Ιδιοφυία … αλλά δεν μπορεί παρά να ξεπεραστεί

Με τις δύο θεωρίες της σχετικότητας (ειδική και γενική) ο Αϊνστάιν έφερε τα πάνω κάτω στη φυσική και άλλαξε τις αντιλήψεις μας σχετικά με τον χρόνο, τον χώρο και την ύλη που επικρατούσαν από την εποχή του Ισαάκ Νεύτωνα. Μάλιστα τις άλλαξε σε τέτοιο βαθμό, που αυτή η επανάσταση δεν έχει ενσωματωθεί ακόμα στην καθημερινή μας ζωή: χρειάζεται να καταβάλλουμε προσπάθεια ώστε να κατανοήσουμε την σταθερή ταχύτητα του φωτός, την διαστολή του χρόνου και συστολή του μήκους, τον καμπύλο χωροχρόνο, έναν κόσμο όπου δεν υφίσταται χρόνος…

Η σχετικότητα ελέγχθηκε και επιβεβαιώθηκε πάρα πολλές φορές, με πιο πρόσφατη την ανακάλυψη των βαρυτικών κυμάτων, και κατάφερε να επιβιώσει στον εικοστό αιώνα χωρίς να απορριφθεί. Ανέδειξε τον Αϊνστάιν ως μια από τις μεγαλύτερες ιδιοφυίες στην ιστορία της επιστήμης… Όμως οι φυσικοί δεν έχουν πειστεί ότι αυτό είναι το τέλος της ιστορίας της φυσικής. Οι περισσότεροι πιστεύουν πως η γενική σχετικότητα δεν είναι η «οριστική θεωρία» και ότι θα ξεπεραστεί… Επιπλέον σύμφωνα με τον ίδιο τον Αϊνστάιν, ο οποίος αναζητούσε για μεγάλο χρονικό διάστημα μια θεωρία που να συνδέει τη βαρύτητα και τον ηλεκτρομαγνητισμό: «Δεν υπάρχει καλύτερη μοίρα για μια φυσική θεωρία από το να οδηγήσει σε μια πιο ολοκληρωμένη θεωρία που να αποτελεί την εξέλιξή της» .

Όπως κάθε θεωρία, έτσι και οι δυο θεωρίες της σχετικότητας έχουν κάποιους περιορισμούς: δεν ισχύουν σε ορισμένες περιπτώσεις, όπως στη μελέτη των πρώτων στιγμών του σύμπαντος και στο εσωτερικό των μελανών οπών. Οι περιπτώσεις αυτές αφορούν συνθήκες με εξαιρετικά έντονη βαρύτητα όπου κυριαρχούν τα κβαντικά φαινόμενα. Είναι αδύνατον να εναρμονιστούν η κβαντική φυσική και η γενική σχετικότητα και να εφαρμοστούν από κοινού σε τέτοιες περιπτώσεις. Η κατανόηση αυτών των φαινομένων απαιτεί μια θεωρία που να συνδέει την γενική σχετικότητα και την κβαντική φυσική. Οι οποίες προς το παρόν φαίνονται ασύμβατες.

Η βαρύτητα εξιτάρει τους φυσικούς καθώς «διαφέρει» από τις άλλες αλληλεπιδράσεις, τον ηλεκτρομαγνητισμό και τις πυρηνικές δυνάμεις. Αυτές οι αλληλεπιδράσεις περιγράφονται σήμερα σύμφωνα με τους ιδιαίτερους νόμους της κβαντικής φυσικής. Αντιθέτως, η βαρύτητα δεν ακολουθεί τους κβαντικούς νόμους. Περιγράφεται με έναν τρόπο διαφορετικό (τον λεγόμενο κλασικό), που την ταυτίζει με τη γεωμετρική δομή (ή μάλλον «χρονογεωμετρική») ενός καμπύλου χωροχρόνου. Αντίθετα, οι νόμοι που περιγράφουν τις άλλες αλληλεπιδράσεις αφορούν έναν επίπεδο χωροχρόνο χωρίς ειδική γεωμετρική δομή. Επιπλέον, ορισμένοι φυσικοί προβληματίζονται γιατί η δύναμη της βαρύτητας έχει πολύ μικρότερη ισχύ σε σύγκριση με τις άλλες δυνάμεις. Με λίγα λόγια η βαρύτητα φαίνεται να διαφέρει και οι φυσικοί θα ήθελαν να μάθουν το γιατί…

