Αρχική > επιστήμη > Μικρό αφιέρωμα στον Αινστάιν

Μικρό αφιέρωμα στον Αινστάιν

Ηρθε η ώρα να αναθεωρήσουμε τον Αϊνστάιν;Ηρθε η ώρα να αναθεωρήσουμε τον Αϊνστάιν;

Το πείραμα OPERA που δείχνει πως τα νετρίνα είναι ταχύτερα από τα φωτόνια έβαλε νέα ερωτηματικά

Α. ΓΑΛΔΑΔΑΣ,
ΤΟ ΒΗΜΑ, 2.10.11

[Τελευταία ενημέρωση 9.10.11, 11.35]

Στις 28 Δεκεμβρίου του 1934 δίνοντας μιαν ακόμη διάλεξη μπροστά σε αμερικανούς επιστήμονες ο Αϊνστάιν δεν θα υποψιαζόταν βέβαια ότι τον Σεπτέμβριο του 2011 μπροστά στο παγκόσμιο κοινό θα γινόταν μια ανακοίνωση για σωματίδια που κινούνται με ταχύτητα μεγαλύτερη από αυτή του φωτός.

 

Ο Αϊνστάιν κάποια στιγμή πείστηκε ότι έπρεπε να δεχθούμε πως ο χρόνος δεν είναι σταθερός και αδιαπραγμάτευτος. Συνέδεσε μάλιστα το «πόσο γρήγορα περνάει» με το πόσο γρήγορα κινούμαστε και πόσο κοντά βρισκόμαστε σε μια μάζα. Αυτό που είναι σταθερό και αδιαπραγμάτευτο, είτε βρισκόμαστε επάνω στη Γη και περπατάμε είτε έχουμε μπει σε κάποιο διαστημόπλοιο και εξερευνούμε τον Γαλαξία με ιλιγγιώδεις ταχύτητες, είναι το πόσο «τρέχει» το φως. Το 1905, μάλιστα, διατυπώνοντας τους κανόνες της Ειδικής Θεωρίας της Σχετικότητας, το πιο βασικό στοιχείο της ήταν ότι τίποτε στο Σύμπαν ολόκληρο δεν μπορεί να κινηθεί με ταχύτητα μεγαλύτερη από τα 299,792,458 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο, δηλαδή αυτήν που αποκτούν τα φωτόνια όταν κινούνται στο κενό. Επίσης ότι οι νόμοι της Φυσικής για ένα σώμα δεν επηρεάζονται από την ταχύτητά του και την περιστροφή του.

Θεωρείται ότι τα πιο αντιφατικά σωματίδια στο Σύμπαν είναι αυτή τη στιγμή τα νετρίνα. Είναι σε πλήθος περισσότερα από οποιαδήποτε άλλη μορφή ύλης και σε συμπεριφορά τα πιο παράξενα. Τη στιγμή αυτή που κάποιος διαβάζει ήσυχα και σιωπηλά την εφημερίδα του χιλιάδες νετρίνα τον διαπερνούν και συνεχίζουν ένα αιώνιο και απροσδιόριστο ταξίδι. Κάποια από αυτά έχουν έλθει από τον Ηλιο και άλλα τα έχουν δημιουργήσει το κάλιο και το ασβέστιο που είναι ελαφρώς ραδιενεργά και βρίσκονται στα κόκαλα και στα δόντια μας. Σε λίγες ώρες θα βρίσκονται έξω από τα όρια του πλανητικού μας συστήματος ενώ ο Ηλιος έχει δημιουργήσει τα προηγούμενα μόλις δευτερόλεπτα περισσότερα από όσοι είναι οι κόκκοι της άμμου στις ακρογιαλιές και στις ερήμους της Γης.

«Απάνθρωπη» ακρίβεια!

Εδώ και τρία χρόνια μια ομάδα επιστημόνων υπομονετικά μετρούσε τον χρόνο που χρειάζονταν τα νετρίνα να διανύσουν μια απόσταση 730 χιλιομέτρων, από το Κέντρο Ερευνών του CERN στη Γενεύη ως ένα υπόγειο εργαστήριο στο Γκραν Σάσο, κοντά στη Ρώμη. Μια δέσμη φωτός χρειαζόταν 2,4 χιλιοστά του δευτερολέπτου για να διανύσει αυτή την απόσταση αλλά μέσα στα τρία αυτά χρόνια παρατηρήθηκαν λίγο περισσότερες από 15.000 περιπτώσεις όπου νετρίνα, δημιουργημένα επί τούτου και με ελεγμένες προδιαγραφές, κάλυψαν αυτή την απόσταση 60 δισεκατομμυριοστά του δευτερολέπτου πιο γρήγορα από τα φωτόνια της δέσμης φωτός. Η κοινότητα των ειδικών στα θέματα αυτά κοιτάζει τα αποτελέσματα που παρουσίασαν επίσημα στις 22 Σεπτεμβρίου κάποιοι από τους δεκάδες φυσικούς της ομάδας (ανάμεσά τους και αρκετοί Ελληνες) και αναρωτιέται αν είναι έτσι τα πράγματα ή αν έχει γίνει κάποιο μεγάλο λάθος.

Η ακρίβεια που απαιτείται σε ένα τέτοιο πείραμα είναι… απάνθρωπη, θα λέγαμε. Η απόσταση των δύο σημείων, από εκεί που παράγονται τα νετρίνα ως τις ειδικά κατασκευασμένες πλάκες μολύβδου στο τέλος της διαδρομής, εκατοντάδες χιλιόμετρα μακρύτερα, πρέπει να έχει μετρηθεί με ακρίβεια μεγαλύτερη από 20 εκατοστά του μέτρου, ο χρόνος που ξεκίνησε η δέσμη και αυτός που δείχνουν τα ρολόγια στο τέρμα πρέπει να έχουν μπει με τέλειο συγχρονισμό (ακόμη και ο απειροελάχιστος χρόνος που χρειάζεται να στείλεις μήνυμα από την αφετηρία στο τέρμα με το τι ώρα είναι εκείνη τη «στιγμή» πρέπει να υπολογιστεί), όπως και η διαφορά στην ταχύτητα περιστροφής της Γης στα δύο σημεία και ο εσωτερικός μηχανισμός του πειράματος μπορεί να είναι πηγές ενός συστηματικού και κρυμμένου προς το παρόν λάθους.

Ηδη και σε άλλο εργαστήριο στο παρελθόν είχαν παρατηρήσει το ίδιο φαινόμενο αλλά δεν το δέχθηκαν διότι δέχθηκαν πρώτα πως η ακρίβεια του πειράματος δεν ήταν αυτή που έπρεπε. Και από τις ολόφωτες εκρήξεις των υπερκαινοφανών αστέρων όπου η παραγωγή φωτονίων αλλά και νετρίνων είναι τεράστια είχαν παρατηρήσει το ίδιο φαινόμενο. Πίστευαν όμως ότι η καθυστέρηση στην άφιξη των φωτονίων στα παρατηρητήρια της Γης σε σχέση με τα νετρίνα οφειλόταν σε αντιδράσεις με την ύλη.

Αν όμως τώρα όλα έχουν γίνει όπως πρέπει; Τότε θα είναι ανάγκη να ξανασκεφθούμε το αν είχε δίκιο ο Αϊνστάιν όταν υπολόγιζε ότι χρειάζεται άπειρη ενέργεια για να ξεπεράσει ένα σωματίδιο την ταχύτητα του φωτός και να δεχθούμε ότι η αιτιότητα, που υπαγορεύει την κατ’ εμάς λογική ακολουθία των πραγμάτων, μπορεί κάλλιστα να ανατρέπεται. Και θα βρίσκουμε πως μια δέσμη από σωματίδια με ταχύτητες μεγαλύτερες από την ταχύτητα του φωτός θα φθάνει σ’ εμάς πριν από τη στιγμή που υποτίθεται ότι θα ξεκινούσε! Γι’ αυτό χρησιμοποίησαν αυτές τις ημέρες και το παράδειγμα του μπάρμαν που φαίνεται να λέει (σαν να μιλάει μόνος του): «Συγγνώμη, δεν πουλάμε αλκοόλ σε νετρίνα» και αμέσως μετά, λέει, ανοίγει η πόρτα του μπαρ και μπαίνει ένα νετρίνο…


Από αυτή τη συσκευή Σύγχροτρον ξεκινούσαν τα πρωτόνια που ύστερα από μια σφοδρή σύγκρουση μεταξύ τους έδιναν καόνια και πιόνια, για να έχουν κι αυτά μετατραπεί σε μιόνια και μ-νετρίνα στο ξεκίνημά τους για το ταξίδι των 3 χιλιοστών του δευτερολέπτου περίπου μέχρι το Γκραν Σάσο όπου βρισκόταν ο ανιχνευτής

