Η Νέα εξίσωση

Ο  Carlo Rovelli, ένας θεωρητικός της βαρύτητας στο Μεσογειακό πανεπιστήμιο της Μασσαλίας, είπε ότι πρόκειται για μια υπόθεση που έχει ρίσκο, "αλλά αν συμβεί να είναι αληθινό το κέρδος θα είναι τόσο μεγάλο που αξίζει τον κόπο να πάρουμε το ρίσκο και να ψάξουμε το θέμα με λεπτομέρεια". 

Ο  Andrew Strominger του Harvard υπέδειξε ότι ο ίδιος ο Einstein τροποποίησε τη σχετικότητα το 1915, όταν έφερε τη βαρύτητα στο προσκήνιο, με τη γενική θεωρία της σχετικότητας. Η ειδική θεωρία της σχετικότητας όπως έγινε γνωστή η θεωρία του 1905, είναι αυστηρά σωστή μόνο σε επίπεδο χωροχρόνο χωρίς βαρύτητα, πρόσθεσε ο  Strominger.

Ο ίδιος πρόσθεσε επίσης, " Είναι φυσικό να σκεφτούμε ότι η σχετικότητα του Einstein θα παραβιάζεται σε κάποιες περιπτώσεις και θα χρειάζεται μικρές διορθώσεις, ακριβώς όπως και η θεωρία βαρύτητας του Νεύτωνα χρειάζεται μικρές διορθώσεις." "Οι διορθώσεις αυτές δεν κάνουν όλη τη θεωρία του Νεύτωνα λανθασμένη, απλά σημαίνουν ότι η θεωρία δεν εφαρμόζεται τέλεια σε όλες τις περιπτώσεις. Παρόμοια και η σχετικότητα μπορεί να δώσει τη θέση της σε μια πιο πλήρη και ακριβή θεωρία." 

Το πως θα μπορούσε να καταρριφθεί η σχετικότητα, αν ποτέ συμβεί αυτό, εξαρτάται από το πως η φυσική θα πραγματώσει το μεγάλο της όνειρο, την κβαντική βαρύτητα.  

Πολλοί φυσικοί στοιχηματίζουν στην αλήθεια της θεωρίας χορδών, η μαθηματική μορφή της οποίας προβλέπει μικοσκοπικές χορδές που ταλαντώνονται σε 10 διαστάσεις χωροχρόνου. Αλλά η θεωρία αυτή μπορεί να υλοποιηθεί με πάρα πολλούς τρόπους, και μερικοί φυσικοί παραπονούνται ότι έτσι μπορούμε να την κάνουμε να προβλέπει σχεδόν οτιδήποτε. 

Στο τέλος της δεκαετίας του 80, ο  V. Alan Kostelecky, ένας φυσικός σωματιδίων στο πανεπιστήμιο της Indiana, και οι συνεργάτες του, υπέδειξαν ότι σε μερικές από αυτές τις λύσεις, τα σπιν των χορδών μπορούσαν να δώσουν ένα προσανατολισμό στον κενό χώρο, σαν τις γραμμές που αφήνει η ύφανση ενός λεπτού υφάσματος. Στην περίπτωση αυτή λένε ότι ένα ρολόι προσανατολισμένο σε μια κατεύθυνση μπορεί να χτυπάει λίγο ταχύτερα ή αργότερα από ένα άλλο προσανατολισμένο διαφορετικά, παραβιάζοντας τις αρχές της σχετικότητας. Αυτό είναι κάτι που ο  Kostelecky και οι συνεργάτες του πρότειναν να ελεγχθεί, χρησιμοποιώντας ρολόγια υπερακριβείας στον διαστημικό σταθμό.   

