Πιστωτική εικόνα: Χαμπλ
Οι επιστήμονες που μελετούν το Big Bang λένε ότι είναι πιθανό μια μέρα η θεωρία των χορδών να δοκιμαστεί πειραματικά μέσω μετρήσεων της μεταλαμπής του Big Bang.
Ο Richard Easther, επίκουρος καθηγητής φυσικής στο Πανεπιστήμιο Yale θα συζητήσει τη δυνατότητα σε μια συνάντηση στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ την Τετάρτη 12 Μαΐου, με τίτλο «Πέρα από τον Αϊνστάιν: Από τη Μεγάλη Έκρηξη στις Μαύρες Τρύπες». Οι συνεργάτες του Easther είναι οι Brian Greene του Πανεπιστημίου της Κολούμπια, William Kinney του Πανεπιστημίου στο Buffalo, SUNY, Hiranya Peiris του Πανεπιστημίου του Πρίνστον και Gary Shiu του Πανεπιστημίου του Ουισκόνσιν.
Η θεωρία χορδών προσπαθεί να ενοποιήσει τη φυσική του μεγάλου (βαρύτητας) και του μικρού (του ατόμου). Αυτά περιγράφονται τώρα από δύο θεωρίες, τη γενική σχετικότητα και την κβαντική θεωρία, και οι δύο πιθανές να είναι ελλιπείς.
Οι κριτικοί περιφρόνησαν τη θεωρία χορδών ως «φιλοσοφία» που δεν μπορεί να δοκιμαστεί. Ωστόσο, τα αποτελέσματα του Easther και των συναδέλφων του υποδηλώνουν ότι παρατηρητικά στοιχεία που υποστηρίζουν τη θεωρία χορδών μπορεί να βρεθούν σε προσεκτικές μετρήσεις του Cosmic Microwave Background (CMB), το πρώτο φως που αναδύθηκε μετά το Big Bang.
«Στο Big Bang, το πιο ισχυρό γεγονός στην ιστορία του Σύμπαντος, βλέπουμε τις ενέργειες που απαιτούνται για να αποκαλύψουμε τα λεπτά σημεία της θεωρίας χορδών», δήλωσε ο Easther.
Η θεωρία χορδών αποκαλύπτεται μόνο σε ακραίες μικρές αποστάσεις και σε υψηλές ενέργειες. Η κλίμακα Planck μετρά 10-35 μέτρα, τη θεωρητική μικρότερη απόσταση που μπορεί να καθοριστεί. Συγκριτικά, ένα μικρό άτομο υδρογόνου, 10-10 μέτρα πλάτος, είναι δέκα τρισεκατομμύρια τρισεκατομμύρια φορές πλάτος. Παρομοίως, οι μεγαλύτεροι επιταχυντές σωματιδίων παράγουν ενέργειες 1015 ηλεκτρονίων βολτ συγκρούοντας υπο-ατομικά σωματίδια. Αυτό το επίπεδο ενέργειας μπορεί να αποκαλύψει τη φυσική της κβαντικής θεωρίας, αλλά εξακολουθεί να είναι περίπου ένα τρισεκατομμύριο φορές χαμηλότερη από την ενέργεια που απαιτείται για τη δοκιμή της θεωρίας χορδών.
Οι επιστήμονες λένε ότι οι θεμελιώδεις δυνάμεις του Σύμπαντος - η βαρύτητα (ορίζεται από τη γενική σχετικότητα), ο ηλεκτρομαγνητισμός, οι "αδύναμες" ραδιενεργές δυνάμεις και οι "ισχυρές" πυρηνικές δυνάμεις (όλες καθορίζονται από την κβαντική θεωρία) - ενώθηκαν στο φλας υψηλής ενέργειας του Μεγάλου Κτύπημα, όταν όλη η ύλη και η ενέργεια ήταν περιορισμένη σε μια υποατομική κλίμακα. Παρόλο που το Big Bang συνέβη πριν από σχεδόν 14 δισεκατομμύρια χρόνια, η CMB, εξακολουθεί να καλύπτει ολόκληρο το σύμπαν και περιέχει ένα απολιθωμένο ρεκόρ των πρώτων στιγμών του χρόνου.