Οι τέσσερις σωματοφύλακες της ύλης

Για τη δομή της ύλης χρειαζόμαστε τέσσερα μόνο στοιχειώδη σωμάτια και η λέξη «στοιχειώδη» δεν χρησιμοποιείται τυχαία: σημαίνει ότι ακόμη δεν έχουμε διαπιστώσει να αποτελούνται από άλλα μικρότερα. Ολα γύρω μας και εμείς οι ίδιοι έχουμε δομηθεί από το επάνω και το κάτω κουάρκ, το ηλεκτρόνιο και το νετρίνο. Το τελευταίο αυτό είναι το πιο παράξενο από όλα σε συμπεριφορά. Δεν έχει ηλεκτρικό φορτίο, η μάζα του είναι τόσο μικρή που σε μερικούς υπολογισμούς επιτρέπεται και να τη θεωρούμε ίση με το μηδέν, ενώ βρίσκεται σε τεράστιες ποσότητες στο Σύμπαν. Εμφανίζεται ως προϊόν διάσπασης του νετρονίου, ως τώρα στους υπολογισμούς θεωρούσαν ότι είχε ταχύτητα ίση με αυτήν του φωτός και ο χαρακτηρισμός του ως ενός μεγάλου τίποτα είναι πλέον παρελθόν, αφού γνωρίζουμε σήμερα ότι 50 τρισεκατομμύρια νετρίνα περνούν μόνο μέσα από το σώμα μας και μάλιστα σε ένα δευτερόλεπτο!

Αυτό το νετρίνο ονομάζεται νετρίνο του ηλεκτρονίου και το ξεχωρίζουμε έτσι από άλλα δύο ξαδελφάκια του, το νετρίνο του μιονίου και το νετρίνο του σωματιδίου ταυ. Τα λέμε ξαδέλφια διότι έχουν κάποια κοινά χαρακτηριστικά αλλά, όπως και τα αληθινά ξαδέλφια, δεν έχουν την ίδια μάζα, και μάλιστα στη διάρκεια του ταξιδιού τους έχουν την ικανότητα να αλλάζουν ιδιότητες έτσι ώστε το ένα να μεταμορφώνεται στο άλλο, κάτι που τυράννησε πολύ τους ερευνητές τα προηγούμενα χρόνια.

(Σε αυτή τη διεύθυνση http://www.physics.ntua.gr/ η Ελληνική Ομάδα Εκλαΐκευσης από το Τμήμα Φυσικής του Εθνικού Μετσοβίου Πολυτεχνείου έχει αναρτήσει εξαιρετικές ιστοσελίδες σχετικές με τα στοιχειώδη σωμάτια και τη δομή της ύλης.)

Αξίζουν τον κόπο όλα αυτά;

Στον τρίτο όροφο του κτιρίου της Φυσικής στην Πολυτεχνειούπολη, σε ένα πολύ μικρό γραφείο, ανάμεσα σε κλασικούς πίνακες όπου γράφεις ακόμη με κιμωλία και αφίσες από κλασικά έργα του παγκόσμιου κινηματογράφου, βρίσκεις τον κ. Νίκο Τράκα, καθηγητή στη Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών και ερευνητή στα στοιχειώδη σωμάτια. Είναι κατά κάποιον τρόπο και ένας άτυπος «πρεσβευτής» του CERN στην Ελλάδα, αφού είναι συντονιστής της Ελληνικής Ομάδας Εκλαΐκευσης που οργανώνει τα ετήσια δωρεάν σεμινάρια εκατοντάδων μαθητών και καθηγητών για τα στοιχειώδη σωμάτια και ενημερώνει τον Τύπο πάντα για κάθε επιτυχία (αλλά και αποτυχία) του μόνου ίσως ευρωπαϊκού οργανισμού που από συνεργασία τουλάχιστον μεταξύ των μελών του πάει αρκετά καλά.

Η ερώτηση που πρέπει να του γίνεται πολύ συχνά, ιδιαίτερα σε τέτοιες δύσκολες οικονομικά εποχές, είναι: Και τι χρειάζεται να ξοδεύουμε τόσα χρήματα, να δημιουργούμε τέτοιες κολοσσιαίες εγκαταστάσεις εκεί στην Ελβετία και μηχανισμούς-μαμούθ και αναρίθμητοι άνθρωποι να δουλεύουν τόσα χρόνια γι’ αυτά τα στοιχειώδη σωμάτια, που πολλά από αυτά δεν υπάρχει περίπτωση να τα δούμε ποτέ καν; Για να βρούμε αν τα νετρίνα ή τα φωτόνια τρέχουν πιο γρήγορα ή αν υπάρχει το σωματίδιο του… Θεού;

Οπως όμως εξηγεί με πολλή υπομονή: «Πέρα από την έμφυτη διάθεση των ανθρώπων να μάθουν περισσότερα για τον κόσμο που τους περιβάλλει, όσο προχωρούμε τόσο περισσότερα πράγματα από αυτά που χρησιμοποιούνται για πρώτη φορά σε ένα πείραμα μπαίνουν στη ζωή των καθημερινών ανθρώπων. Είναι κάτι ανάλογο με ό,τι συμβαίνει με τη Φόρμουλα 1. Ξοδεύονται χρήματα για εξαρτήματα που πρώτα χρησιμοποιούνται στα τερατώδη αυτοκίνητα των αγώνων αλλά στη συνέχεια διαχέονται στον υπόλοιπο κόσμο που οδηγεί στην εθνική οδό και στην Πανεπιστημίου».

Από τους επιταχυντές στη ζωή

Ετσι πρόχειρα ο κ. Τράκας μάς αναφέρει τα παρακάτω που ξεκίνησαν εξελίσσοντας συσκευές και εγκαταστάσεις στους μεγάλους επιταχυντές:

1. Σε ορισμένα νοσοκομεία της Γενεύης ήδη στις συνηθισμένες ακτινογραφίες αντί για τις παλιές συμβατικές φωτοευαίσθητες πλάκες χρησιμοποιούνται ανιχνευτές σωματιδίων που είναι πολύ πιο ευαίσθητοι και έτσι ο εξεταζόμενος δεν χρειάζεται παρά να πάρει το ένα δέκατο της ραδιενεργού δόσης που θα έπαιρνε με τα παλιά μηχανήματα.

2. Η αδρονική θεραπεία (hadron therapy) είναι ήδη αρκετά διαδεδομένη. Σ’ αυτήν χρησιμοποιούνται ιόντα άνθρακα με μεγάλη ταχύτητα για την καταστροφή των καρκινικών κυττάρων. Αυτά τα ιόντα έχουν την ιδιότητα να μην αλληλεπιδρούν με τους ανθρώπινους ιστούς που διατρέχουν (και επομένως και να μην τους καταστρέφουν) κατά την κίνησή τους αλλά να δίνουν όλη την ενέργειά τους σταματώντας πάνω στα καρκινικά κύτταρα. Αυτό σημαίνει ότι μπορούν να περνούν μέσα από ευαίσθητα σημεία του ανθρώπινου σώματος χωρίς να προξενούν ζημιές και να αφήνουν όλη τους την ενέργεια στοχευμένα σε ένα σημείο, κάτι πολύ χρήσιμο στην καταπολέμηση των όγκων του εγκεφάλου και του νωτιαίου μυελού. Πώς μπαίνει σ’ αυτή την ιατρική υπόθεση η φυσική των σωματιδίων; Η επιτάχυνση των ιόντων του άνθρακα γίνεται με χρήση μικρών επιταχυντών που χρησιμοποιούν την ανεπτυγμένη τεχνολογία των πειραμάτων της φυσικής.

3. Είναι ίσως περιττό να αναφέρουμε την Τομογραφία Εκπομπής Ποζιτρονίου (Positron Emission Tomography _ PET), τεχνολογία στηριγμένη στις ανιχνευτικές διατάξεις της φυσικής των στοιχειωδών σωματιδίων.

4. Για να «πιάνουμε» γεγονότα που έχουν συχνότητα ένα γεγονός ανά 25 νανοδευτερόλεπτα, δηλαδή 25 δισεκατομμυριοστών του δευτερολέπτου, έπρεπε να αναπτυχθούν τεχνολογίες ηλεκτρονικών συσκευών εκπληκτικά προχωρημένες σε σχέση με ό,τι υπήρχε πριν.

Οσο για τις καινούργιες εικασίες που γέννησε το πείραμα του Gran Sasso με τα σωματίδια τα ταχύτερα και από το φως, ότι θα γίνονται δηλαδή πιο γρήγορα τα διαστημικά ταξίδια και οι τηλεπικοινωνίες, είναι πολύ άγουρες και μάλλον επιφανειακές προφητείες. Αρκεί να θυμηθούμε ότι τα νετρίνα είναι σωματίδια που κάνουν ανεπαίσθητη διάβαση από το σώμα μας και από διάφορα άλλα αντικείμενα, άρα θα είναι πολύ δύσκολο να γίνει αντιληπτό το μήνυμα που τυχόν θα μεταφέρουν από τον εγκέφαλό μας για παράδειγμα, έστω και με ιλιγγιώδεις ταχύτητες.


