από metereologos.gr
Παρασκευή 25 Μαΐου 2018
 
 

Ταχύτερα από το φως - με την άδεια του Αϊνστάιν

Με σκουληκότρυπα ή με στρέβλωση του χωροχρόνου μπορούμε να ταξιδέψουμε από το φως, χωρίς να προδώσουμε τον Αϊνστάιν
Ταχύτερα από το φως - με την άδεια του Αϊνστάιν
Το διαστημόπλοιο «Εντερπράιζ» της τηλεοπτικής σειρά «Σταρ Τρεκ» ταξίδευε με υπερφωτεινή ταχύτητα
εκτύπωσημικρό μέγεθος  μεγάλο μέγεθος

 

Η πρόσφατη απόδειξη ότι η αρχική ανακοίνωση για την παρατήρηση υπερφωτεινών νετρίνων από τους ανιχνευτές του Γκραν Σάσο (Gran Sasso) της Ιταλίας οφειλόταν σε πειραματικό σφάλμα επιβεβαίωσε, για μια ακόμη φορά, την ισχύ της Θεωρίας της Σχετικότητας. Ταυτόχρονα όμως ενίσχυσε και μια λανθασμένη ιδέα που έχει επικρατήσει λίγο-πολύ στο ευρύ κοινό, ότι δηλαδή η θεωρία αυτή δεν επιτρέπει σε οποιοδήποτε υλικό σώμα να ταξιδέψει πιο γρήγορα από μια φωτεινή ακτίνα. Η αλήθεια είναι ότι κάτι τέτοιο μπορεί να επιτευχθεί, και μάλιστα πάντα στο πλαίσιο της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας. Μέχρι στιγμής έχουν προταθεί δύο μέθοδοι για την επίτευξη αυτού του φαινομενικά εξωπραγματικού στόχου: η κοσμική σήραγγα και η στρέβλωση του χωροχρόνου. Το αξιοσημείωτο είναι ότι και οι δύο μέθοδοι έχουν ήδη εμφανισθεί σε ταινίες επιστημονικής φαντασίας: η πρώτη στην ταινία Επαφή (Contact) και η δεύτερη στην τηλεοπτική σειρά «Σταρ Τρεκ».
Η ιδέα για ταξίδια με ταχύτητα μεγαλύτερη από την ταχύτητα του φωτός ξεκινάει από την επιθυμία των ανθρώπων να επισκεφθούν εξωπλανήτες που περιφέρονται γύρω από άλλα αστέρια (και όχι γύρω από τον Ηλιο), σε συνδυασμό με τις τεράστιες αποστάσεις των αστεριών αυτών από το δικό μας ηλιακό σύστημα. Με τις ταχύτητες που πετυχαίνουν τα σημερινά διαστημόπλοια, για παράδειγμα το «Voyager-1», θα χρειαζόμασταν 72.000 χρόνια για να φτάσουμε στο κοντινότερο σε εμάς αστέρι, στον α Κενταύρου, και 1,5 δισεκατομμύρια χρόνια για να φτάσουμε σε ένα αστέρι στην άλλη άκρη του Γαλαξία μας. Αλλά ακόμη και αν το διαστημόπλοιό μας ταξίδευε με την ταχύτητα του φωτός, θα χρειαζόμασταν τέσσερα χρόνια για τον α Κενταύρου και 75 εκατομμύρια χρόνια για το μακρινότερο αστέρι του Γαλαξία μας. Η προφανής λύση στο πρόβλημα της μεγάλης διάρκειας των διαστρικών ταξιδιών είναι η κίνηση με υπερφωτεινή ταχύτητα, αν βέβαια γίνει ποτέ δυνατό να επιτευχθεί κάτι τέτοιο.

