Βλέποντας τον κβαντικό χωροχρονικό αφρό

Πηγή: NewScientist, Μάιος 2006

Η σχετικότητα υποθέτει ότι η δομή του χωροχρόνου είναι ομαλή και συνεχής, ενώ η κβαντική θεωρία βαρύτητας την θέλει να αποτελείται από κόκκους σε αφάνταστα μικρές κλίμακες, της τάξης των 10-35 m (η κλίμακα αυτή αποκαλείται κλίμακα Planck και είναι 20 τάξεις μεγέθους μικρότερη από ένα ατομικό πυρήνα). Οι διαφορετικές προσεγγίσεις της κβαντικής βαρύτητας προβλέπουν ότι σε αυτήν την κλίμακα η προφανώς λεία δομή του χώρου και του χρόνου πρέπει να εκφυλίζεται σε ένα είδος "κβαντικού αφρού", όπου σωματίδια αναδύονται και καταστρέφονται, δηλαδή ο χωροχρόνος 'συσπάται' από τυχαίες διακυμάνσεις.

Πώς όμως θα μπορούσαμε να δούμε αυτό το φαινόμενο του κβαντικού αφρού; Ίσως λένε τρεις κοσμολόγοι τα τηλεσκόπια να μπορούσαν να ψάξουν γι αυτό το φαινόμενο, επιτρέποντάς μας να δούμε την ίδια τη φύση του χωρόχρονου για πρώτη φορά.

Τώρα, οι κοσμολόγοι Jack Ng, Wayne Christiansen και Hendrik van Dam στο πανεπιστήμιο της Βόρειας Καρολίνας στο Chapel Hill θεωρούν ότι ξέρουν πώς να ανιχνεύσουν τα αποτελέσματα του κβαντικού αφρού. "Το φως ταξιδεύει από μια πολύ απόμακρη πηγή στον Κόσμο, δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά μας, και πρέπει να περάσει μέσω του χωροχρονικού αφρού, εάν φυσικά υπάρχει, στο μακρύ ταξίδι του για να φθάσει σε μας, και αυτά τα πολύ μικροσκοπικά αποτελέσματα μπορούν βαθμιαία να συσσωρευτούν", λέει ο Christiansen. "Το εισερχόμενο φως πρέπει να σκεδάζεται ελαφρώς από αυτές τις χωροχρονικές διακυμάνσεις του αφρού, έτσι ώστε οι πολύ απόμακρες πηγές θα εμφανιστούν να διασκορπίζονται σε έναν μικρό, συγκεχυμένο φωτοστέφανο (άλως) κι όχι σε ένα σημείο."

Οι τρεις τους λένε ότι τα νέα όργανα που χτίζονται τώρα θα μπορούσαν να ανιχνεύσουν το φαινόμενο αυτό - ιδιαίτερα στο Ευρωπαϊκό Νότιο Παρατηρητήριο το Συμβολόμετρο του Πολύ Μεγάλου Τηλεσκοπίου (VLTI) στο όρος Paranal, στη Χιλή, μόλις βεβαίως γίνει πλήρως λειτουργικό σε μερικά χρόνια.

Το VLTI θα λειτουργήσει με το συνδυασμό του φωτός που συλλέγονται από δύο ή τρία τεράστια τηλεσκόπια των 8.2 μέτρων και μερικά μικρότερα τηλεσκόπια. Η ανάλυση των μοτίβων συμβολής που δημιουργούνται με το συνδυασμό του φωτός από δύο ή περισσότερα τηλεσκόπια επιτρέπει στους αστρονόμους να κάνουν ανάλυση με πιο μεγάλη λεπτομέρεια από όσο εάν χρησιμοποιούσαν ένα μόνο τηλεσκόπιο. Η ομάδα της Βόρειας Καρολίνας αναφέρει ότι το όργανο πρέπει επίσης να είναι σε θέση - αν πράγματι ισχύει η θεωρία τους για διακυμάνσεις του χωροχρονικού αφρού - να πάρει μικροσκοπικές αυλακώσεις με αυτό, ειδάλλως θα έβλεπαν μια επίπεδη κυματομορφή του φωτός.

