Ενοποιημένη Κβαντική Θεωρία Πεδίου

7-Μαρτίου-2001

Μελετώντας την Κλίμακα Planck

Ας εξετάσουμε τώρα μια περιοχή στο χωρόχρονο, όπου όλοι οι γνωστοί νόμοι της φυσικής έχουν καταρρεύσει και οι τέσσερις συνηθισμένες δυνάμεις έχουν συγχωνευτεί σε μια δύναμη - την υπερβαρύτητα. Ούτε η καθιερωμένη Κβαντική Θεωρία Πεδίου ούτε η Γενική Σχετικότητα, δεν μπορεί να μας βοηθήσει τώρα. Η βαρύτητα έχει ενοποιηθεί με τις τρεις άλλες δυνάμεις και η καθιερωμένη Κβαντική Θεωρία Πεδίου διαπραγματεύεται μόνο τη μικροσκοπική κλίμακα, όπου τα συνηθισμένα φαινόμενα βαρύτητας, είναι πάρα πολύ αδύναμα για να ανιχνευθούν.

Η Γενική Σχετικότητα, αφ' ετέρου, ασχολείται μόνο με τη βαρύτητα στη μακροσκοπική κλίμακα. Για να μελετηθεί αυτή η περιοχή, αυτό που απαιτείται είναι μια Ενοποιημένη θεωρία που να μπορεί να χειριστεί τη βαρύτητα στο μικροσκοπικό επίπεδο. Αυτήν την περίοδο, πραγματοποιούνται σ' όλες τις κοινότητες φυσικών, διάφορες θεωρητικές έρευνες ,για την ενοποίηση αυτή πάνω σε διαφορετικές ιδέες. Η μόνη συναίνεση, εάν υπάρχει τέτοια, φαίνεται να είναι, ότι η επιδιωκόμενη για τη ενοποίηση θεωρία πρέπει να συνδυάζει τα εννοιολογικά στοιχεία της Γενικής Σχετικότητας και της Κβαντικής Θεωρίας Πεδίου.

Εντούτοις, για αρκετό χρόνο, καμία ικανοποιητική και συνεπής θεωρία δεν έχει ξεχωρίσει. Μερικές από τις πιό δημοφιλείς θεωρίες, όπως η θεωρία της Υπερσυμμετρίας και η θεωρία των Υπερχορδών, λύνουν μερικά προβλήματα σε ορισμένες περιοχές, αλλά ακόμη και οι ισχυρότεροι υποστηρικτές τους αναγνωρίζουν ότι οι προτεινόμενες λύσεις προκαλούν φαινομενικά άλυτα προβλήματα σε άλλες περιοχές.

Ενοποιημένη Κβαντική Θεωρία Πεδίου

Η αφετηρία για αυτό το σχέδιο ενοποίησης είναι να κβαντιστεί το βαρυτικό πεδίο σύμφωνα με τις παραπάνω αρχές. Συνεπώς, η δύναμη βαρύτητας υποτίθεται ότι εκδηλώνεται από μια ανταλλαγή άμαζων μποζονίων βαθμίδας - ή γκραβιτονίων. Η βαρύτητα είναι μια δύναμη μεγάλης ακτίνας δράσης που, είναι υπεύθυνη για παράδειγμα, για να διατηρήσει σε συνοχή ολόκληρο το Γαλαξία μας,   καθώς επίσης και ολόκληρο το Σύμπαν. Συνεπώς, το φαινομενικά κενό διάστημα, δηλ. το διαστρικό κενό, πρέπει να είναι πλημμυρισμένο με τα γκραβιτόνια που ορμούν σε κάθε κατεύθυνση με την ταχύτητα του φωτός.

Το κενό είναι κυρίαρχο παντού. Πραγματικά, όλοι οι σύνθετοι οργανισμοί - συμπεριλαμβανομένου και του  ανθρώπινου, οι πλανήτες, τα αστέρια - είναι κυρίως κενά. Εάν όλο το σώμα σας συμπιεστεί, έτσι ώστε όλα τα στοιχειώδη συστατικά της ύλης του, να φτιάξουν μια σφιχτή μάζα, εσείς θα είσαστε πιό μικροσκοπικός και από την άκρη μιας βελόνας. Έτσι, σύμφωνα με την Ενοποιημένη Κβαντική Θεωρία Πεδίου, κάθε φυσικό φαινόμενο που σχετίζεται με τη βαρύτητα, όσον αφορά τη σωματιδιακή του όψη, εξηγείται με μια θάλασσα από γρήγορα κινούμενα γκραβιτόνια που αλληλεπιδρούν μεταξύ τους αλλά και με τα συνηθισμένα στοιχειώδη σωμάτια όπως τα ηλεκτρόνια, quarks, κ.λπ.