Σκουληκότρυπα ή το «άλλο μονοπάτι»
Η πρώτη επιστημονικά τεκμηριωμένη πρόταση για διαστρικά ταξίδια με υπερφωτεινές ταχύτητες έγινε το 1935 από τους Αϊνστάιν και Ρόζεν. Η ιδέα τους ήταν ότι είναι δυνατό μεταξύ δύο σημείων του Διαστήματος να υπάρχει και δεύτερος δρόμος, συντομότερος από αυτόν που ακολουθεί το φως. Με αυτόν τον τρόπο η διάρκεια του ταξιδιού για ένα μακρινό αστέρι είναι δυνατό να γίνει συντομότερη από τη διάρκεια διάδοσης του φωτός, όχι επειδή το διαστημόπλοιο κινείται γρηγορότερα από το φως αλλά επειδή ακολουθεί συντομότερο δρόμο. Ετσι έχουμε ένα αποτέλεσμα που ικανοποιεί τόσο την επιθυμία μας για πραγματοποίηση διαστρικών ταξιδιών σε «λογικά» χρονικά πλαίσια, όσο και την απαίτηση της Θεωρίας της Σχετικότητας να μην ξεπερνάμε ποτέ την ταχύτητα του φωτός κατά μήκος του δρόμου που ακολουθούμε. Η ιδέα αυτής της κοσμικής σήραγγαςσκουληκότρυπας, όπως την αποκαλούν πολλοί από τη μετάφραση του αντίστοιχου αγγλικού όρου wormhole) χρησιμοποιήθηκε από τον Καρλ Σέιγκαν (Carl Sagan) στο σενάριο της ταινίας «Επαφή» (Contact), που γυρίστηκε το 1997. Ο Σέιγκαν, και ο σύμβουλός του στο σενάριο μεγάλος σχετικιστής Κιπ Θορν (Kip Thorne), φαίνεται ότι δεν είχαν δώσει τότε ιδιαίτερη σημασία στην επαναστατική ιδέα του μεξικανού φυσικού Μιγκέλ Αλκουμπιέρε (Miguel Alcubierre), που λίγα χρόνια πριν, το 1994, είχε δείξει ότι είναι δυνατή η επίτευξη υπερφωτεινής ταχύτητας στο πλαίσιο της Θεωρίας της Σχετικότητας ακόμη και χωρίς το τρικ του «συντομότερου δρόμου» της κοσμικής σήραγγας.

Οταν δεν πάει ο Μωάμεθ στο βουνό...

Ο μεξικανός φυσικός Μιγκέλ Αλκουμπιέρε.


Η ιδέα του Αλκουμπιέρε θα μπορούσε να χαρακτηρισθεί «το αβγό του Κολόμβου». Αντί να προσπαθούμε να επιταχύνουμε το διαστημόπλοιο σε υπερφωτεινές ταχύτητες, πράγμα που αντίκειται στη Θεωρία της Σχετικότητας, γιατί να μην προσπαθήσουμε να μεταφέρουμε τον χωρόχρονο γύρω από το διαστημόπλοιο με τέτοια ταχύτητα; Η περίπτωση αυτή δεν αντιβαίνει καθόλου στις γενικές αρχές της Θεωρίας της Σχετικότητας, αφού άλλωστε σήμερα το γενικά παραδεκτό σενάριο για τη Μεγάλη Εκρηξη προβλέπει ότι αμέσως μετά τη δημιουργία του το Σύμπαν διαστελλόταν με ταχύτητα μεγαλύτερη από την ταχύτητα του φωτός. Ο Αλκουμπιέρε βρήκε ότι, πραγματικά, οι λύσεις των εξισώσεων του Αϊνστάιν έχουν μια λύση με την επιθυμητή μορφή. Η λύση αυτή προβλέπει ένα είδος βαρυτικού κύματος, που από τη μια μεριά συμπιέζει τον χωρόχρονο και από την άλλη τον διαστέλλει. Η παράξενη αυτή δομή έχει ως αποτέλεσμα την κίνηση της «φυσαλίδας» που περιλαμβάνεται μεταξύ των περιοχών συμπίεσης και διαστολής με πολύ μεγάλη ταχύτητα, που μπορεί να γίνει μεγαλύτερη και από την ταχύτητα του φωτός. Ενα διαστημόπλοιο στο κέντρο αυτής της «φυσαλίδας» του χωροχρόνου θα κινείται με ταχύτητα μεγαλύτερη από αυτήν μιας ακτίνας φωτός που διαδίδεται έξω από τη φυσαλίδα. Το ωραίο είναι ότι το διαστημόπλοιο θα είναι ακίνητο μέσα στη φυσαλίδα, οπότε όχι μόνο δεν παραβιάζεται καθόλου το σχετικό αξίωμα της Θεωρίας της Σχετικότητας, αλλά και δεν εμφανίζονται όλα τα παράδοξα που συνοδεύουν κίνηση με μεγάλες ταχύτητες, όπως η διαστολή του χρόνου και η συστολή του μήκους. Ο Αλκουμπιέρε, επηρεασμένος από την αντίστοιχη συσκευή υπερφωτεινής κίνησης της τηλεοπτικής σειράς «Σταρ Τρεκ», ονόμασε τη λύση του Warp Drive, που σε ελεύθερη μετάφραση μπορεί να αποδοθεί ως προώθηση στρέβλωσης, αλλά στη μεταγλώττιση της σειράς τότε είχε μεταφραστεί ως κινητήρας δίνης.