Ο  Kostelecky και οι συνεργάτες του έχουν επινοήσει μια επέκταση του καθιερωμένου μοντέλου στη σωματιδιακή φυσική, που καταγράφει όλους τους δυνατούς τρόπους κατά τους οποίους μπορεί να παραβιάζεται η σχετικότητα. Άλλοι συμπεριλαμβανομένου και του  Amelino-Camelia, του  John Ellis στο CERN, του  Tsvi Piran στο Εβραϊκό πανεπιστήμιο της Ιερουσαλήμ και τους θεωρητικούς του Harvard:   Sheldon Glashow και  Sidney Coleman, έχουν προσπαθήσει να μελετήσουν τους τρόπους που μπορεί ησχετικότητα να παραβιαστεί στην κβαντική βαρύτητα ή στις κοσμικές ακτίνες υψηλής ενέργειας. 

Η παραβίαση δεν είναι αναπόφευκτη, λέει ο  Kostelecky. "Είναι ευλογοφανής; Ναι έτσι μοιάζει. Τόσο που έχω επενδύσει σ' αυτήν αρκετά χρόνια της ζωής μου."

Λίγοι φυσικοί φαίνεται να έχουν επενδύσει τόσα πολλά στην ανανέωση της σχετικότητας όσο ο  Magueijo. Στο βιβλίο του περιγράφει πως ξεκινώντας το 1996 έπεισε τον  Albrecht, τότε στο Imperial, να προβάλλουν μαζί την αιρετική άποψη ότι η ταχύτητα του φωτός ήταν πολύ μεγαλύτερη στο μακρινό κοσμικό παρελθόν. Η πρόταση αυτή αποτελούσε μια λύση σε πολλά κοσμολογικά αινίγματα. Οι κοσμολόγοι δεν ενθουσιάστηκαν βέβαια με την ιδέα, η οποία, ακόμα και ο  Magueijo παραδέχτηκε ότι παραβίαζε τη σχετικότητα. Ο συνεργάτης του  Albrecht, είπε ότι επρόκειτο για μια ιδέα "που δεν γεννήθηκε με κατάλληλο τρόπο ακόμα" και πρόσθεσε ότι "χρειαζόταν να βρούμε βάσεις σε περιοχές της φυσικής που θα έπειθαν". 

Στα χρόνια που μεσολάβησαν, ως παράπλευρο έργο της καθημερινής του δουλειάς ως συμβατικού κοσμολόγου, ο ίδιος και ένας αυξανόμενος αριθμός συνεργατών του, συνέχισαν να ασχολούνται με την τροποποίηση της σχετικότητας κατά διαφόρους τρόπους, οι οποίοι περιλαμβάνονται κάτω από το ακρωνύμιο V.S.L, (Θεωρίες μεταβλητής ταχύτητας του φωτός). 

Στον κόσμο της επιστήμης το βιβλίο, τραβάει την προσοχή για το ζωηρό και αυθάδες στυλ του, καθώς και για το περιεχόμενό του. " Τι στο διάβολο, δεν είναι παρά μόνο ο Einstein που εκπαραθυρώνεται....", γράφει σε μια αποστροφή του. Σε άλλα σημεία χαρακτηρίζει έναν εκδότη έγκυρου περιοδικού σαν βλάκα, τους προϊσταμένους του στο Imperial σαν ρουφιάνους και τους οπαδούς της ανταγωνίστριας κβαντικής βαρύτητας σαν παραπλανημένους. 

Όταν ρωτήθηκε πως περιμένει ν' αντιδράσουν οι συνάδελφοί του στο βιβλίο, απάντησε: "Δεν γράφτηκε γι αυτούς, γράφτηκε για το κοινό." Ο ίδιος αποκάλεσε το βιβλίο του "Μια πολύ τίμια θεώρηση του πως αισθάνονται οι φυσικοί", προσθέτοντας, "Πρόκειται για τη γλώσσα που χρησιμοποιώ συνήθως".  

