Το κοσμικό βαλς του χωροχρόνου.


Το κοσμικό βαλς του χωροχρόνου.

Σύμφωνα με τη μαθηματική εξήγηση, είναι μια τετραδιάστατη πολλαπλότητα, εκεί όπου ο Χρόνος και ο τρισδιάστατος Χώρος συμπλέκονται. Πιο απλά, θα μπορούσε να παρομοιαστεί με το υφαντό του κόσμου, πάνω στο οποίο εξελίσσονται όλα τα γεγονότα. Αυτός είναι ο Χωροχρόνος. Τώρα, μια διεθνής ομάδα αστροφυσικών με επικεφαλής τον Αυστραλό καθηγητή Μάθιου Μπέιλς, κατόρθωσε μετά από εικοσαετή παρατήρηση να επιβεβαιώσει ότι όχι μόνο καμπυλώνεται αλλά και συστρέφεται από κινούμενα ουράνια σώματα. Τα νέα παρατηρησιακά δεδομένα επιβεβαιώνουν τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας – για μία ακόμη φορά - και προσθέτουν ένα μικρό κομμάτι στο πάζλ της κατανόησης του σύμπαντος.

«Καθαρές» μετρήσεις

Πριν από περίπου έναν αιώνα ο Άλμπερτ Αϊνστάιν διατύπωσε μια θεωρία που άλλαξε την εικόνα που είχαμε για τον κόσμο. Σύμφωνα με τη Γενική Σχετικότητα, η δύναμη της βαρύτητας προκύπτει από την καμπυλότητα του χώρου και του χρόνου. Με άλλα λόγια η βαρύτητα δεν ορίζεται πλέον ως η δύναμη μεταξύ δύο σωμάτων, αλλά ως η γεωμετρία του χωρόχρονου. Πως, όμως, καμπυλώνεται ο χωροχρόνος; Η παρουσία μάζας είναι αυτή που οδηγεί στην καμπύλωση ή τη στρέβλωσή του. Για παράδειγμα, ο Ήλιος και η Γη, αλλάζουν τη γεωμετρία του χωροχρόνου και αυτό ερμηνεύεται ως βαρύτητα.

Αυτό, όμως, είναι ένα μόνο κομμάτι από τις… παραξενιές του Χωροχρόνου. Συγκεκριμένα, αν η Γη ήταν στάσιμη, η μάζα της απλά θα πτύχωνε το κοσμικό ύφασμα. Όμως οι πλανήτες περιστρέφονται. Έτσι, εκτός από την καμπύλωση προκαλούν και συστροφή του χωροχρόνου σε έναν στρόβιλο τεσσάρων διαστάσεων. Πρόκειται για το λεγόμενο «σύρσιμο του πλαισίου – frame dragging».

Μέχρι σήμερα η πειραματική επιβεβαίωση της περιστροφής του χωροχρόνου ήταν… ασθενής. Συγκεκριμένα, μετρήσεις στα όργανα δορυφόρων είχαν δώσει τέτοιες ενδείξεις. Αλλά το μέγεθος της Γης είναι αμελητέο σε κοσμική κλίμακα, καθιστώντας δύσκολη την διεξαγωγή «καθαρών» μετρήσεων. Έτσι, οι αστρονόμοι αναζητούσαν μια πανίσχυρη πηγή βαρυτικής δύναμης και συστροφής. Και τη βρήκαν στο πάλσαρ “PSR J1141-6545”, περίπου 25.000 έτη φωτός μακριά μας.