Πώς οι χορδές στρεβλώνουν τον χωρόχρονο
Φυσικά το ότι υπάρχει μια μαθηματική λύση των εξισώσεων του Αϊνστάιν με αυτές τις εντυπωσιακές ιδιότητες δεν σημαίνει ότι είναι δυνατό και να την υλοποιήσουμε. Στους φοιτητές μου χρησιμοποιώ το ακόλουθο παράδειγμα. Οι εξισώσεις του Ηλεκτρομαγνητισμού του Μάξγουελ έχουν ως λύση δύο είδη κυμάτων: ένα που εκπέμπεται από την κεραία προς το άπειρο και ένα άλλο που έρχεται από το άπειρο και καταλήγει στην κεραία. Από αυτά στην καθημερινή μας ζωή χρησιμοποιούμε το πρώτο, ενώ κανείς δεν έχει ανιχνεύσει το δεύτερο. Για τον λόγο αυτόν πολλοί φυσικοί έχουν από το 1994 προσπαθήσει να βρουν τρόπους με τους οποίους θα μπορούσε να υλοποιηθεί η «στρεβλή» μορφή του χωροχρόνου του Αλκουμπιέρε. Ο καλύτερος, ίσως, που έχει προταθεί ως σήμερα χρησιμοποιεί τη θεωρία των χορδών, δηλαδή τη θεωρία με την οποία επιχειρείται η σύνδεση της Βαρύτητας με την Κβαντομηχανική. Η θεωρία των χορδών υποθέτει ότι το Σύμπαν έχει 11 διαστάσεις και η ιδέα είναι να συρρικνώσουμε την ενδέκατη διάσταση μπροστά από το διαστημόπλοιο και να την επεκτείνουμε πίσω από αυτό. Το αποτέλεσμα θα είναι να κατασκευάσουμε μια φυσαλίδα σκοτεινής ενέργειας, αυτής της μυστηριώδους δύναμης που ανακαλύφθηκε πριν από μόλις 14 χρόνια και κάνει το Σύμπαν να διαστέλλεται με ολοένα και μεγαλύτερη ταχύτητα. Οπως λέει ένας από τους συγγραφείς αυτής της εργασίας: «Το μόνο που έχουμε να κάνουμε είναι να αναδημιουργήσουμε τις αρχικές στιγμές του Σύμπαντος πίσω από το διαστημόπλοιο». Το αν αυτό θα γίνει ποτέ δυνατό, καθώς και το πόση ενέργεια θα χρειαστεί για να το πετύχουμε, είναι κάτι που θα αργήσουμε να το μάθουμε.