Το σκηνικό γύρω από το πείραμα OPERA, σε βάθος 1.400 μέτρων κάτω από τη γη, είναι εντυπωσιακό. Στο κέντρο διακρίνεται ο κύλινδρος-στόχος με τις πλάκες μολύβδου όπου ανάμεσά τους βρίσκονται τοποθετημένα φύλλα από φωτοευαίσθητο υλικό

ΤΑ ΝΑΙ ΚΑΙ ΤΑ ΟΧΙ ΤΟΥ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ OPERA

Το φαινόμενο παρατηρήθηκε στο πλαίσιο του πειράματος OPERA (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus) στο CERN που στηρίζεται στη δημιουργία συγκρούσεων πρωτονίων με στόχους από γραφίτη, παραγωγή πιονίων και καονίων που γρήγορα δίνουν μιόνια και νετρίνα του μιονίου. Αυτά ταξιδεύουν 730 χιλιόμετρα και στον δρόμο έχουμε κάποια από αυτά να μετατρέπονται σε νετρίνα. Στη διάρκεια αυτού του πειράματος υπήρξαν οι ενδείξεις για πιθανή υπέρβαση της ταχύτητας του φωτός από τα νετρίνα.

Ναι:

– Από όλα τα παρόμοια πειράματα αυτό ήταν το πιο ακριβές. Υπολογίστηκε ότι το συνολικό λάθος που θα μπορούσε να εμφανιστεί ήταν 10 νανοδευτερόλεπτα και τα νετρίνα βρέθηκε τελικά να είναι πιο γρήγορα από τα φωτόνια κατά 60 νανοδευτερόλεπτα καλύπτοντας θεωρητικά το περιθώριο σφάλματος.

– Η δέσμη πρωτονίων που είναι απαραίτητη για να ξεκινήσει η παραγωγή νετρίνων ήταν… ευγενική χορηγία του μεγάλου επιταχυντή του CERN, άρα διέθετε εξαρχής καλές προδιαγραφές.

– Η εγκατάσταση του πειράματος δεν είναι παίξε-γέλασε. Τα μηχανήματα μεταφέρθηκαν σε έναν χώρο 1.400 μέτρα κάτω από την επιφάνεια της Γης, οι ανιχνευτές των νετρίνων είναι πλάκες μολύβδου με ειδικό ευαίσθητο επίχρισμα και φθάνουν τις 60.000 προς το παρόν, με προοπτική να γίνουν 150.000.

– Οι μετρήσεις στις δέσμες των νετρίνων είναι στατιστικές. Είναι αδύνατον να μετρήσεις την ταχύτητα ενός συγκεκριμένου νετρίνου!

Οχι:

– Η θεωρία του Αϊνστάιν ως τώρα έχει χρησιμοποιηθεί για περισσότερο από έναν αιώνα και έχει δώσει σωστά αποτελέσματα, ενώ διάφορα πειράματα, με τελευταίο το Gravity Probe 2 όπου η NASA ανακοίνωσε στις 4 Μαΐου 2011 ότι επιβεβαιώθηκαν και στο Διάστημα οι προβλέψεις της Ειδικής Θεωρίας της Σχετικότητας.

– Ο προσδιορισμός της απόστασης των δύο σημείων, της αφετηρίας και του τέρματος, έγινε με τη βοήθεια του συστήματος GPS που δεν θεωρείται ότι διαθέτει την απαιτούμενη από το πείραμα ακρίβεια.

– Ακόμη θα χρειαστεί και σε άλλα σημεία του πλανήτη να γίνουν ίδια πειράματα για να είμαστε βέβαιοι για το αποτέλεσμα.

– Το ότι κάποιο τμήμα της διαδρομής, κάπου 11 χιλιόμετρα, γίνεται μέσα στον αέρα απαιτεί πολύ προσεκτικές διορθώσεις και διατυπώθηκαν κάποιες αμφιβολίες αν αυτές έγιναν όπως έπρεπε. Υποδείχθηκε ακόμη στους ερευνητές ότι έπρεπε να είχαν ανοίξει μια οπή ως το υπόγειο εργαστήριο για πιο ακριβείς μετρήσεις, αλλά και εκεί αποδείχθηκε ότι υπήρχε κίνδυνος να γίνει πιο μεγάλο λάθος σχετικά με την κλίση της.

………………………………………………………………………………………

Η πλήρης ανακοίνωση της ερευνητικής ομάδας του Γκραν Σάσο βρίσκεται σε αυτή τη διεύθυνση: http://static.arxiv.org/pdf/1109.489.pdf.

Κατατοπιστικά άρθρα από την Ελληνική Ομάδα Εκλαΐκευσης βρίσκονται πάντα εδώ:

http://www.physics.ntua.gr/POPPHYS/articles/higgs.html

Σχολείο

Η θεωρία γενικής σχετικότητας «αντεπιτίθεται»


http://www.kathimerini.gr
με πληροφορίες από ΑΠΕ-ΜΠΕ, 29.10.11

Νέες μετρήσεις του φωτός από ομάδες γαλαξιών, επιβεβαιώνουν τη θεωρία γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν.

Δεν είναι δύσκολο να πειστεί κανείς για την ύπαρξη βαρύτητας: αρκεί να πηδήσει από την ταράτσα του και να δει τι θα συμβεί! Είναι όμως πολύ δυσκολότερο να ελέγξει κανείς τη θεωρία βαρύτητας του Αϊνστάιν, δηλαδή της θεωρία γενικής σχετικότητας, σύμφωνα με την οποία η βαρύτητα ενός αντικειμένου (π.χ. ενός πλανήτη) καμπυλώνει τον χωρόχρονο γύρω του.

Οι επιστήμονες έχουν αποδείξει ότι η θεωρία ισχύει στο επίπεδο του ηλιακού μας συστήματος, αλλά υπήρχαν κάποιες αμφιβολίες ότι ισχύει και σε συμπαντική κλίμακα. Τώρα, μια νέα έρευνα δανών αστροφυσικών, η οποία μέτρησε το φως που έρχεται στη Γη από μακρινές ομάδες γαλαξιών, επιβεβαίωσε ότι ο Αϊνστάιν είχε δίκιο σε κοσμική κλίμακα.

Οι επιστήμονες, με επικεφαλής τον Ράντεκ Βόιτακ του Ινστιτούτου Νιλς Μπορ του πανεπιστημίου της Κοπεγχάγης, που δημοσίευσαν τη σχετική μελέτη στο περιοδικό «Nature», σύμφωνα με το «Science» και το «Physics World», έλεγξαν κατά πόσο ισχύει η πρόβλεψη της θεωρίας της γενικής σχετικότητας ότι το φως χάνει ένα μέρος της ενέργειάς του καθώς «δραπετεύει» από ένα πεδίο βαρύτητας. Όσο πιο ισχυρό είναι το βαρυτικό πεδίο, τόσο μεγαλύτερη είναι η ενεργειακή απώλεια του φωτός.

Λόγω αυτής της πρόβλεψης, τα φωτόνια που εκπέμπονται από το κέντρο μιας ομάδας γαλαξιών (η οποία συνήθως περιέχει χιλιάδες γαλαξίες), θα πρέπει να χάνουν περισσότερη ενέργεια σε σχέση με το φως που έρχεται από τα άκρα της γαλαξιακής ομάδας, επειδή η βαρύτητα είναι πιο ισχυρή στο κέντρο παρά στην περιφέρεια. Εφόσον αυτό συμβαίνει, το φως που προέρχεται από το κέντρο της ομάδας γαλαξιών, θα έχει μεγαλύτερο μήκος κύματος σε σχέση με το φως που έρχεται από τα άκρα και, κατά συνέπεια, το φως αυτό θα πρέπει να είναι μετατοπισμένο προς το ερυθρό άκρο του φάσματος του φωτός (το εν λόγω φαινόμενο αποκαλείται «βαρυτική μετατόπιση προς το ερυθρό»).

Οι Δανοί αστροφυσικοί συνέλεξαν δεδομένα από περίπου 8.000 ομάδες γαλαξιών και βρήκαν ότι όντως το φως που προέρχεται από αυτές τις ομάδες, είναι μετατοπισμένο προς το ερυθρό του φάσματος κατά αναλογία με την απόσταση από το κέντρο της γαλαξιακής ομάδας, ακριβώς δηλαδή όπως προβλέπει η θεωρία της γενικής σχετικότητας. Όπως είπε ο Βόιτακ, «διαπιστώσαμε ότι το φως που προερχόταν από γαλαξίες στο κέντρο της ομάδας τους, δυσκολευόταν να εξέλθει από το πεδίο βαρύτητάς τους, ενώ αυτό ήταν πιο εύκολο για το φως που προερχόταν από τους γαλαξίες στην περιφέρεια μιας ομάδας».

