη ακτίνα από μια τέτοια οπή, θα μπορούσαμε υποθετικά να παρατηρήσουμε ακριβώς μπροστά μας την ίδια μας την πλάτη, ως αποτέλεσμα της στρεβλωμένης γεωμετρίας… (Για περισσότερη επιστημονική ψυχεδέλεια βυθίσου στο ‘Χρονικό του Χρόνου’ του Stephen Hawking ή εμπιστεύσου την συνυπογραφή του Kip Thorne στo ‘Interstellar’ σε περίπτωση που δεν είσαι τρανός βιβλιοφάγος.)
Έξοχα! Τί συμβαίνει όμως όταν καταλήγουμε να αναφερόμαστε στο περίφημο βαρυτικό κύμα; Μα βέβαια είναι και τούτο σαν όλα τα άλλα. Ίσως όχι σαν το γερμανικό ‘Die Welle’ (2008), αλλά παρόμοιων ιδιοτήτων με ένα κοινό θαλάσσιο κύμα, μια σεισμική δόνηση, μια παλλόμενη πλαδαρή κοιλίτσα, τα ραδιοφωνικά κύματα και οποιοδήποτε γνωστό περιοδικό «σήμα».
Κύματα επάνω σε τι; Όταν κανείς αναφέρεται σε μια διαδιδόμενη διαταραχή από μια πηγή, εννοείται η ύπαρξη κάποιου μέσου (ελαστικού) ικανό να μεταδώσει την ενέργεια από σημείο σε σημείο. Εάν αναλογισθούμε την περίπτωση του θαλάσσιου κύματος και εναν λουόμενο -ο οποίος αντιλαμβάνεται την οργή του Ποσειδώνα- αυτό που συμβαίνει ουσιαστικά είναι η μετάδοση μιας δεδομένης διαταραχής (δηλαδή του «σχήματος» της και της ενέργειάς της) επί επιφανειακού στρώματος νερού, με σύνηθες αίτιο τους ανέμους. Ο λουόμενος προφανώς δεν μετακινείται προς την ακτή (αν αγνοήσουμε τα ρεύματα του νερού) αλλά εκτελεί επιτόπου ταλάντωση, ενώ ο ίδιος βέβαια δεν διαταράσσεται (το μόρια του μένουν στη θέση του, ειδάλλως θα ακτινοβολούσαμε όλοι με το παραμικρό και θα διαλυόμασταν εξίσου εύκολα!).
Στα βαρυτικά κύματα το μέσον διάδοσης είναι ο ίδιος ο χωροχρόνος.Δεν υφίσταται καμμία απολύτως διαφορα με το σύστημα ‘πιάτο-ζελές’. Με το χέρι μας προκαλούμε μικρές διαμήκεις ταλαντωτικές κινήσεις στο πιάτο και παρατηρούμε τρέμουλο σε όλο τον ζελέ. Εάν με κάποιον τρόπο διεγείρουμε τον χωροχρονικό ιστό (με την παρέμβαση μεγάλης ποσότητας μάζας σύμφωνα με τα προηγούμενα), αναμένουμε ρυτιδώσεις αντίστοιχες με αυτές του ζελέ. Κατ’αναλογίαν με το θαλάσσιο κύμα έχουμε παρόμοιο μηχανισμό, μόνο που τώρα οποιαδήποτε ύλη παρεμβάλλεται στο σύστημα επηρρεάζεται άμεσα μιας και αυτή θα αποτελεί αναπόσπαστο κομμάτι του χωροχρόνου. Η Γη λόγου χάρη, θα παραμορφωθεί και αυτή όταν διαπερασθεί από μιά τέτοια βαρυτική, ή καλύτερα, μια τέτοια χωροχρονική διαταραχή!
Επειδή η πιθανότητα ύπαρξης ενός διαγαλαξιακού υπερμεγέθους «Ιπτάμενου Ολλανδού» που να δημιουργεί αναταραχές στο πέρασμά του είναι μάλλον αμυδρή, αρμόζει περισσότερο να δεχτούμε με βάση τη θεωρία, οποιαδήποτε ασταθή κατάσταση αλληλεπίδρασης τεράστιων αστρικών μαζών ως την κύρια πηγή βαρυτικών κυμάτων. Τέτοιες καταστάσεις είναι : το αποτέλεσμα σύγκρουσης ζεύγους αστέρων νετρονίων, είτε η σύμπτυξη δύο μελανών οπών, ή ακόμη και η «ηχώ» από την έκρηξη των πανέμορφων supernova.