Έτσι, ακόμη κι αν δεν υπάρχει κάτι «συγκεκριμένο» που να έρχεται σε σύγκρουση με τη θεωρία του Αϊνστάιν, αυτή θεωρείται μη ικανοποιητική από τους φυσικούς. Η επιθυμία τους, που είχε ήδη διατυπώσει ο Αϊνστάιν, είναι να ενοποιήσουν όλες τις αλληλεπιδράσεις ως γεωμετρικά φαινόμενα. Αλλά κάτι τέτοιο απαιτεί ένα γεωμετρικό πλαίσιο που για τη φυσική υπερβαίνει τον συνήθη τετραδιάστατο χωρόχρονο: μια μαθηματική οντότητα μεταξύ 10 και 26 διαστάσεων, ώστε να γενικευθεί η έννοια του χωρόχρονου! Η ύλη σε αυτό το πλαίσιο δεν περιγράφεται με τη μορφή σωματιδίων, αλλά με τη μορφή μικροσκοπικών «χορδών» που θα μπορούσαν να δονούνται ή να περιστρέφονται με διάφορους τρόπους εντός αυτού του ευρύτερου πλαισίου. Οι δυνάμεις οφείλονται στον διαχωρισμό ή την ένωση μεταξύ χορδών…

Μια άλλη προσέγγιση, η κβαντική βαρύτητα (ή κβαντική γεωμετρία) επιδιώκει να «ποσοτικοποιήσει» τη βαρύτητα. Αυτό σημαίνει κυρίως τη σύνδεση της βαρύτητας με τον μαθηματικό φορμαλισμό (σε μεγάλο βαθμό αλγεβρικό) της κβαντικής φυσικής, όπως συμβαίνει σήμερα με τις άλλες αλληλεπιδράσεις. Η καμπύλη γεωμετρία του χωρόχρονου πρέπει να αντικατασταθεί από την κβαντική γεωμετρία. Αλλά οι φυσικοί δεν έχουν κατορθώσει ακόμα να ορίσουν αυτή τη γεωμετρία, η κβαντική φύση της οποίας την καθιστά «μεταβλητή» . Παρά τις τεράστιες δυσκολίες σε σχέση με τους υπολογισμούς και την ερμηνεία τους, η προσέγγιση αυτή – ιδίως μια εκδοχή της που ονομάζεται κβαντική βαρύτητα βρόχων – παρουσιάζει ενθαρρυντική πρόοδο.

Έχουν προταθεί και μελετώνται κι άλλες προσεγγίσεις. Η μη αντιμεταθετική γεωμετρία, που αναπτύχθηκε από τον Γάλλο μαθηματικό Άλεν Κον και τους συνεργάτες του, γενικεύει κι αυτή τη συνήθη γεωμετρία, απαλλάσσοντάς την από την έννοια του σημείου. Αυτή η δυσκολία προσδιορισμού μιας θέσης με ακρίβεια μπορεί να φαίνεται υπερβολική. Αλλά η «ασάφεια» αυτής της γεωμετρίας συνάδει απόλυτα με αυτό που υποδηλώνει η κβαντική φυσική: δεν μπορούμε να εντοπίσουμε με ακρίβεια ένα σωματίδιο, υπάρχει πάντα κάποια «αβεβαιότητα» σχετικά με τη θέση του! Η μη αντιμεταθετική γεωμετρία μοιάζει λοιπόν, με μια κβαντισμένη γεωμετρία. Αυτό είναι πολύ ενδιαφέρον, αφού μια κβαντισμένη βαρύτητα προϋποθέτει μια κβαντισμένη γεωμετρία…

Σε κάθε περίπτωση, είναι πιθανό η επόμενη θεωρία των πάντων να ορίσει μια νέα γεωμετρία που θα δυσκολευόμαστε να κατανοήσουμε, όπως η γενική σχετικότητα βασίστηκε στη «νέα» γεωμετρία που ανακαλύφθηκε τον δέκατο ένατο αιώνα, αρκετά χρόνια μετά τον Νεύτωνα, Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι ο Αϊνστάιν θα ήταν χαρούμενος, καθώς ονειρευόταν κι ο ίδιος μια απόλυτα γεωμετρική «θεωρία των πάντων» .

πηγή: Μαρκ Λεσέζ-Ρεί: ‘Ο Αϊνστάιν στην παραλία’, εκδόσεις ροπή

Κατηγορίες:ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ, ΚΟΣΜΟΛΟΓΙΑ, ΣΧΕΤΙΚΟΤΗΤΑ

Ετικέτες: ΤΟ ΒΙΒΛΙΟ ΤΗΣ ΕΒΔΟΜΑΔΑΣ, PHYSICS