Εκτός από την επιβεβαίωση του Αϊνστάιν, ο οποίος δημοσίευσε τη θεωρία γενικής σχετικότητας το 1926, η νέα έρευνα παρέχει ισχυρή στήριξη στο λεγόμενο «μοντέλο Λάμδα» (πρόκειται για την «κοσμολογική σταθερά») της ψυχρής σκοτεινής ύλης, την επικρατούσα κοσμολογική θεωρία, σύμφωνα με την οποία το μεγαλύτερο μέρος του σύμπαντος αποτελείται από αόρατη ύλη. Εκτός του να αποδυναμώνει τις εναλλακτικές θεωρίες που θεωρούν περιττή την παρουσία της σκοτεινής ύλης, η νέα έρευνα ενισχύει και την θεωρία για την ύπαρξη της σκοτεινής ενέργειας, της μυστηριώδους δύναμης που, σύμφωνα με τους υπολογισμούς συνιστά περίπου το 72% του σύμπαντος και φαίνεται να επιταχύνει την επέκτασή του, απομακρύνοντας μεταξύ τους τούς γαλαξίες, τα άστρα και τους πλανήτες.

«Τώρα πλέον η θεωρία γενικής σχετικότητας ελέγχθηκε σε κοσμολογική κλίμακα και επιβεβαιώθηκε ότι ισχύει, πράγμα που σημαίνει ότι υπάρχουν ισχυρές ενδείξεις για την παρουσία και της σκοτεινής ενέργειας», όπως είπε ο Βόιτακ, ρίχνοντας το «γάντι» στους «αιρετικούς» εκείνους φυσικούς που υποστηρίζουν ότι η θεωρία του Αϊνστάιν είναι ξεπερασμένη από τις κοσμολογικές παρατηρήσεις και αναζητούν νέα θεωρητικά μοντέλα για την βαρύτητα, τα οποία να μην συνεπάγονται την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης και της σκοτεινής ενέργειας.

 

Σχολείο

Πιο γρήγορα από το Φως;

www.kathimerini.gr, Πηγή: Κέντρο Θεωρητικής Φυσικής Κρήτης, 29.10.11

Το πείραμα OPERA, πριν μερικές μέρες, έκανε μια ανακοίνωση που τάραξε τα νερά της φυσικής: τα νετρίνα, σωματίδια με μάζα τόσο μικρή ώστε μέχρι πρόσφατα να νομίζουμε ότι είναι μηδέν, μετρήθηκαν να κινούνται μεταξύ των εργαστηρίων του CERN και του Grand Sasso με ταχύτητα μεγαλύτερη από αυτήν του φωτός στο κενό. Η σχετική διαφορά είναι μικρή, περίπου στο πέμπτο δεκαδικό ψηφίο. Οι φυσικοί του OPERA ισχυρίζονται όμως ότι το σφάλμα της μέτρησης είναι έξι φορές μικρότερο.

Αν αυτή η μέτρηση είναι σωστή, η διαφορά, έστω και ελάχιστη, φέρνει τα πάνω κάτω στην μοντέρνα φυσική. Το 1905, ο A. Einstein, για να εξηγήσει τα πειράματα του Michelson και Morley, εισήγαγε την ειδική θεωρία της σχετικότητας. Mια από της βασικές αρχές της θεωρίας ήταν ότι η μεγαλύτερη ταχύτητα στο σύμπαν είναι η ταχύτητα του φωτός. Για περισσότερο από 100 χρόνια, η θεωρία της σχετικότητας και οι διάφορες προεκτάσεις της, όπως η κβαντική θεωρία πεδίων που βρίσκεται στην καρδιά της σύγχρονης φυσικής των στοιχειωδών σωματιδίων, επιβεβαιώνονταν σε χιλιάδες πειράματα, μικρά ή μεγάλα.

Αυτός είναι και ο λόγος που οι περισσότεροι φυσικοί δεν έχουν πειστεί με το αποτέλεσμα του OPERA. Αναρωτιούνται τί είναι αυτό που ξέφυγε από την προσοχή των πειραματικών; Ο έλεγχος της παραγωγής των νετρίνων στο CERN; Η μέτρησή τους στο Grand Sasso; Ο συγχρονισμός των ρολογιών; Ή μήπως οι διορθώσεις της γενικής σχετικότητας που ίσως αγνοήθηκαν ως αμελητέες;

Σε μια πρώτη προσέγγιση, μέχρι τώρα, οι πειραματικοί φαίνεται να έχουν κάνει σωστά τη δουλειά τους, υλοποιώντας μια ιδιαίτερα έξυπνη τεχνική μέτρησης που είχαν προτείνει, το 2008 ο J. Ellis και οι συνεργάτες του.

Σίγουρα, νέοι έλεγχοι και καινούργια πειράματα θα ελέγξουν τον ισχυρισμό του OPERA. Στις Ηνωμένες Πολιτείες π.χ. το πείραμα MINOS σκοπεύει να κάνει αντίστοιχες μετρήσεις ώστε να επιβεβαιώσει ή να διαψεύσει το αποτέλεσμα.

Πόσο εύκολο είναι όμως για τους θεωρητικούς να εισάγουν θεωρίες στις οποίες η βασική αρχή της σχετικότητας, η συμμετρία του Lorentz, να παραβιάζεται σε υψηλές ενέργειες, ή σε κάποιο υπόχωρο της θεωρίας;

Η πρώτη προσπάθεια σε αυτήν την κατεύθυνση έγινε την δεκαετία του ’80, από τους S. Chadha και H. Nielsen που πειραματίστηκαν με τη ριζοσπαστική ιδέα ότι η θεωρία του σύμπαντος δεν έχει τη συμμετρία Lorentz σε υψηλές ενέργειες. Η συμμετρία εμφανίζεται μόνο σε χαμηλότερες ενέργειες, με μια μορφή αναγκαιότητας.

Η προσπάθεια αυτή έμεινε μετέωρη μέχρι τα τέλη της δεκαετίας του ’90, όταν οι διάσημοι φυσικοί S. Coleman και S. Glashow, το 1997, επανεξέτασαν την ιδέα κάτω από ένα καινούργιο πρίσμα: υποθέτοντας ότι η συμμετρία Lorentz παραβιάζεται στην φύση, έγραψαν μια ενεργή θεωρία σε χαμηλές ενέργειες, που μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως εργαλείο για τον έλεγχο της υπόθεσης.

Ετσι, το 1997, ξεκίνησε μια σειρά προσπαθειών που οδήγησαν σε σημαντικούς περιορισμούς του μεγέθους της παραβίασης της συμμετρίας του Lorentz, χρησιμοποιώντας πειραματικά δεδομένα από επιταχυντές και αστρονομικές/κοσμολογικές παρατηρήσεις. Παράλληλα, άρχισε μια προσπάθεια, από τους Moffat και Magueijo για την κατασκευή βαρυτικών μοντέλων με μεταβλητή ταχύτητα του φωτός, έχοντας σαν στόχο μια διαφορετική λύση των γνωστών κοσμολογικών προβλημάτων από αυτήν του κοσμολογικού πληθωρισμού.

Το 1999, ο Η. Κυρίτσης από το Πανεπιστήμιο Κρήτης, μελετούσε ένα καινούργιο αντικείμενο στην θεωρία των χορδών, τις D-βράνες, ένα είδος (υπερ)μεμβρανών που είναι εμβαπτισμένες στον δεκαδιάστατο χώρο της θεωρίας των υπερχορδών, με διάφορες διαστάσεις. Έκανε την αναπάντεχη παρατήρηση ότι όταν ο δεκαδιάστατος χώρος ήταν κατάλληλα καμπυλωμένος, η ταχύτητα του φωτός πάνω στις D-βράνες, ήταν μεταβλητή, μικρότερη από τον περιβάλοντα δεκαδιάστατο χώρο, και άλλαζε ανάλογα με την θέση της D-βράνης. Αργότερα, οι Gibbons και Herdeiro από το Cambridge, έδειξαν γενικά ότι η ταχύτητα του φωτός πάνω σε D-βράνες είναι ίση ή μικρότερη από αυτή στον περιβάλλοντα χώρο.

Αυτή η παρατήρηση είχε ενδιαφέρουσες προεκτάσεις: οι D-βράνες της θεωρίας των χορδών έχουν μια συγκεκριμμένη ύλη που θα την ονομάσουμε εδώ D-ύλη, η οποία ζει μόνο πάνω σε αυτές, αντίθετα από τις κλειστές χορδές που περιέχουν μεταξύ των άλλων και την βαρύτητα και κινούνται παντού στο δεκαδιάστατο χώρο. Σύμφωνα με τα παραπάνω, κάποιος που ζεί πάνω στις D-βράνες (και άρα αποτελείται από D-ύλη) μπορεί να ταξιδέψει με ταχύτητα μεγαλύτερη από την ταχύτητα του φωτός στη D-βράνη, αν κάνει μια «εκδρομή» στον περιβάλλοντα δεκαδιάστατο χώρο.