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



ΕΝΤΥΠΗ ΕΚΔΟΣΗ
Science περισσότερες ειδήσεις

εκτύπωσημικρό μέγεθος  μεγάλο μέγεθος

ΔΙΑΒΑΣΤΕ ΕΠΙΣΗΣ

 
 
σχόλια (14)
 
 
απομένουν 700 χαρακτήρες
Τα πεδία που είναι σημειωμένα με * είναι υποχρεωτικά
 
Τα μηνύματα που δημοσιεύονται στο χώρο αυτό εκφράζουν τις απόψεις των αποστολέων τους. Το ΒΗΜΑ δεν υιοθετεί καθ’ οιονδήποτε τρόπο τις απόψεις αυτές. Ο καθένας έχει δικαίωμα να εκφράζει την γνώμη του, όποια και να είναι αυτή. Δεν δημοσιεύονται συκοφαντικά ή υβριστικά σχόλια και όσα είναι γραμμένα με κεφαλαία γράμματα. Τέτοια μηνύματα θα διαγράφονται όποτε εντοπίζονται.
     
    ποίου Νόμοι; | 13/06/2014 13:22
    Newton, Einstein και οι νόμοι τους... Οι νόμοι "τους" δεν προσπαθούν να ερμηνεύσουν τι ισχύει στο σύμπαν; Δεν είναι η καλύτερη πρόταση της ανθρωπότητας στη συγκεκριμένη περίοδο;
    ο άσχετος
    απάντηση10
     
     
     
    ωσα;υτως πλαβιαρικο | 14/01/2013 01:34
    Επισης σε καποια αλλη δημοσιευση σου κ. Βορβογλη αναφερεσαι στα τριγωνα σφαρικων υποστασεων και λες μας οτι αυτα χανουν, στερουνται μια βασικης ιδιοτητας τουτων (το αξιωμα δηλαδη των 180 μοιρων που τα διακρινει) οταν εφαρμοσθουν επι σφαιρικων επιφανειων. Και μας παροτρυνεις μαλιστα να ενωσουμε τρια σημεια στην υδρογειο (τζακαρτα,αγκολα, το αλλο δε το θυμαμαι), για να διαπιστωσουμε του λογου σου το αληθες. Το εκανα αλλα δε μπορεσα να παρατηρησω μειωση ή αυξηση των γωνιων του τριγωνου. Εχεις τη καλωσυνη να βοηθησεις λιγο;
    μπαρμπαγιωργος
    απάντηση05
    Απαντήσεις  1 | Εμφάνιση όλων
     
     
     
    πλαβιαρικο | 14/01/2013 01:19
    τι ειναι αυτα μεσιέ, Ο λαμπρακης σε πηρε φαινεται στο λαιμο του... Ο Αριστοτελης ειναι μακεδονας, εσυ διδασκεις κατα τα φαινομενα και λεγομενα στο ιδρυμα α.π.θ. που ανηκει σε μακεδονικο χωρο. Πως ειναι λοιπον δυνατο να ισχυριζεσαι, και μαλιστα με υπογραφη, φαρδια -πλατια, οτι ο Αριστοτελης ειναι μπουνταλας και ο Γαλιλαιος εξυπνος; Απλα πραγματα, χωρις φανφαρες και "πολλα πολλα". Και υστερα παραπλανεις κιόλας (το science,φαινεται, φταιει) λεγοντας το ελαφρυτερο ειναι και μεγαλυτερο σε μεγεθος και καθηλωνεις και μας και τον Αριστοτελει! Σαμπως δε μπορουσε να σκεφτει ο ανθρωπος αυτο που σκεφτηκε ο Γαλιλαιος σου, 2000 χρονια πιο μπροστα, με καθαροτερη σκεψη και συναναστροφη... Σε υποψια μας
    μπαρμπαγιωργος
    απάντηση35
    Απαντήσεις  1 | Εμφάνιση όλων
     
     
    a | 20/10/2012 16:05
    Ο ΑΙΝΣΤΑΪΝ ΣΥΝΤΟΜΑ ΘΑ ΞΕΠΕΡΑΣΤΕΙ...
    dimikinos
    απάντηση23
     