Το κύριο κίνητρο για να στραφούμε στις θεωρίες V.S.L. εξήγησε ο  Magueijo, προέρχεται από το ότι η κβαντική βαρύτητα δεν έχει ανακαλυφθεί ακόμα. Στην σχετικότητα υπάρχει μόνο ένας ειδικός αριθμός, η ταχύτητα του φωτός, αλλά στην κβαντική βαρύτητα υπάρχει και άλλος ειδικός αριθμός, που είναι γνωστός ως ενέργεια Planck και ισοδυναμεί περίπου με 10²⁸ eV. Σύμφωνα με το σκεπτικό της κβαντικής βαρύτητας, ένα στοιχειώδες σωματίδιο που επιταχύνεται σ' αυτή την ενέργεια θα συμπεριφέρεται σαν να είναι ο χώρος και ο χρόνος θρυμματισμένοι και ασυνεχείς και όλες οι δυνάμεις της φύσης είναι ενοποιημένες. 

Εν τούτοις, σύμφωνα με τη θεωρία της σχετικότητας, παρατηρητές με διαφορετικές ταχύτητες θα διαφωνούσαν για το ποια είναι η ενέργεια του σωματιδίου, και συνεπώς αν θα  βρισκόταν ή όχι σ' εκείνη την περιοχή ενεργειών όπου υπεισέρχεται και η κβαντική βαρύτητα. Εν συντομία θα υπήρχε διαφωνία για το ποιοι νόμοι της φυσικής εφαρμόζονται στο σωματίδιο. 

"Ίσως η σχετικότητα να είναι πολύ περιοριστική , όσον αφορά τι χρειαζόμαστε στην κβαντική βαρύτητα." λέει ο  Magueijo. "Πρέπει να διώξουμε από τη μέση ένα αξίωμα της σχετικότητας, ίσως αυτό της σταθερότητας της ταχύτητας του φωτός."

Η πιο πρόσφατη εξέλιξη στους κύκλους των ασχολουμένων με τις V.S.L. θεωρίες είναι η λεγόμενη "διπλή ειδική σχετικότητα." Το 2000, ο Amelino-Camelia, ελπίζοντας να λύσει το πρόβλημα των κοσμικών ακτίνων, πρότεινε την τροποποίηση των κανόνων της σχετικότητας, κατά τρόπο ώστε να υπάρχει ένα όριο στην ορμή που θα μπορούσε να έχει οποιοδήποτε σωματίδιο, όπως τώρα  υπάρχει ένα όριο για την ταχύτητα.  

Στη συνέχεια ο Magueijo και ο  Smolin του ινστιτούτου Perimeter πρότειναν τη δική τους εκδοχή για τη διπλή σχετικότητα, στην οποία υπάρχει κάποιο όριο στην ενέργεια που μπορεί να έχει ένα σωματίδιο. Η ενέργεια αυτή είναι η ενέργεια Planck, στην οποία ενοποιούνται όλες οι δυνάμεις και κυριαρχούν τα φαινόμενα κβαντικής βαρύτητας. 

Μια συνέπεια που θα έχουν αυτές οι προτάσεις, στα πλαίσια των  V.S.L θεωριών, θα είναι η αντικατάσταση της δημοφιλούς σχέσης E=mc² με μια πιο περίπλοκη εξίσωση την οποία ο Magueijo παραθέτει στο βιβλίο του. 

Ένα σημείο που είναι κοινό σε όλες τις διπλές θεωρίες σχετικότητας, λέει ο Magueijo, είναι ότι η ταχύτητα του φωτός εξαρτάται από  το χρώμα του φωτός. Όσο δηλαδή υψηλότερη είναι η συχνότητα του φωτός και η ενέργεια των φωτονίων του, τόσο η ταχύτητά του γίνεται ελαφρά μεγαλύτερη σε σχέση με τις μικρότερες συχνότητες. Κάτι τέτοιο θα μπορούσε να κάνει αισθητή την παρουσία του σε παρατηρήσεις εκλάμψεων ακτίνων γ από πηγές του μακρινού διαστήματος. Τέτοιες παρατηρήσεις έχουν προγραμματιστεί να γίνουν από το διαστημικό τηλεσκόπιο GLAST, που θα εκτοξευτεί από τη NASA το 2006. 