Η ιδιότητα αυτή των D-βρανών, οδήγησε, το 1999, τους Η. Κυρίτση (Πανεπιστήμιο Κρήτης) και Α. Κεχαγιά (Πολυτεχνείο Αθήνας) και ανεξάρτητα τον P. Kraus (Chicago), σε μια καινούργια μορφή κοσμολογικής εξέλιξης : την κοσμολογία mirage, όπου την κίνηση της D-βράνης στον περιβάλλοντα χώρο την αντιλαμβάνονται οι «ένοικοί της» ως κοσμολογική εξέλιξη. Παράλληλα αλλά και ανεξάρτητα, οι Chung και Freese (Chicago), το ίδιο έτος, πρότειναν ότι μια κίνηση στο δεκαδιάστατο χρόνο, με ταχύτητα μεγαλύτερη από την ταχύτητα του φωτός, θα μπορούσε να λύσει τα κοσμολογικά προβλήματα, χωρίς τη συνέργεια του κοσμολογικού πληθωρισμού.

Το γεγονός ότι οι υπερχορδές και τα σύμπαντα πάνω σε D-βράνες, επιτρέπουν τη μετακίνηση με ταχύτητες μεγαλύτερες από την ταχύτητα του φωτός, θέτουν το ερώτημα κατά πόσον, ένα αποτέλεσμα σαν αυτό του πειράματος OPERA, αν είναι σωστό, μπορεί να εξηγηθεί με τις παραπάνω ιδιότητες των D-βρανών.

Για να είναι αυτό δυνατό, θα πρέπει όλα τα σωματίδια του καθιερωμένου προτύπου των θεμελιωδών αλληλεπιδράσεων να κινούνται επάνω σε μια D-βράνη, εκτός από τα νετρίνα που θα μπορούν να κινηθούν σε όλον τον περιβάλλοντα δεκαδιάστατο χώρο.

Βασικές ιδιότητες της θεωρίες των υπερχορδών μας υποχρεώνουν να τοποθετήσουμε το αριστερό ήμισυ του νετρίνο πάνω στη D-βράνη. Όπως παρατήρησαν όμως το 2002, οι Ι. Αντωνιάδης (CERN), Η. Κυρίτσης, Θ. Τομαράς (Π. Κρήτης) και Ι. Ρίζος10 (Π. Ιωαννίνων), το δεξί ήμισυ του νετρίνο μπορεί να κινείται στο δεκαδιάστατο χώρο και άρα μπορεί να έχει διαφορετικές κινητικές ιδιότητες από το άλλο ήμισυ. Θα μπορούσε μια τέτοια θεωρία να παράγει ένα νετρίνο που κινείται πιο γρήγορα από το φως;

Είναι αυτή η επιλογή που διάλεξε η φύση;

Οι φυσικοί ελπίζουν αυτές οι ερωτήσεις να απαντηθούν σύντομα.

Βιβλιογραφία

1. OPERA Collaboration, Measurement of the neutrino velocity with the OPERA detector in the CNGS beam,

2. J. Ellis et al., Probes of Lorentz Violation in Neutrino Propagation

3. S. Chadha και H. Nielsen, Lorentz invariance as a low-energy phenomenon, Nucl.Phys. B217 (1983) 125

4. S. Coleman, S. Glashow, Cosmic ray and neutrino tests of special relativity

5. E. Kiritsis, Supergravity, D-brane probes and thermal sYM: a comparison

6. G. Gibbons, C. A. R. Herdeiro, Born-Infeld theory and stringy causality

7. P. Kraus, Dynamics of AntiDeSitter domain walls

8. A. Kehagias, E. Kiritsis, Mirage Cosmology

9. D. Chung, K. Freese, Can geodesics in extra dimensions solve the cosmological horizon problem?,

10. I. Antoniadis, E. Kiritsis, J. Rizos, T. Tomaras, D-branes and the standard model

Σχολείο

Το πρώτο ρήγμα στη θεωρία της Σχετικότητας

Γράφει ο ΣΠΥΡΟΣ ΜΑΝΟΥΣΕΛΗΣ

ΕΛΕΥΘΕΡΟΤΥΠΙΑ, 1.10.11

Πριν από μία εβδομάδα μια ομάδα φυσικών που εργάζονται στο CERN της Γενεύης έκαναν μια εντυπωσιακή ανακοίνωση που αναστάτωσε τη διεθνή επιστημονική κοινότητα (βλ. «Ε» 24-09-11).

Ο επικεφαλής της ομάδας, καθηγητής Ντάριο Αουτιέρο (Dario Autiero), περιέγραψε λεπτομερώς πώς ο ίδιος και οι συνεργάτες του διαπίστωσαν έκπληκτοι πριν από έξι μήνες ότι τα νετρίνα μπορούν να κινούνται λίγο ταχύτερα από το φως.

Μόλις ολοκληρώθηκε η πολυαναμενόμενη παρουσίαση των λεπτομερειών και των δεδομένων του πειράματος το λόγο πήρε πρώτος ο βραβευμένος με Νόμπελ Φυσικής Σάμιουελ Τινγκ (Samuel Ting), ο οποίος, αφού εκθείασε το μεθοδολογικά άμεμπτο πείραμα, δήλωσε ρητά ότι ο ίδιος δεν έχει τίποτα να αντιτείνει στα άκρως ανατρεπτικά συμπεράσματα, υπό τον όρο βέβαια ότι θα επιβεβαιωθούν και από άλλα ανάλογα πειράματα. Παρόμοιες ήταν και οι αντιδράσεις των επιφανών φυσικών που έλεγξαν με μεγάλη κριτική διάθεση τα νέα πειραματικά δεδομένα.

Γιατί όμως η ανακάλυψη υποατομικών σωματιδίων, τα οποία, ενώ διαθέτουν κάποια ελάχιστη μάζα, μπορούν τα ταξιδεύουν ταχύτερα από το φως, θεωρείται τόσο απροσδόκητη και αποτελεί σοβαρή απειλή για τη θεωρία της Σχετικότητας του Αϊνστάιν;

Από όταν διατυπώθηκε η θεωρία της Σχετικότητας μέχρι σήμερα, η μη υπέρβαση της ταχύτητας του φωτός αποτελούσε το βασικό και απαράβατο αξίωμα της σύγχρονης φυσικής. Στο σχετικιστικό Σύμπαν, όπου κανένα απόλυτο σύστημα αναφοράς δεν υπάρχει, η μόνη απόλυτη και ανυπέρβλητη συμπαντική σταθερά ήταν η ταχύτητα του φωτός. Σύμφωνα με την ειδική Σχετικότητα, αν ένα υλικό σώμα μπορούσε να ταξιδεύει με ταχύτητα ίση ή μεγαλύτερη του φωτός, τότε αφ’ ενός θα αποκτούσε άπειρη μάζα και αφ’ ετέρου θα παραβιάζονταν η χρονική αλληλουχία και ο ντετερμινισμός των φυσικών νόμων. Και μέχρι πριν από μία εβδομάδα τίποτα δεν φαινόταν να διαψεύδει αυτό το θεμελιώδες αξίωμα.

Αρχίζουμε λοιπόν να κατανοούμε γιατί θεωρήθηκαν τόσο ανατρεπτικά τα αποτελέσματα του πειράματος CNGS (Cern Neutrino to Gran Sasso), η αποστολή δηλαδή χιλιάδων δεσμίδων νετρίνων από τον επιταχυντή του CERN στη Γενεύη προς τον ισχυρό ανιχνευτή OPERA στο Gran Sasso της Ιταλίας.

Μήπως έκανε λάθος ο Αϊνστάιν;

Γράφει ο ΣΠΥΡΟΣ ΜΑΝΟΥΣΕΛΗΣ

Αν η ακρίβεια των μετρήσεων του OPERA επιβεβαιωθεί και από άλλα πειράματα (που ήδη έχουν προγραμματιστεί στις ΗΠΑ και την Ιαπωνία), ποιες συνέπειες θα έχει αυτό για τη θεωρία της Σχετικότητας και το κυρίαρχο μοντέλο εξήγησης της σύγχρονης Φυσικής;

Θέσαμε αυτό το ερώτημα στον καθηγητή Χρήστο Τουραμάνη, διαπρεπή Ελληνα φυσικό που από χρόνια πρωταγωνιστεί στην έρευνα των νετρίνων. Το πιο πρόσφατο πείραμά του είναι το περίφημο Τ2Κ στην Ιαπωνία.

