Επιστήμονες σχεδιάζουν νέα διαστημική αποστολή για να παρατηρήσουν την κβαντική βαρύτητα

Πηγή:  Πανεπιστήμιο του Aberdeen, 4 Σεπτεμβρίου 2006

Φυσικοί στη Μεγάλη Βρετανία έχουν κάνει μια σημαντική ανακάλυψη για την κβαντική βαρύτητα και γι αυτό το λόγο σχεδιάζουν μια νέα διαστημική αποστολή για την πραγματοποίηση μιας σειράς θεμελιωδών πειραμάτων φυσικής, με τη βοήθεια ενός οργάνου μεγάλης ακρίβειας.

Ένας φυσικός του πανεπιστημίου του Αμπερντήν, ο Δρ Charles Wang, στο Κολέγιο των Φυσικών Επιστημών, καθοδηγεί μια έρευνα που δείχνει για πρώτη φορά πώς η κβαντική βαρύτητα μπορεί να παρατηρηθεί στο διάστημα. Σύμφωνα με τον Δρ Wang ο χωροχρόνος παραμορφώνεται συνεχώς από τα βαρυτόνια ή γκραβιτόνια - σωματίδια που θεωρούνται ότι μεσολαβούν για τη διάδοση της βαρύτητας σε μια εξαιρετικά μικρή κλίμακα. Το φαινόμενο αυτό μοιάζει με τον τρόπο που κινούνται οι κόκκοι της γύρης ή τα μόρια του καπνού στον αέρα (την γνωστή τυχαία κίνηση Brown), καθώς αυτά κτυπιούνται από πολύ μικρότερα μόρια. Ο Wang λέει ότι αν παρατηρήσουμε αυτές  τις μικροσκοπικές διαστρεβλώσεις σε ένα κβαντικό πείραμα, τότε θα είναι δυνατό να εξαγάγουμε πληροφορίες για την τελευταία θεωρία του χωρόχρονου.

Ο Δρ Wang εξηγεί ότι υπάρχει μια ευρέως κρατούσα αντίληψη στη σύγχρονη φυσική ότι η διαρκής στρέβλωση του χωρόχρονου λόγω των κβαντικών ιδιοτήτων του, είναι πάρα πολύ μικρή για να φανεί σε οποιεσδήποτε κανονικές περιστάσεις.

Εντούτοις, η νέα έρευνα από τον Wang και τους συνεργάτες του - R. Bingham και J. T. Mendonηa - προτείνει ότι οι υπογραφές του κβαντικού χωρόχρονου είναι πολύ κοντά για να παρατηρηθούν στο εργαστήριο και ότι η έρευνα της φυσικής στην πιο μικροσκοπική κλίμακα είναι τώρα μια πραγματική ευκαιρία.

Τα αποτελέσματά τους θα δημοσιευτούν στο New Scientist και Physics World.

Αυτή η εργασία συνδέεται πάρα πολύ με την εργασία του Robert Brown, ένας ένδοξου φοιτητή στο Κολέγιο Marischal προς το τέλος του 18ου αιώνα, ο οποίος ανακάλυψε το φαινόμενο της κίνησης Brown - κάνοντας ορατά τα αποτελέσματα της αόρατης μοριακής κίνησης. Ο Brown δεν ανακάλυψε φυσικά τις διακυμάνσεις του του χωρόχρονο, εντούτοις, ο Δρ Wang και οι συνεργάτες του κάνουν μια παρόμοια σκέψη ότι θα μπορούσαμε να καταστήσει ορατές τις αόρατες διακυμάνσεις του χωρόχρονου, παρατηρώντας τις διαστρεβλώσεις του σε ένα κβαντικό πείραμα.

Οι τεχνικές χρησιμοποιούν τα 'κύματα της ύλης', που ανακαλύφθηκαν αρχικά από τον G. P. Thomson στο πανεπιστήμιο του Αμπερντήν στις αρχές του 20ού αιώνα, πριν σχεδόν 80 χρόνια. Ο καθηγητής Thomson στη συνέχεια κέρδισε το βραβείο Νόμπελ στη φυσική το 1937 για την πρωτοποριακή εργασία του. Πειράματα με τα υλοκύματα των ατόμων έχουν ήδη εξερευνηθεί, ενώ ο Δρ Wang με τους συνεργάτες του έχουν δείξει ότι είναι δυνατόν να εξαχθούν από αυτά πληροφορίες με πολύ καλή ακρίβεια για την τελευταία θεωρία του χωρόχρονου.