Εντούτοις, εξαιτίας της μικροσκοπικότητάς τους, κανένα γκραβιτόνιο δεν έχει ανιχνευθεί ποτέ. Εάν υπάρχουν, τα gravitons αναμένεται να είναι περίπου 10¹⁵ φορές μικρότερα από την πιό μικροσκοπική οντότητα που μπορεί ενδεχομένως να ανιχνευθεί με τα πειραματικά μέσα, που διαθέτουμε σήμερα. Στην πραγματικότητα, τα υποτιθέμενα γκραβιτόνια είναι τόσο μικροσκοπικά έναντι των συνηθισμένων σωματιδίων, όσο είστε εσείς μικροσκοπικοί έναντι ολόκληρου του ηλιακού συστήματος. Συνεπώς, τα ηλεκτρόνια και τα quarks επηρεάζονται τόσο από τα γκραβιτόνια όσο και μια οντότητα με το μέγεθος του ηλιακού συστήματος, θα επηρεαζόταν από τους ανθρώπους που κινούνται γύρω του.

Πιό πάνω, έχουμε εξετάσει μόνο την σωματιδιακή υφή της βαρύτητας. Εντούτοις, όπως εξηγείται λεπτομερέστερα στην κβαντική φυσική, τα γκραβιτόνια είναι κβάντα πεδίου, δηλ. διακριτές εκδηλώσεις των υποκείμενων βαρυτικών πεδίων.

Εδώ είναι που εισάγεται η Γενική Σχετικότητα. Εφαρμόζοντας την έννοια των καμπυλοτήτων του χωρόχρονου στα στοιχειώδη σωματίδια, τα σωμάτια με μάζα, πρέπει να θεωρηθούν ως μικρά πακέτα στρεβλωμένου χωρόχρονου. Τα γκραβιτόνια και τα φωτόνια όμως είναι άμαζα, έτσι δεν είναι αρκετά σαφές πώς αυτά μπορούν να εναρμονιστούν με την ιδέα των χωρο-χρονικών πακέτων.

Μια σκέψη θα ήταν, να θεωρήσουμε πως αυτή η θάλασσα ή ο ιστός των γρήγορων κινούμενων γκραβιτονίων αποτελεί την ίδια την υφή του χωρόχρονου. Μια παρόμοια ιδέα προτείνει ότι τα σημεία της χωροχρονικής συνέχειας, αρχίζουν να υπάρχουν μόνο με τη βοήθεια των αλληλεπιδράσεων μεταξύ των γκραβιτονίων και άλλων κβάντων.

Εντούτοις, αυτές - και άλλες παρόμοιες ιδέες - είναι ουσιαστικά απλώς προσπάθειες να δοθεί η φυσική υπόσταση στο χώρο και τον χρόνο. Καμία πλήρης και συνεπής θεωρία δεν έχει ακόμα προταθεί, έτσι μια ανοικτή ερώτηση παραμένει:
«τι θα είναι τελικά μια επιτυχής ενοποιημένη κβαντική θεωρία πεδίου;»
Ίσως, οι απαντήσεις πρέπει να επιδιωχθεί να συμφωνούν με το παρακάτω ρητό του Einstein: "Ο χώρος και ο χρόνος δεν είναι συνθήκες-όροι στους οποίους ζούμε, αλλά τρόποι με τους οποίους σκεφτόμαστε."

Ισως όμως καμία θεωρία ενοποίησης σε αυτό το Σύμπαν, δεν θα ήταν η τελική εκτός αν υπολογίζει και τις διανοητικές δραστηριότητες του ανθρώπινου μυαλού όπως επίσης και αυτό που αποκαλείται νους. Κάτι που ποτέ οι θεωρίες της Φυσικής δεν έχουν λογαριάσει.