Να τι μας δήλωσε για τις πρόσφατες εξελίξεις στην έρευνα των νετρίνων: «Το αποτέλεσμα του OPERA ήταν τελείως απρόσμενο και εντυπωσιακό. Για να γίνει όμως αποδεκτή μια τόσο σημαντική παρατήρηση πρέπει να επιβεβαιωθεί από πολλές ανεξάρτητες μετρήσεις. Το πείραμά μου στην Ιαπωνία, το Τ2Κ, και το πείραμα MINOS στις ΗΠΑ θα πραγματοποιήσουν σύντομα μετρήσεις της ταχύτητας των νετρίνων, αλλά για να επιτύχουμε την απαιτούμενη ακρίβεια θα πάρει κάποιο χρόνο. Παράλληλα η ηγεσία του CERN συζητά τρόπους για να ελεγχθεί το παρόν αποτέλεσμα από ανεξάρτητους ειδικούς σε συνεργασία με το πρόγραμμα OPERA.

Εάν οι μετρήσεις που ανακοινώθηκαν είναι σωστές, πρόκειται για πραγματική επανάσταση στον τρόπο που κατανοούσαμε μέχρι σήμερα τον κόσμο μας: θα πρέπει να εγκαταλείψουμε οριστικά την αντίληψη ότι ζούμε σε έναν τετραδιάστατο χωρόχρονο όπου η θεωρία της Σχετικότητας έχει απόλυτη ισχύ για κάθε σώμα και κάθε φαινόμενο. Η Σχετικότητα θα γίνει απλώς μια καλή προσέγγιση στο πλαίσιο μιας μεγαλύτερης θεωρίας με ευρύτερη ισχύ, κατά τον ίδιο τρόπο που η κλασική μηχανική είναι μια καλή προσέγγιση της Σχετικότητας στην καθημερινή μας ζωή (με την εξαίρεση του GPS).

Επίσης θα αλλάξει ριζικά η κατανόηση του κόσμου σε επίπεδο στοιχειωδών σωματιδίων, καθώς το παρόν αποτέλεσμα «δείχνει» την ύπαρξη έξτρα διαστάσεων (πέρα από τις 4 του «κανονικού» μας χωροχρόνου) ή νέων πεδίων (αλληλεπιδράσεων). Η Νέα Φυσική που αναζητούμε στο Μεγάλο Αδρονικό Επιταχυντή (LHC) ίσως τελικά να μη βρίσκεται εκεί αλλά στα νετρίνα! Δεκαετίες πειραμάτων θα απαιτηθούν για να εξερευνήσουμε τη νέα πτυχή του κόσμου που ανοίγεται μπροστά μας, για να επιβεβαιώσουμε τις λεπτομέρειές της και για να μετρήσουμε τις παραμέτρους της. Η κατάσταση που διαμορφώνεται σήμερα στη φυσική θυμίζει τον πρώτο Ευρωπαίο που πέρασε τις Ηράκλειες στήλες και ανοίχτηκε στον Ατλαντικό…».

Η πολυδάπανη επιστημονική έρευνα σε περιόδους οικονομικής ύφεσης

Γράφει ο ΣΠΥΡΟΣ ΜΑΝΟΥΣΕΛΗΣ

Πώς δικαιολογείται και νομιμοποιείται η χρηματοδότηση τέτοιων πολυδάπανων πειραμάτων σε περιόδους μεγάλης οικονομικής κρίσης; Θέσαμε αυτό το επίκαιρο ερώτημα σε δύο διεθνούς φήμης φυσικούς που εμπλέκονται ενεργά στο ερευνητικό πρόγραμμα OPERA: τον Ελληνα Σταύρο Κατσανέβα, αστροσωματιδιακό φυσικό και υπεύθυνο έρευνας για την αστροσωματιδιακή Φυσική και την Κοσμολογία στο Εθνικό Ινστιτούτο Πυρηνικής Φυσικής και Στοιχειωδών Σωματιδίων της Γαλλίας· και την Ιταλίδα Λουτσία Βοτάνο (L. Votano), πυρηνικό φυσικό, γενική διευθύντρια του Εθνικού Ινστιτούτου Gran Sasso της Ιταλίας, όπου βρίσκεται ο πανίσχυρος ανιχνευτής OPERA.

Ιδού τι μας απάντησαν.

Σταύρος Κατσανέβας: «Υπάρχουν τουλάχιστον δύο διαφορετικές αλλά συμπληρωματικές απαντήσεις στο επίκαιρο ερώτημά σας. Μια πρώτη απάντηση είναι ότι αυτές οι πολυδάπανες (αλλά και πολυάνθρωπες) διεθνείς συνεργασίες παράγουν, όχι μόνο γνώση, αλλά και πρωτοπόρα τεχνολογία.

»Στην περίπτωση του ερευνητικού προγράμματος OPERA δημιουργήθηκαν ανιχνευτές σωματιδίων που ήδη χρησιμοποιούνται για γεωφυσικές εφαρμογές, ταχύτατες μηχανές ψηφιοποίησης φωτογραφιών μεγάλης ακριβείας, αλλά και ένα πρωτοποριακό υπολογιστικό σύστημα λήψης και επεξεργασίας δεδομένων. Μάλιστα, ο σχεδιασμός και η μερική κατασκευή αυτού του τεράστιου υπολογιστικού δικτύου ήταν η προσωπική συμβολή μου στο OPERA, πριν αναλάβω τις τωρινές μου ευθύνες.

»Η δεύτερη απάντηση είναι ότι οι χρονικότητες της επιστήμης είναι ανεξάρτητες από τις χρονικότητες της οικονομικής δραστηριότητας. Αν ανατρέξει κανείς στις ημερομηνίες θα διαπιστώσει ότι οι μεγάλες θωρητικές και πειραματικές καινοτομίες στη φυσική του εικοστού αιώνα, όπως η Κβαντομηχανική, η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας, η διαστολή του Σύμπαντος, η ανίχνευση του νετρονίου, η πρόβλεψη του νετρίνου κ.λπ., πραγματοποιήθηκαν γύρω στο 1920-1930, δηλαδή την εποχή της προηγούμενης μεγάλης οικονομικής κρίσης.

»Αντίθετα λοιπόν με το βραχυπρόθεσμο χρόνο δράσης των χρηματιστών, των μάνατζερ και των πολιτικών, ο χρόνος δράσης της επιστήμης είναι μακροπρόθεσμος και ίσως γι’ αυτό στους μη ενημερωμένους πολίτες να φαίνεται απελπιστικά αργός».

Λουτσία Βοτάνο: «Είναι γενικώς παραδεκτό ότι η επιστημονική έρευνα αποτελεί πλέον μία από τις κινητήριες δυνάμεις της κοινωνικής, πολιτισμικής και οικονομικής ανάπτυξης ενός έθνους. Ενας από τους πρωταρχικούς στόχους της Ε.Ε. είναι να επενδύει ολοένα και περισσότερο στη γνώση, δηλαδή στην εκπαίδευση και την έρευνα. Δυστυχώς, απέχουμε ακόμη πολύ από την επίτευξη αυτών των στόχων. Σε περιόδους οικονομικής κρίσης μάλιστα, αντί να περικόπτουμε τη χρηματοδότηση της βασικής έρευνας, είναι ακόμη πιο επιτακτική η ανάγκη να επενδύουμε σε αυτήν.

»Στις παλαιότερες αγροτικές κοινωνίες οι παππούδες μας γνώριζαν καλά ότι σε δύσκολες περιόδους οικονομικής ύφεσης έπρεπε να περιορίζουν όλες τις δαπάνες τους, εκτός από εκείνες που αφορούσαν την αγορά των σπόρων που θα τους εξασφάλιζαν τη γεωργική σοδειά του επόμενου έτους και άρα ήταν το μοναδικό όπλο για να αντιμετωπίσουν την κρίση. Για την ανάπτυξη των σύγχρονων κοινωνιών η εκπαίδευση και η επιστημονική έρευνα αποτελούν τους "σπόρους" τους, συνεπώς όλα τα άλλα μπορούν να περικοπούν εκτός από αυτά.

»Επιπλέον, οφείλουμε να χρηματοδοτούμε, όχι μόνο την εφαρμοσμένη έρευνα, αλλά και τη βασική, και μάλιστα κυρίως αυτήν. Γιατί μόνο μέσω της βασικής έρευνας επιτυγχάνεται ουσιαστική πρόοδος της ανθρώπινης γνώσης. Εξάλλου, η εφαρμοσμένη έρευνα μοιραίως χάνει όλη της τη δυναμική και παύει να αναπτύσσεται όταν δεν τροφοδοτείται από τη βασική έρευνα».