Η θεωρία επίσης προβλέπει ότι το φως θα επιβραδυνθεί όταν περνάει κοντά από αντικείμενα μεγάλης μάζας, και τελικά μηδενίζεται η ταχύτητά του στις μαύρες τρύπες. Κατ' αρχήν το φαινόμενο αυτό, προτείνει ο Magueijo, θα μπορούσε να ελεγχθεί με φασματοσκοπικές παρατηρήσεις του φωτός που εκπέμπεται από πολύ πυκνά αντικείμενα όπως οι αστέρες νετρονίων. 

Σε μερικούς φυσικούς, παρόλα αυτά, η ιδέα της μεταβλητής ταχύτητας του φωτός στο κενό είναι χωρίς νόημα. Τα χιλιόμετρα και τα δευτερόλεπτα με τα οποία μετράμε την ταχύτητα του φωτός είναι ανθρώπινες επινοήσεις οι οποίες στηρίζονται επίσης σε μήκη κύματος και συχνότητες επίσης φωτεινών κυμάτων, κι έτσι όλο το σχόλιο για την ταχύτητα του φωτός μοιάζει μ' ένα φαύλο κύκλο. Σε τελευταία ανάλυση, λένε οι φυσικοί αυτοί, όλες οι φυσικές μετρήσεις καταλήγουν σε μερικές αδιάστατες σταθερές όπως η σταθερά α της υπέρλεπτης υφής. "Ότι μετράμε αντικειμενικά είναι αν μεταβάλλεται η σταθερά ή όχι" λέει ο Michael Duff του πανεπιστημίου του Michigan . 

Ο Magueijo αντιπαραθέτει ότι αυτές οι κριτικές είναι τεχνικά σωστές, αλλά η ταχύτητα του φωτός είναι ένας από τους παράγοντες από τους οποίους εξαρτάται η σταθερά α. Έτσι αν το α μεταβάλλεται, όπως φαίνεται να δείχνουν μερικές αστρονομικές παρατηρήσεις, κανείς θα έτεινε να σκεφτεί ότι αυτό οφείλεται σε μια μεταβολή είτε της ταχύτητας του φωτός, είτε  του στοιχειώδους ηλεκτρικού φορτίου, είτε ακόμη και σε μεταβολή μιας άλλης θεμελιώδους σταθεράς, της σταθεράς του Planck h, είτε ακόμα και των τριών παραγόντων μαζί. Συνήθως, λέει ο  Magueijo, διαλέγουμε την απλούστερη επιλογή. 

Παρά τη δραστηριότητα που αναπτύσσεται στον τομέα των διπλών θεωριών σχετικότητας, οι επιστήμονες συμφωνούν ότι βρίσκονται στο σκοτάδι, όσον αφορά τις συνέπειες των εικασιών αυτών. " μερικές από αυτές μπορεί να εξελιχθούν σε σεβαστές υποψήφιες αντικαταστάτριες της σχετικότητας" λέει ο Kostelecky, προσθέτοντας ότι "άλλες δεν πρόκειται ν' αλλάξουν πραγματικά την σχετικότητα, είτε ότι μπορούν ν' αποκλειστούν από τα μέχρι τώρα πειραματικά δεδομένα. Χωρίς όμως συστηματική ανάλυση τίποτα δεν μπορεί ν' αποκλειστεί" 

Ο Amelino-Camelia λέει ότι οι διπλές θεωρίες της σχετικότητας διατηρούν την αρχή του Einstein ότι όλες οι κινήσεις είναι σχετικές, αλλά το κόστος στην υπόλοιπη φυσική είναι απρόβλεπτο. "Πληρώσαμε ήδη ένα υψηλό αντίτιμο όταν δεχτήκαμε την ίδια τη σχετικότητα: την εγκατάλειψη της έννοιας του απόλυτου χρόνου" λέει. "Αυτή τη φορά δεν είναι απόλυτα βέβαιο ποια αξιωματική αρχή πρέπει να εγκαταλείψουμε". 

Ο Albrecht συστήνει προσοχή και λέει ότι οι φυσικοί χρειάζονται υποστήριξη από τα πειράματα, πριν βιαστούν να απορρίψουν αγαπημένες αρχές όπως η σχετικότητα. 

Αναφορά: New York Times, δίκτυο.