     
     
    Απάντηση σε Κώστα Τσακίρη και σε Κάποιον. | 01/08/2012 13:20
    Αγαπητέ Κώστα. Με το δεύτερο σχόλιό σου συμφωνώ απόλυτα. Προτείνω, ανακωχή μέχρι τον επόμενο διαξιφισμό. Αγαπητέ Κύριε; Κάποιε. Νομίζω ότι με αδικεί το σχόλιό σου ότι οι γνώσεις μου πάνω στη φυσική είναι ανύπαρκτες. Αντίθετα, ο τρόπος με τον οποίο εκφράζεσαι, δείχνει ότι, εσύ δεν ξέρεις και πολλά πράγματα από φυσική, αλλά νομίζεις ή κάνεις ότι ξέρεις πολλά. Μάθε λοιπόν το ένα δέκατο, από αυτά που ξέρω και μετά έλα να συζητήσουμε.
    Βαγγέλης Τάλιος
    απάντηση101
    Απαντήσεις  1 | Εμφάνιση όλων
     
     
    διαστημοταξιδιωτες | 31/07/2012 17:52
    Εδω στην σεληνη δεν μπορεσαμε να παμε, γαλαξιακα ταξιδια θελουμε, τρομαρα μας! ΥΓ. Ολες οι θεωριες ανατρεπονται, τι κολλημα ειναι αυτο με τον αισταιν; Εχει δικιο ο Βαγγελης, οι νομοι του αισταιν ειναι ανωτεροι της Φυσεως;
    εν οιδα οτι ουδεν οιδα
    απάντηση713
     
     
     
    Απάντηση σε Κώστα Τσακίρη | 31/07/2012 15:22
    Αγαπητέ Κώστα. Εάν κρίνω από τα τόσο πολλά αρνητικά σχόλια που πήρε το σχόλιό μου, πρέπει να έχεις δίκιο. Κατόπιν αυτού είμαι υποχρεωμένος να δεχθώ ότι: -Είναι αξιοσημείωτο ότι οι δυο μέθοδοι που έχουν προταθεί για την επίτευξη ταχυτήτων μεγαλύτερων της ταχύτητας του φωτός, δηλαδή η κοσμική σήραγγα και η στρέβλωση του χωροχρόνου, έχουν ήδη εμφανισθεί σε ταινίες επιστημονικής φαντασίας, όπως γράφει το άρθρο. - Υπάρχουν δύο είδη κυμάτων, ένα που εκπέμπεται από την κεραία προς το άπειρο και ένα άλλο που έρχεται από το άπειρο και καταλήγει στην κεραία. - Το Σύμπαν έχει 11 διαστάσεις. -Τα πάντα θα λυθούν εάν κατασκευάσουμε μια φυσαλίδα σκοτεινής ενέργειας και βάλουμε μέσα το διαστημόπλο κτλ κτλ
    Βαγγέλης Τάλιος
    απάντηση105
    Απαντήσεις  1 | Εμφάνιση όλων
     
     
     
    Πολύ ωραίο σενάριο για εργασία επιστημονικής φαντασίας | 30/07/2012 10:13
    Σαν σενάριο επιστημονικής φαντασίας το άρθρο αυτό το βαθμολογώ με «άριστα». Όμως σαν επιστημονικό άρθρο το απορρίπτω καθόσον δεν μπορώ να το βαθμολογήσω ούτε με «μηδέν». Φτωχή μου φυσική πως κατάντησες; !!! Και κάτι άλλο. Οι νόμοι του Αϊνστάιν είναι ανώτεροι από τους νόμους της φύσης;
    Βαγγέλης Τάλιος
    απάντηση1429
    Απαντήσεις  2 | Εμφάνιση όλων