Το Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) μελετά το CMB και ανιχνεύει λεπτές διαφορές θερμοκρασίας, σε αυτήν την σε μεγάλο βαθμό ομοιόμορφη ακτινοβολία, που λάμπει μόνο στους 2,73 βαθμούς Κελσίου πάνω από το απόλυτο μηδέν. Η ομοιομορφία είναι απόδειξη του «πληθωρισμού», μιας περιόδου κατά την οποία η επέκταση του Σύμπαντος επιταχύνθηκε γρήγορα, περίπου 10-33 δευτερόλεπτα μετά το Big Bang. Κατά τη διάρκεια του πληθωρισμού, το Σύμπαν αυξήθηκε από ατομική κλίμακα σε κοσμική κλίμακα, αυξάνοντας το μέγεθός του εκατό τρισεκατομμύρια τρισεκατομμύρια φορές. Το ενεργειακό πεδίο που οδήγησε τον πληθωρισμό, όπως όλα τα κβαντικά πεδία, περιείχε διακυμάνσεις. Αυτές οι διακυμάνσεις, κλειδωμένες στο κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων όπως τα κύματα σε μια παγωμένη λίμνη, μπορεί να περιέχουν στοιχεία για τη θεωρία χορδών.
Ο Easther και οι συνεργάτες του συγκρίνουν την ταχεία κοσμική επέκταση που συνέβη αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη με τη μεγέθυνση μιας φωτογραφίας για να αποκαλύψει μεμονωμένα pixel. Ενώ η φυσική στην κλίμακα Planck έκανε «κυματισμό» 10-35 μέτρα απέναντι, χάρη στην επέκταση του Σύμπαντος, η διακύμανση μπορεί τώρα να εκτείνεται σε πολλά έτη φωτός.
Ο Easther τόνισε ότι είναι μια μακρά ιδέα ότι η θεωρία χορδών μπορεί να αφήσει μετρήσιμα αποτελέσματα στο φόντο των μικροκυμάτων αλλάζοντας διακριτικά το μοτίβο των ζεστών και κρύων σημείων. Ωστόσο, η θεωρία χορδών είναι τόσο δύσκολο να δοκιμαστεί πειραματικά ότι οποιαδήποτε πιθανότητα αξίζει να δοκιμάσετε. Οι διάδοχοι του WMAP, όπως η CMBPol και η ευρωπαϊκή αποστολή, Planck, θα μετρήσουν το CMB με πρωτοφανή ακρίβεια.
Οι τροποποιήσεις στο CMB που προκύπτουν από τη θεωρία χορδών θα μπορούσαν να αποκλίνουν από την τυπική πρόβλεψη για τις διαφορές θερμοκρασίας στο κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων έως και 1%. Ωστόσο, η εύρεση μιας μικρής απόκλισης από μια κυρίαρχη θεωρία δεν είναι χωρίς προηγούμενο. Για παράδειγμα, η μετρούμενη τροχιά του Ερμή διέφερε από εκείνη που είχε προβλεφθεί από τον νόμο βαρύτητας του Isaac Newton περίπου εβδομήντα μίλια το χρόνο. Η γενική σχετικότητα, ο νόμος της βαρύτητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν, θα μπορούσε να εξηγήσει τη διαφορά που προκαλείται από μια λεπτή στρέβλωση στο διάστημα από τη βαρύτητα του Ήλιου που επιταχύνει την τροχιά του Ερμή.
Ανατρέξτε στη διεύθυνση http://www-conf.slac.stanford.edu/einstein/ για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τη συνάντηση «Πέρα από τον Αϊνστάιν».
Πρωτότυπη πηγή: Δελτίο ειδήσεων στο Πανεπιστήμιο Yale