Σε εντελώς θεωρητικό επίπεδο κυκλοφορούν και πιό ευφάνταστα σενάρια που θέλουν τα βαρυτικά κύματα ως το αρχέγονο κατάλοιπο του πρώιμου «άτακτου» Σύμπαντος, το οποίο κάποτε ήταν θερμότερο, πυκνότερο και σαφώς μικρότερο (τόσο που θα ακολουθούσε τους νόμους της κβαντικής τρέλας του μικρόκοσμου).
Η θεωρία της γέννησης του κόσμου από μια απλή κβαντική διαταραχή του απολύτου ‘τίποτα’ (μηδενική ενέργεια), ξεφεύγει τόσο από το ζήτημα των βαρυτικών κυμάτων όσο και από την ανοχή της φαντασίας σας και μάλλον δε θα συνέστηνα καμμία παραπομπή…
Κομψή η θεωρία! Μα τι ειναι αυτό που μας απωθεί από το να δεχτούμε οτι για παράδειγμα ο κόσμος μας δομείται από μια άπειρία μικροσκοπικών David Bowie;!
Αφενός περιοριζόμαστε από την απλoύστατη φιλοσοφική αρχή, γνωστή και ως «Το Ξυράφι του Occam», σύμφωνα με την οποία ‘κανείς δεν θα πρέπει να προβαίνει σε περισσότερες εικασίες από όσες είναι απαραίτητες’. Εν ολίγοις ένα μοντέλο μικροσκοπικών rock star θα μπορούσε να λειτουργήσει εξίσου καλά (υπό πολλές προϋποθέσεις) με τις γνωστές θεωρίες στοιχειωδών σωματιδίων, αλλά μοιάζει να είναι λίγο απίθανο μιας και χρειάζεται πολλές παραμέτρους για να περιγράψει την πραγματικότητα! Με παρόμοια λογική εκλέγουμε την πιο πιθανή θεωρία για το εκάστοτε πρόβλημα, ανεξαρτήτως όμως του πόσο παράλογη μπορεί να φαίνεται. Εάν δε, η εν λόγω θεωρία επιβεβαιώνεται και από τα πειραματικά δεδομένα τότε γίνεται αποδεκτή. Χωρίς το πείραμα η όποια φυσική θεωρία αντιμετωπίζεται ως μια ξέχωριστή φιλοσοφία.
Τουλάχιστον τρείς δεκατίες μετά από συνεχή βελτίωση των ανιχνευτών του L.I.G.O. (Παρατηρητήριο Βαρυτικών Κυμάτων με Συμβολόμετρο Λέιζερ) και πολλές λανθασμένες ανιχνεύσεις, εντοπίσθηκε εν τέλει στις 14 Σεπτεμβρίου του 2015 , το πολυπόθητο σήμα που ταίριαζε με τις θεωρητικές προβλέψεις για βαρυτικό κύμα από μια σύγκρουση και σύμπτυξη δυο μελανών οπών (μεγέθους περίπου 36 φορές τη μάζα του Ήλιου η μία και 29 μάζες Ήλιου η δεύτερη), ένα γεγονός που συνέβη 1,3 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακρυά μας! Ύστερα από εκτενή ανάλυση των δεδομένων, με ταυτόχρονη απόρριψη των άχρηστων πληροφοριών που κατέγραψαν οι ανιχνευτές επιβεβαιώθηκε στις 11 Φλεβάρη του 2016 επίσημα, ότι πρόκειται πράγματι για ένα βαρυτικό κύμα που έφτασε στη Γή.