Πανίσχυρο δίδυμο

Σχεδόν πριν από είκοσι χρόνια, μια ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή Μάθιου Μπέιλς του Πανεπιστημίου Σουίνμπερν στη Μελβούρνη,  άρχισε να παρατηρεί δύο άστρα που περιστρέφονταν το ένα γύρω από το άλλο. Το πρώτο είναι ένας λευκός νάνος, στο μέγεθος της Γης, αλλά με 300.000 φορές την πυκνότητα της. Το άλλο είναι ένα αστέρι νετρονίων, το πάλσαρ “PSR J1141-6545”, το οποίο αν και έχει διάμετρο μόλις 20 χιλιομέτρων, διαθέτει περίπου 100 δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη πυκνότητα από αυτή του πλανήτη μας. Το σύστημα βρίσκεται σε αυτό τον κοσμικό «χορό» εδώ και περίπου ένα εκατομμύριο χρόνια. Μετά από δύο δεκαετίες παρατηρήσεων οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το πάλσαρ ταξιδεύει στο διάστημα με περίπου στα 997.793 χιλιόμετρα ανά ώρα και ο λευκός νάνος περιστρέφεται γύρω του περίπου 30 φορές την ώρα. Οι τρομακτικές αυτές ταχύτητες, σύμφωνα με τα συμπεράσματα της έρευνας που δημοσιεύτηκε στην επιστημονική επιθεώρηση Science, μπορούν να προκαλούνται από ένα και μόνο πράγμα: το «σύρσιμο» του χωροχρόνου που δημιουργείται από την τεράστια μάζα και την ιδιοπεριστρφή των δύο άστρων.

Αυτός ο βίαιος «χορός» δημιουργεί μια δίνη στο συνεχές του χωροχρόνου. Έτσι, τα δύο άστρα στροβιλίζονται μέσα σε αυτή και μεταξύ τους όπως δύο μπίλιες μέσα σε ένα χωνί, ταχύτερα απ’ ό,τι αν δεν συνέστρεφαν στον διάβα τους τον ίδιο χωροχρόνο.  

Κοσμική δίνη

Το 1918, τρία χρόνια αφότου ο Αϊνστάιν δημοσίευσε τη Γενική Σχετικότητα, οι Αυστριακοί μαθηματικοί Τζόσεφ Λενς και Χανς Τίρινγκ πρότειναν ότι ως συνέπεια της θεωρίας, τα ουράνια σώματα που περιστρέφονται παρασύρουν μαζί τους τον χωροχρόνο και τον συστρέφουν, όπως ένα κουτάλι που περιστρέφεται μέσα σε ένα φλιτζάνι δημιουργεί δίνη στο υγρό.

Στην καθημερινή ζωή, το αποτέλεσμα είναι εξαιρετικά αδύναμο και σχεδόν μη ανιχνεύσιμο. Στις αρχές του 21oυ αιώνα, οι πρώτες πειραματικές ενδείξεις για το φαινόμενο αυτό παρατηρήθηκαν σε γυροσκόπια που περιστρέφονταν γύρω από τη Γη, όταν ο προσανατολισμός τους «σύρθηκε» αμυδρά προς την κατεύθυνση της γήινης περιστροφής. Ένα πάλσαρ, όπως το “PSR J1141-6545”, δημιουργεί μια δίνη 100 εκατομμύρια φορές ισχυρότερη από αυτή της Γης και τα φαινόμενα που προκαλεί δημιουργούν ξεκάθαρα μετρήσιμες συνέπειες.

Η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας, έχει καταφέρει να περάσει κάθε δοκιμασία που βρέθηκε στον δρόμο της και τα νέα δεδομένα επιβεβαιώνουν ότι παραμένει η καλύτερη περιγραφή για το Σύμπαν που μας περιβάλλει. «Μια όμορφη, απλή εξήγηση του κόσμου και ένα από τα μεγαλύτερα επιτεύγματα του ανθρώπινου νου», όπως την χαρακτηρίζει ο σύγχρονος Αμερικανός αστροφυσικός, Νιλ ντεΓκρας Τάισον.

To άρθρο δημοσιεύτηκε στον ''Φιλελεύθερο'',
 του Σαββάτου 7 Μαρτίου

Γιάννης Παλιούρης


 14 Μαρτίου 2020