Στην καθημερινή ζωή τα άτομα κινούνται γύρω στον χώρο με υψηλή ταχύτητα αλλά εάν τα ακινητοποιήσετε μπορείτε τότε να κάνετε πράγματα με αυτά, που δεν μπορούν να γίνουν κανονικά. Οι πρόσφατες τεχνολογικές πρόοδοι στην ακραία ψύξη έχουν κατορθώσει να κάνουν τα άτομα σχεδόν ακίνητα, καθιστώντας πιθανή μια νέα γενεά φυσικών μετρήσεων πολύ υψηλής ακρίβειας.

Η νέα διαστημική αποστολή για την πραγματοποίηση ενός τέτοιου πειράματος προγραμματίζεται από το πανεπιστήμιο του Αμπερντήν, το εργαστήριο Rutherford Appleton και ιδρύματα της ΕΕ.

Η νέα διαστημική αποστολή για την εξερεύνηση της κβαντικής βαρύτητας ονομάστηκε GAUGE (Gr And Unification and Gravity Explorer), η αποστολή αυτή ενσωματώνει μια παρόμοια πρόταση που ονομάζεται HYPER, που επίσης θα πραγματοποιήσει δοκιμές της θεμελιώδους φυσικής, αλλά δεν υλοποιήθηκε από την Ευρωπαϊκή Διαστημική Υπηρεσία (ESA) γιατί είχε τους ίδιους στόχους με το δορυφόρο Gravity Probe B της NASA.

Ρυτιδώσεις του χωρόχρονου: βαρυτικά κύματα

Τώρα, όμως, ο Δρ Wang έχει δώσει πρόσθετη επιστημονική αξιοπιστία στη νέα αποστολή της ESA - GAUGE. Έχει δείξει ότι ένα συμβολόμετρο ατόμο -κυμάτων (ένα όργανο που υιοθετεί την συμβολή των κυμάτων της ύλης) θα μπορούσε να ανιχνεύσει τις διαστρεβλώσεις του χωρόχρονου στην πιο μικροσκοπική κλίμακα, στην οποία όλοι οι νόμοι της φυσικής, συμπεριλαμβανομένης της γενικής σχετικότητας και της κβαντομηχανικής, είναι ενοποιημένοι.

Το πείραμα GAUGE στο διάστημα θα περιλαμβάνει την αποστολή ακτίνων εξαιρετικά ψυχρών ατόμων από δύο όμοιους βραχίονες ενός συμβολομέτρου. Οι διακυμάνσεις του χωρόχρονου που προκαλούνται από τα γκραβιτόνια θα τροποποιήσουν τυχαία τον χρόνο που θέλουν οι ακτίνες για να κινηθούν στους βραχίονες. Αυτό θα δημιουργήσει εν συνεχεία μια μικρή ασάφεια στα μοτίβα που δημιουργούνται όταν συμβάλουν οι ακτίνες, δεδομένου ότι οι δύο ακτίνες θα έχουν διαμορφωθεί διαφορετικά. Τέτοια πειράματα θα ήταν αδύνατα στη Γη, όπου τα αποτελέσματα της βαρύτητας θα ήταν αδύνατα να αποβληθούν.

Ο Δρ Wang τονίζει: "Με τη μεγάλη ευαισθησία που έχουμε στα διαστημικά πειράματα μια τέτοια διαστημική αποστολή θα είναι πολύ σημαντική. Εάν είναι επιτυχημένα τα αποτελέσματα τότε αυτά θα ασκήσουν βαθιά επίδραση στο να κατανοήσουμε τη θεμελιώδη φύση του διαστήματος και του χρόνου στον κόσμο."

Τα ευρήματα θα προσφέρουν τη δυνατότητα να παρατηρήσουμε τα πρώτα πειραματικά στοιχεία της "θεωρίας του παντός", δηλ. την τελευταία θεωρία της φύσης. Εάν εγκριθεί η αποστολή GAUGE θα κοστίσει 320 εκατομμύρια και θα ξεκινήσει περίπου το 2015.