Η δυσκολία του πειράματος έγκειται στο ότι τέτοιου είδους κύματα αλληλεπιδρούν ελάχιστα με την ύλη, ενώ οι ανιχνευτές οφείλουν να είναι υπερευαίσθητοι σε τέτοιο βαθμό που να αντιλαμβάνονται δονήσεις σε υποατομικό επίπεδο. Ένα ακόμη εμπόδιο στον εντοπισμό τους είναι ο θόρυβος που καταγράφεται από το περιβάλλον (όπως π.χ. τα φορτηγά που διασχίζουν μια λεωφόρο χιλιόμετρα μακρυά). Για το σκοπό αυτό έχουν τοποθετηθεί δυο ανιχνευτές, ένας στη Louisiana και ένας στη Washington, με περίπου 3,000 χιλιόμετρα να τους χωρίζουν και τον κάθε έναν απο αυτούς άριστα μονωμένο από το περιβάλλον με ισχυρά αντικραδασμικά συστήματα. Την ανατριχιαστική στιγμή της ανακάλυψης του βαρυτικού σήματος, έγινε ουσιαστικά ταυτοποίηση της «βροντής» που «αισθάνθηκαν» οι ανιχνευτές και διαπιστώθηκε ότι είχαν κοινή μορφή και μάλιστα ίδια με αυτή που υποδείκνυαν τα μαθηματικά του Einstein…
Λίγη απομυθοποίηση δεν έβλαψε όμως ποτέ κανέναν. Ένας ανιχνευτής L.I.G.O. δεν είναι τίποτε άλλο από ένα κοινό συμβολόμετρο. Όπως προδίδει η ίδια η λέξη ένα τέτοιο όργανο προκαλεί φαινόμενα συμβολής από φωτεινές δέσμες laser σε μια οθόνη (για την ακρίβεια την ίδια φωτεινή δέσμη η οποία διαχωρίζεται σε δυο, με τη βοήθεια ειδικού κατόπτρου). Φαινόμενα συμβολής παρατηρούμε καθημερινά χωρίς να το συνειδητοποιούμε ακόμα και στις σαπουνόφουσκες, όπου ανάλογα την οπτική μας γωνία εμφανίζονται ιριδίζουσες λωρίδες. Η συμβολή των κυμάτων (το laser είναι και αυτό μια ακτινοβολία μονοχρωματική), προκύπτει απ’ την διαφορά της διαδρομής που εκτελεί το καθένα από αυτά για τον οποιοδήποτε λόγο.
Το αποτέλεσμα, σε αυτό το απλό συμβολόμετρο, είναι η εμφάνιση φωτεινής κηλίδας στην οθόνη (ενίσχυση), ή η εξαφάνισή της από την οθόνη (ακύρωση) ανάλογα την απόσταση που έχει διανύσει η κάθε δέσμη στους κινητούς βραχίονες της συσκευής (δές βίντεο ανωτέρω). Αυτό που συμβαίνει όταν ένα βαρυτικό κύμα διαπερνά τη Γη, είναι οτι αυτή με τη σειρά της πάλλεται ακανόνιστα (όπως ένας ζελές) και οι βραχίονες της συσκευής μετατοπίζονται ελαφρώς λόγω της κίνησης αυτής. Εμφανίζεται λοιπόν ένα τρεμμάμενο σήμα στην οθόνη λόγω των αλεπάλληλων ενισχυτικών και ακυρωτικών συμβολών και …voilà! Εντοπίσαμε ένα βαρυτικό κύμα με ευαισθησία στην μετακίνηση των βραχιόνων, της τάξεως μερικών χιλιοστών της διαμέτρου ενός πρωτονίου! (Ασύλληπτη ακρίβεια για τον οποιοδήποτε νου.)
Μια ανάσα εδώ αρκεί για να αναλογισθούμε το τι μας επιφυλάσσει το μέλλον. Ας μην ξεχνάμε την ώθηση στην ανάπτυξη της τεχνολογίας που έδωσε το πείραμα στο C.E.R.N. χάρη στο οποίο μπορείς εσύ τώρα να διαβάζεις αυτές τις γραμμές μέσω απομακρυσμένου υπολογιστή! Ήδη ετοιμάζεται νέος ανιχνευτής που θα εκτοξευθεί στο διάστημα για ακόμη πιο ακριβή αποτελέσματα, υπό την ονομασία Laser Interferometer Space Antenna. Αγαπητοί φίλοι της sci-fi κοινότητας αφήστε την φαντασία σας να οργιάσει, καθώς η ίδια η επιστήμη έχει πλέον τεθεί «εκτός ελέγχου».
‘Η φυσική είναι σαν το σεξ: Σίγουρα υπάρχουν κάποια πρακτικά αποτελέσματα, αλλά δεν είναι αυτός ο λόγος για τον οποίο το κάνουμε!’
Richard P. Feynman
Περισσότερες πληροφορίες : Ο Θεός