Σχολείο

Οι Ελληνες και τα υπερφωτεινά νετρίνα

Το πείραμα που «απειλεί» τα θεμέλια της θεωρίας του Αϊνστάιν έχει και ελληνική έμπνευση

Του Χ. Βάρβογλη, ΤΟ ΒΗΜΑ 9.10.11

Οι Ελληνες και τα υπερφωτεινά νετρίνα

Το πείραμα OPERA που μέτρησε την ταχύτητα των νετρίνων βασίζεται σε ιδέα του έλληνα φυσικού Σταύρου Κατσανέβα

Η είδηση έπεσε σαν βόμβα όχι μόνο στην επιστημονική κοινότητα, αλλά και στην παγκόσμια κοινή γνώμη: τα νετρίνα του CERN μετρήθηκαν στην Ιταλία να «τρέχουν» με ταχύτητα μεγαλύτερη από την ταχύτητα του φωτός! Και αμέσως δημιουργήθηκε σε όλους, ειδικούς και μη, το αυθόρμητο ερώτημα: Εφθασε άραγε το τέλος της Θεωρίας της Σχετικότητας του Αϊνστάιν, η οποία θέτει ως ανώτερο ταχύτητας στη φύση την ταχύτητα του φωτός;

Στην ερώτηση αυτή έχουν μέχρι στιγμής απαντήσει εκατοντάδες επιστήμονες, άλλοι από τους οποίους προσπαθούν να «ταιριάξουν» τη Θεωρία της Σχετικότητας με τα νέα πειραματικά δεδομένα, άλλοι εισηγούνται τροποποιήσεις της Σχετικότητας και άλλοι απλώς απορρίπτουν το πειραματικό αποτέλεσμα, θεωρώντας ότι σίγουρα έχει προκύψει από κάποιο λάθος στις μετρήσεις ή στη μετέπειτα επεξεργασία τους. Το ενδιαφέρον για τους συμπατριώτες μας, όμως, είναι ότι στην έντονη αυτή διεθνή συζήτηση συμμετέχει και η ελληνική επιστημονική κοινότητα, με τέσσερις έλληνες επιστήμονες και ένα ερευνητικό κέντρο.


Η ιδέα του Σταύρου Κατσανέβα

Το πείραμα της μέτρησης της ταχύτητας των νετρίνων είναι μια συνεργασία του ευρωπαϊκού ερευνητικού κέντρου CERN στη Γενεύη με τον ανιχνευτή νετρίνων που λειτουργεί στο Εθνικό Εργαστήριο Γκραν Σάσο της Ιταλίας. Το Εργαστήριο βρίσκεται δίπλα στη μεγάλη σήραγγα μήκους 10 χιλιομέτρων, 1.500 μέτρα κάτω από την κορυφή του όρους Γκραν Σάσο, έτσι ώστε τα όργανά του είναι προστατευμένα από την κοσμική ακτινοβολία. Πριν από 15 χρόνια ο έλληνας φυσικός Σταύρος Κατσανέβας, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο Παρίσι 7, είχε προτείνει την πειραματική μέτρηση της ταχύτητας των νετρίνων ως μέθοδο για τον υπολογισμό της μάζας τους. Η ιδέα του Στ. Κατσανέβα ήταν να χρησιμοποιηθεί ο μεγάλος επιταχυντής LHC του CERN ως πηγή των νετρίνων και να υπολογισθεί η ταχύτητά τους από τον χρόνο άφιξής τους στους ανιχνευτές του Γκραν Σάσο και του NESTOR, του ελληνικού ανιχνευτή νετρίνων που είναι ποντισμένος στη θάλασσα έξω από την Πύλο.

Τελικά η πρόταση, την οποία επεξεργάστηκε με τους Νίκο Βασιλόπουλο και Αλαν Μπολ, υλοποιήθηκε κατά το ήμισυ (δηλαδή μόνο για τη διαδρομή CERN – Γκραν Σάσο) και τα αποτελέσματα ήταν αναπάντεχα: βρέθηκε ότι τα νετρίνα χρειάζονταν 61 δισεκατομμυριοστά του δευτερολέπτου λιγότερο χρόνο από όσο το φως για να καλύψουν την απόσταση των 730 χιλιομέτρων που χωρίζει τον επιταχυντή του CERN από τον ανιχνευτή στο Γκραν Σάσο. Μπορεί η διαφορά να φαίνεται ασήμαντη, σημαίνει όμως ότι τα νετρίνα είχαν ταχύτητα μεγαλύτερη από την ταχύτητα του φωτός. Αυτό είναι ασυμβίβαστο με το βασικό στοιχείο της ειδικής Θεωρίας της Σχετικότητας του Αϊνστάιν, σύμφωνα με το οποίο κανένα υλικό σώμα δεν μπορεί να «τρέχει» ταχύτερα από το φως.

Οπως θα περίμενε άλλωστε κανείς, η είδηση της ανακοίνωσης προκάλεσε αίσθηση και πολύ γρήγορα εμφανίστηκαν στο Διαδίκτυο διάφορες ιδέες θεωρητικών φυσικών για την ερμηνεία του φαινομένου. Μια ομάδα φυσικών, στην οποία συμπεριλαμβάνεται ο Σέλντον Γκλάσοου (Sheldon Glashow, βραβείο Νομπέλ 1979), απλώς απορρίπτει το αποτέλεσμα. Ειδικά ο Γκλάσοου υπολογίζει ότι, ακόμη και αν κάποια στιγμή τα νετρίνα είχαν ταχύτητα μεγαλύτερη από την ταχύτητα του φωτός, σύντομα θα επιβραδυνόταν επειδή θα έχαναν ενέργεια λόγω ακτινοβολίας. Αλλωστε και η ενέργεια της ερευνητικής ομάδας του Γκραν Σάσο να δώσει στη δημοσιότητα το αποτέλεσμα, προτού το υποβάλει για δημοσίευση σε κάποιο μεγάλο επιστημονικό περιοδικό με κριτές, διευκολύνει μια τέτοια κριτική.


Νέες θεωρίες ζητούν επαλήθευση

Υπάρχουν όμως και αυτοί που θεωρούν το πειραματικό αποτέλεσμα αξιόπιστο και προσπαθούν να το ερμηνεύσουν θεωρητικά. Στην ομάδα αυτή περιλαμβάνονται τέσσερις έλληνες φυσικοί, που έχουν δημοσιεύσει ως σήμερα σχετικές εργασίες στο Διαδίκτυο. Είναι (αλφαβητικά) οι Αλέξης Κεχαγιάς, Νίκος Μαυρόματος, Δημήτρης Νανόπουλος και Αργύρης Νικολαΐδης. Είναι βέβαια δύσκολο να παρουσιάσει κανείς στο επίπεδο ενός μέσου αναγνώστη τις θεωρίες που προτείνουν οι τέσσερις αυτοί συμπατριώτες μας, αλλά αξίζει τον κόπο να προσπαθήσω. Το βασικό πρόβλημα λοιπόν στο οποίο καλείται να απαντήσει ένας θεωρητικός φυσικός είναι πώς συμβιβάζεται το αποτέλεσμα του Γκραν Σάσο με μια παλαιότερη παρατήρηση νετρίνων, που προέρχονταν από την έκρηξη ενός μακρινού αστεριού, και η οποία είχε δείξει διαφορά λίγων λεπτών στους χρόνους άφιξης μεταξύ των φωτονίων και των νετρίνων. Αν τα νετρίνα «έτρεχαν» με την ταχύτητα που μετρήθηκε στο Γκραν Σάσο, θα έπρεπε να έχουν φθάσει στη Γη χρόνια πριν από τα φωτόνια!

Ο Α. Κεχαγιάς λοιπόν αποδίδει την ταχύτερη κίνηση των νετρίνων του CERN στη ύπαρξη ενός πεδίου δυνάμεων, άγνωστου ως σήμερα, που οφείλεται στην παρουσία της Γης. Η ερμηνεία του Ν. Μαυρόματου απαιτεί ίσως μια μεγαλύτερη «θυσία», επειδή υποθέτει νέους φυσικούς νόμους που εξαρτώνται τόσο από τη διεύθυνση κίνησης όσο και από τη θέση. Αυτό έρχεται σε αντίθεση με τη βασική αρχή της Κοσμολογίας, ότι δηλαδή το Σύμπαν είναι ομογενές (παντού το ίδιο) και ισότροπο (οι ιδιότητές του δεν εξαρτώνται από τη διεύθυνση).

Οι ερμηνείες του Δ. Νανόπουλου και του Α. Νικολαΐδη βασίζονται στην υπόθεση ότι εμείς «ζούμε» επάνω σε έναν χώρο με τρεις διαστάσεις, που ονομάζεται βράνη, η οποία «κολυμπά» σε ένα Σύμπαν με περισσότερες από τρεις διαστάσεις. Η πρόταση του Α. Νικολαΐδη μπορεί να γίνει μάλιστα σχετικά εύκολα κατανοητή από τον μέσο αναγνώστη: η βράνη στην οποία ζούμε είναι καμπυλωμένη, οπότε το μήκος μιας γραμμής που ενώνει δύο σημεία κατά μήκος της βράνης είναι μεγαλύτερο από το μήκος μιας άλλης γραμμής που ενώνει τα δύο αυτά σημεία απευθείας. Αν τα νετρίνα είναι δυνατό να «βγαίνουν» από τη βράνη, πράγμα που προβλέπεται από υπάρχουσες θεωρίες, τότε ερμηνεύεται πολύ απλά το πειραματικό αποτέλεσμα. Τόσο τα φωτόνια όσο και τα νετρίνα «τρέχουν» με την ταχύτητα του φωτός.