"Το VLTI είναι βασικό εργαλείο επειδή αυτό μόνο έχει την ευαισθησία και την ανάλυση για να ανιχνεύσει αυτές τις μικροσκοπικές χωροχρονικές διακυμάνσεις που υπόκεινται από το φως όταν ταξιδεύει σε τεράστιες αποστάσεις. Έτσι, θα επιβεβαιωθεί αν σωματίδια συνεχώς δημιουργούνται και καταστρέφονται, κάνοντας το χωρόχρονο να περιτυλίσσεται (να είναι κουλουριασμένος) και αφρώδης", τονίζει ο Ng.

Ο χωροχρονικός αφρός θα μπορούσε να προκαλέσει μικροσκοπικές αυλακώσεις στην κυματομορφή. Αυτό σημαίνει ότι ξεχωριστά τηλεσκόπια θα βλέπουν το φως να φτάνει από ελαφρώς διαφορετικές γωνίες και χρόνους.

Εάν η ιδέα τους λειτουργήσει, τότε το VLTI θα μπορούσε να δώσει στους φυσικούς μια εσωτερική ματιά στη θεμελιώδη δομή του χωρόχρονου και να τους δείξει, επίσης, τη σωστή θεωρία της κβαντικής βαρύτητας, η οποία στοχεύει να ενώσει την κβαντομηχανική και τη γενική σχετικότητα για να εξηγήσει τη βαρύτητα στις μικρές κλίμακες του κβαντικού κόσμου. Μέχρι τώρα, το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble έχει αποτύχει να δει οποιουσδήποτε ασαφείς φωτοστεφάνους γύρω από τις εικόνες των πολύ απόμακρων κβάζαρ, αποκλείοντας μερικές δημοφιλείς θεωρίες του κβαντικού αφρού. Η αυξανόμενη όμως ευαισθησία του VLTI θα μπορούσε να βοηθήσει ώστε να διευκρινιστεί το θέμα αυτό κι άλλο, λένε οι ερευνητές.

Ο Giovanni Amelino-Camelia, ένας κοσμολόγος στο πανεπιστήμιο της Ρώμης La Sapienza και από τους πρωτοπόρους στη μελέτη του κβαντικού αφρού, έχει χαιρετίσει την έρευνα. "Η άποψη τους, φυσικά, πρέπει ακόμα να αφομοιωθεί από την επιστημονική κοινότητα", λέει. "Αλλά βεβαίως έχει τη μυρωδιά ενός σημαντικού βήματος προς τα εμπρός για τους ερευνητές που ελπίζουν να τεστάρουν τα μοντέλα του χωροχρονικού αφρού με τη χρήση των συμβολομέτρων.

Άλλοι αστρονόμοι είναι πιο προσεκτικοί. "Είναι μια εξαιρετικά ενδιαφέρουσα ιδέα αλλά πρέπει ακόμα να φανεί εάν αυτά τα μικρά αποτελέσματα μπορούν να διακριθούν από παρόμοια αποτελέσματα λόγω των αναταράξεων (της τύρβης) της γήινης ατμόσφαιρας", λέει ο Andreas Glindemann, ο επικεφαλής του VLTI. "Εντούτοις, είναι περίεργος να δω αν τα μεγάλα συμβολόμετρα είναι τώρα ικανά να αντιμετωπίσουν ακόμη και τα πιο σπουδαία κοσμολογικά ζητήματα".


Στην μικρότερη κλίμακα του κόσμου, που ορίζεται από το μήκος Planck (10-33 εκατοστά), οι αρχές της κβαντικής μηχανικής συνεπάγονται ότι ο ίδιος ο χωρόχρονος θα πρέπει να είναι ένας αναβράζων αφρός, παρόμοιος με τον ωκεανό των δυνάμει σωματιδίων που πληρούν τον κενό χώρο.

Δείτε και τα σχετικά άρθρα
Πως να κατασκευάσετε το Σύμπαν
Κβαντική βαρύτητα: Επιστροφή στο μέλλον