Ωστόσο τα φωτόνια διαδίδονται κατά μήκος της βράνης, ενώ τα νετρίνα ακολουθούν τον συντομότερο δρόμο της ευθείας γραμμής, οπότε φθάνουν νωρίτερα στον ανιχνευτή. Αν η θεωρία αυτή είναι σωστή, τότε τα νετρίνα του CERN θα φθάνουν στον NESTOR, σε απόσταση 1.676 χιλιομέτρων από το CERN, με προπορεία 140 δισεκατομμυριοστών του δευτερολέπτου. Επομένως η πραγματοποίηση του δεύτερου σκέλους της πρότασης του Στ. Κατσανέβα, δηλαδή της χρονομέτρησης των νετρίνων από το CERN στον NESTOR, θα μπορούσε να επιβεβαιώσει ή να απορρίψει τη θεωρία του Α. Νικολαΐδη.

Ο κ. Χάρης Βάρβογλης είναι καθηγητής του Τμήματος Φυσικής του ΑΠΘ.

Σχολείο

Faithless Einstein

The physicist did not believe in God – but nor did he really believe in atheism. Therein lay his strength

Andrew Brown, guardian.co.uk, Tuesday 13 May 2008

Albert Einstein’s letter to the Jewish philosopher Eric Gutkind, which will be auctioned this week, reveals him as a model atheist, not just for all the things that he didn’t believe in, but for way he dealt with people who lacked the gift of unfaith. Einstein didn’t think himself smarter than believers about the things that really matter.

That doesn’t mean that he agrees with them. It’s quite clear that he did not believe in either God or the Jewish people. He didn’t believe in America, either; he didn’t believe in providence. God was to him "an incarnation of the most childish superstition". Theological argument was "a language inaccessible to him" and the word God "nothing more than the expression and product of human weaknesses".

Nonetheless, not much of this mattered when dealing with a philosopher. "What separates us are only the internal ‘props’ and or ‘rationalisations’ in Freud’s language … we are quite close to each other in essential things, ie in our evaluations of human behaviour … with regard to the factual attitude to life and to the human community, we have a great deal in common," he wrote. It may have been that this was no more than politeness to a fellow survivor from the German-Jewish civilisation of pre-war central Europe that Hitler and Stalin had combined to destroy by the time he wrote his letter. But I think it was something deeper and more important: that among the things that he didn’t believe in was atheism.

The clue to this, perhaps, was in his admiration for Freud. Now Freud was a programmatic atheist, in a way that Jung most certainly wasn’t. Jung thought religious thoughts had real content, and Freud thought they didn’t. But it doesn’t follow that Freud thought we could be entirely rid of them and Jung didn’t. If anything, Jung took the possibility of being free of religion much more seriously, because he thought that it was a possible and real condition, responsible for much of the unhappiness in the world. If, on the other hand, you believe that religion is just a form of self-deception, then we will never be rid of it so long as we are not rid of self-deception, and that is an ideal to strive for rather than a condition easily obtained for the price of a few works of popular atheology.

If we are Freudians, we have a tragic view of life: it is one thing to say that certain of our instincts and apprehensions of the world are childish; quite another to be rid of them. In its vulgar form this insight can lead to the endless dismissal of other people’s arguments as motivated solely by discreditable unconscious motives. But in its more sophisticated form, it is a very useful corrective to the view that our arguments are motivated by pure rationality. There is an element if childishness and wish-fulfilment in everybody’s view of the world; with effort and self-discipline it is possible to master it, but never entirely to eliminate it.

Einstein did flay in this letter almost everything that Gutkind believed in. The claim that Jews were special seemed to him absurd; the civilised interpretation of the Bible, an artificial distortion of the text; even the claim the humans have free will had been exposed by Spinoza. But he didn’t regard these theological views as fundamental. He didn’t really think they interfered with the "striving to make life beautiful and noble," and he meant those words. And it seems to me that if he really believed that a devout Jew – or any kind of devout believer – really shared his striving to make life beautiful and noble, he had not merely rid himself of religious belief. He had rid himself of belief in atheism too. This is a lack of faith really worth having.

Σχολείο

Einstein, heretical thinker

Unlike those we usually think of as heretics, Einstein set himself against the workings of the physical universe

DD Guttenplan, guardian.co.uk, Tuesday 8 June 2010

The question: Who’s your favourite heretic?

I can still remember the face of Rav Kauffman, the hapless Chasidic Hebrew teacher who made my Monday and Wednesday afternoons a torment when I was growing up in Philadelphia: bushy red beard, angry scrofulous red skin, and bright blue eyes above a veined, commanding nose and thin lips turned down in a permanent sneer of disdain. We were the sons and daughters of parents who had been raised as Orthodox Jews, and though unable entirely to keep the faith themselves felt compelled to subject their children to a similarly stringent religious education.

Very few of our families observed the dietary laws, or refrained from using electric lights on the Sabbath. Because my father worked for a Jewish social service organisation and had all the religious holidays off we did spend a lot of time in synagogue – where even now I find I feel oddly at home. But apart from learning the Hebrew language, and a lingering familiarity with the first five books of the Bible, what we mostly were acquiring was a sense of our own shortcomings – and perhaps a certain defiance. G-d (as we were schooled to write the divine name) wanted us to abjure bacon, and shrimp cocktail, and cheeseburgers! – and not to drive to the movies on Saturdays. (As an adult I was amused to learn that apocheris, the Jewish word for an apostate, derives from the Greek "epicure".) Yet we did all these things – in my case with great delight. And the world did not end. We weren’t even expelled from the ranks of the faithful.

So to learn that there had once been a Jew who, not because of any terrible deed, but merely because of what he wrote and thought, had actually been excommunicated – cast out from our people – that was impressive! Rav Kauffman was sadly unable to tell us exactly what Baruch Spinoza had done to warrant such extreme punishment. All we knew was that he was Dutch, and had asked too many questions. A couple of years ago I visited his parents’ grave in the Jewish cemetery outside Amsterdam. But I still don’t know as much about this great transgressive thinker as I should – though Jonathan Israel’s magisterial A Revolution of the Mind is on my summer reading list.

While Spinoza remains the religious heretic for me, I can’t say he’s my personal favourite. Even among religious heretics I’ve always been more drawn to the figure of Shabbatai Zevi, the 17th-century mystic who had much of the Jewish world convinced he was the messiah. Zevi’s fame spread so widely, even among non-Jews, that the Ottoman sultan, who viewed Zevi as a threat to his authority, offered him the choice between a martyr’s death or conversion to Islam. Zevi embraced Islam – and there the story as I’d heard it in childhood ended. Actually there is a wonderful 1000-page account of all this by the great scholar Gershom Scholem. I’ve always wanted to write a more accessible version of Zevi’s amazing story, and perhaps one day I will.

But since religion isn’t such a big part of my life, my favourite heretics tend to depart from other kinds of received wisdom. I spent 18 years writing the biography of IF Stone, who although he described himself as a "proud Jewish atheist", was a much more heretical figure in relation to the pieties of mainstream journalism. Practically single-handedly Stone exposed the lies behind Lyndon Johnson’s escalation of the Vietnam war; he also defiantly insisted that the Soviet Union, far from being an all-powerful evil empire, was strangling under the weight of its own orthodoxies and deceits. This is still regarded as heretical by historians who like to credit Margaret Thatcher or Ronald Reagan for "winning" the Cold War.

Admirable as he was, Stone is not actually my favourite heretic. Politically I’d prefer Emma Goldman, the anarchist who knew that personal and political freedom were inextricably intertwined. She may never have actually said "If I can’t dance I don’t want to be in your revolution," but the sentiment is close enough to the life, and thought, of the feminist known as "the most dangerous woman in America". And because there is more to life than politics, my personal favourite champion heretic would have to be Albert Einstein.

Politically Einstein was impeccably radical – during the Truman/McCarthy Red Scare he urged "the revolutionary way of non-cooperation", arguing that unless intellectuals refused to serve as informants they would fully deserve "the slavery which is intended for them." But unlike those we usually think of as heretics, Einstein set himself against the workings of the physical universe. Even better, he turned out to be right!

Κατηγορίες:επιστήμη Ετικέτες: ,
  1. Δεν υπάρχουν σχόλια.
  1. No trackbacks yet.

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Google

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Σύνδεση με %s

Αρέσει σε %d bloggers: