Λογικός θετικισμός και φυσική

Παραδοσιακά στις φυσικές επιστήμες η κυρίαρχη τριάδα είναι η Φυσική, η Χημεία και η Βιολογία. Στη συστημική αυτή κατάταξη, η οποία βασίζεται στην αυξανόμενη συνθετότητα του αντικειμένου διερεύνησης – και περιλαμβάνει ακόμη την Ανθρωπολογία και τις Κοινωνικές Επιστήμες -, η Φυσική καταλαμβάνει τη βάση της ιεραρχίας. Αυτό έγκειται στο αδιαμφισβήτητο γεγονός ότι το αντικείμενο της σχετίζεται με τη μελέτη της φύσης και των φυσικών φαινομένων. Οι άλλες επιστήμες μπορεί να αντιπροσωπεύουν υψηλότερα επίπεδα πολυπλοκότητας, θεωρούνται όμως «υποδεέστερες», από την άποψη ότι βρίσκονται μακρύτερα από τη στοιχειώδη μορφή ή ουσία της ύλης.

H παραπάνω κατάταξη αντανακλά στην ουσία ένα φιλοσοφικό δόγμα, που γενικά επικρατεί, σύμφωνα με το οποίο ολόκληρο το Σύμπαν μπορεί να αναχθεί σε θεμελιώδεις αρχές. Επιστημολογικά όλα τα φαινόμενα, σε ένα τελικό επίπεδο αναγωγής, μπορούν να ερμηνευτούν πλήρως με τους νόμους της Φυσικής.



Οι φυσικές επιστήμες αποτέλεσαν από τη γέννηση τους ένα ακέραιο τμήμα της Φιλοσοφίας και στην ουσία δεν διαχωρίστηκαν ποτέ από αυτή. Μάλιστα η θεωρητική Φυσική, στα τέλη του 19ου αιώνα, περιγραφόταν ακόμη ως Φιλοσοφία της φύσης, ή Φυσική Φιλοσοφία, σε διάκριση από τους δύο άλλους κύριους κλάδους της Φιλοσοφίας των Ιδεών, την Ηθική Φιλοσοφία και τη Μεταφυσική.

Ο Φουκό και το εκκρεμές του

Ενα μυθιστόρημα ταύτισε στη συνείδησή μας τον μεγάλο φυσικό με το... εκκρεμές του. Η πραγματικά μυθιστορηματική φυσιογνωμία του Φουκό έδωσε ωστόσο λύσεις σε πολλά άλλα θεμελιώδη προβλήματα, όπως η φύση και η ταχύτητα του φωτός ή η κατασκευή ισχυρών τηλεσκοπίων

Πριν από το εμπνευσμένο μυθιστόρημα του Ουμπέρτο Εκο, τον Φουκό γνώριζαν μόνο όσοι σπούδαζαν Φυσική ή επισκέπτονταν το Πάνθεον στο Παρίσι, όπου λειτουργεί ακόμη το πρώτο εκκρεμές που κατασκευάστηκε για να δείξει με χειροπιαστό τρόπο στους μη ειδικούς την περιστροφή της Γης. Ετσι όμως το όνομα του μεγάλου αυτού πειραματικού επιστήμονα συνδέθηκε με το πιο ασήμαντο από τα επιτεύγματά του και ξεχάστηκαν οι μεγάλες του επιτυχίες, όπως η μέτρηση της ταχύτητας του φωτός, το γυροσκόπιο και η μέθοδος κατασκευής κατόπτρων για τηλεσκόπια. Το εκκρεμές του Φουκό δεν είναι καμιά πολύπλοκη συσκευή. Είναι απλά μια μεταλλική σφαίρα που κρέμεται από ένα μακρύ σκοινί. Στην κατάσταση ηρεμίας η σφαίρα κρέμεται κατακόρυφα προς τα κάτω. Οταν απομακρύνουμε τη σφαίρα από τη θέση ηρεμίας, τότε αυτή κινείται πέρα-δώθε γύρω από τη θέση ηρεμίας, και αυτό είναι ένα εκκρεμές. Αν η Γη δεν περιστρεφόταν, το εκκρεμές θα ταλαντευόταν πάντα προς την ίδια διεύθυνση. Επειδή όμως η Γη περιστρέφεται, το εκκρεμές αλλάζει κατεύθυνση ταλάντωσης με έναν πολύ συγκεκριμένο τρόπο. Στους πόλους η διεύθυνση των ταλαντώσεων επιστρέφει στην αρχική ύστερα από 12 ώρες, στον ισημερινό δεν αλλάζει καθόλου και στα ενδιάμεσα πλάτη η ταχύτητα αλλαγής της διεύθυνσης παίρνει όλες τις ενδιάμεσες τιμές, που ισούνται με 12 ώρες, διαιρεμένες με το ημίτονο του γεωγραφικού πλάτους του τόπου. Για

QCloud: ένας κβαντικός υπολογιστής στο διαδίκτυο

Επιστήμονες του πανεπιστημίου του Bristol στην Αγγλία, δίνουν πλέον τη δυνατότητα σε απλούς χρήστες του διαδικτύου να χρησιμοποιήσουν έναν κβαντικό επεξεργαστή του ιδρύματος. Το επιχείρημα πίσω από την καινοτόμα αυτή δράση, είναι πως θέλουν να δημιουργήσουν πεπειραμένους προγραμματιστές, για τη στιγμή που οι κβαντικοί υπολογιστές θα αποτελέσουν κομμάτι της καθημερινότητάς μας.
«Ένας κβαντικός υπολογιστής μπορεί να κάνει τα πράγματα πολύ γρηγορότερα για εμάς, αλλά κάποιος θα πρέπει να τον προγραμματίσει. Αυτή τη στιγμή υπάρχει μόνο μια χούφτα από ανθρώπους που θα μπορούσαν να κάνουν αυτή τη δουλειά», λέει ο καθηγητής φυσικής Jeremy O’ Brien, που ηγείται της ομάδας που σχεδίασε τον επεξεργαστή και δημιούργησε αυτή την υπηρεσία στο διαδίκτυο, με το όνομα QCloud.
Ένα κβαντικό τσιπ επεξεργάζεται την πληροφορία που περιέχουν τα κβαντικά bits (qubits), τα οποία, σε αντίθεση με τα συνηθισμένα bit πληροφορίας που λαμβάνουν τιμές 0 και 1, μπορούν να βρίσκονται σε μια κατάσταση υπέρθεσης, όντας ταυτόχρονα στην κατάσταση 0 και 1. Μέχρι σήμερα, μόνο μερικά εργαστήρια στον κόσμο είχαν τη δυνατότητα να εκτελέσουν πειράματα σε κβαντικούς επεξεργαστές, σε οργανισμούς όπως η NASA ή η Google.
Ο επεξεργαστής του QCloud, δουλεύει οδηγώντας ζεύγη από φωτόνια μέσα σε μια σειρά από οπτικά κανάλια. Καθώς τα φωτόνια διαδίδονται, «μπλέκονται» κβαντικά, το οποίο σημαίνει πως η κβαντική μέτρηση των ιδιοτήτων του ενός, επηρεάζουν τις ιδιότητες του άλλου. Ο χρήστης,

Λύση σε διάσημο πρόβλημα της κβαντικής φυσικής

Η κβαντική μηχανική είναι αναμφισβήτητα μία από τις πιο επιτυχημένες θεωρίες της φυσικής, και χάρη στην κατανόησή της απολαμβάνουμε πλήθος από τεχνολογικά επιτεύγματα. Στη θεωρητική ερμηνεία ορισμένων χαρακτηριστικών της όμως, συνεχίζουν να υπάρχουν προβλήματα, τα οποία κατά καιρούς απασχόλησαν κάποια από τα μεγαλύτερα ονόματα φυσικών όπως οι Χάιζενμπεργκ, φον Νόιμαν και Αϊνστάιν.




Το μετρητικό πρόβλημα

 Ένα από τα διάσημα προβλήματα της κβαντικής φυσικής, είναι το μετρητικό πρόβλημα, το φαινόμενο δηλαδή της κατάρρευσης της κυματοσυνάρτησης που περιγράφει ένα σωματίδιο, όταν αυτό υπόκειται σε μία μέτρηση.

Ενώ πριν τη μέτρηση η εξίσωση του Σρέντιγκερ δίνει τις πιθανότητες το κβαντικό σύστημα να βρίσκεται σε διάφορες καταστάσεις, μετά τη μέτρηση το βρίσκουμε πάντα να έχει προτιμήσει μία συγκεκριμένη, βρίσκουμε δηλαδή τη κυματοσυνάρτησή του να έχει καταρρεύσει. Έτσι, η μέτρηση επιδρά με κάποιο τρόπο στο σύστημά μας και του αλλάζει τη φυσική, καθώς το μετατρέπει από κβαντικό σύστημα σε κλασικό. Αυτός ο προσδιορισμός των ορίων μεταξύ κβαντικής και κλασικής φυσικής, είναι στο επίκεντρο του μετρητικού προβλήματος.


Η λύση

Ο «τζογαδόρος» κύριος Hawking

Τα στοιχήματα με επίκεντρο επιστημονικά ζητήματα έχουν εμφανιστεί εδώ και αιώνες, και σε ορισμένες περιπτώσεις έχουν βοηθήσει στη πρόοδο της επιστήμης.





Το πρώτο διάσημο καταγεγραμμένο στοίχημα, έλαβε χώρα το 1684 όταν ο πασίγνωστος εκείνη την εποχή αρχιτέκτονας Christopher Wren, δήλωσε πως θα έδινε 40 σελίνια σε όποιον κατάφερνε να αποδείξει τους νόμους του Κέπλερ, χρησιμοποιώντας το νόμο του αντιστρόφου τετραγώνου.

Λίγο καιρό μετά, ο Ισαάκ Νεύτων θα εξέδιδε το περίφημο έργο του «Αρχές της Φυσικής Φιλοσοφίας», που θα περιείχε και την εν λόγω απόδειξη, αλλά δεν εισέπραξε ποτέ την αμοιβή, καθώς είχε λήξει η διορία.

Από τότε έχουν μπει διάσημα στοιχήματα που αφορούν στο αν η Γη είναι τελικά επίπεδη, ή αν μπορεί κάποιος να κατασκευάσει μια μηχανή με μέγεθος 1/64 της ίντσας. Ωστόσο, υπάρχουν τρία διάσημα στοιχήματα που έχει λάβει μέρος ο διάσημος φυσικός Stephen Hawking. Και αν η ιστορία έχει δείξει πως είναι λαμπρός επιστήμονας, φαίνεται πως δεν τα πηγαίνει εξίσου καλά με το τζόγο.

Το πρώτο στοίχημα που έβαλε ο Άγγλος φυσικός, ήταν το 1975 με το φυσικό του πανεπιστημίου Caltech, Kip Thorne, και αφορούσε στο ενδεχόμενο το νεοπαρατηρηθέν τότε αντικείμενο Κύκνος-Χ1 να είναι μαύρη τρύπα. Ο Hawking, ο οποίος πόνταρε ενάντια στην ίδια του την έρευνα, έχασε το στοίχημα, καθώς ο Κύκνος-Χ1 έγινε το πρώτο αντικείμενο στο Σύμπαν που διαπιστώθηκε πως είναι μαύρη τρύπα.

Έρνεστ Ράδερφορντ: Ο σπουδαίος Νεοζηλανδός πυρηνικός φυσικός

Έρνεστ Ράδερφορντ - Ernest Rutherford
Ο λόρδος Ράδερφορντ σερ Έρνεστ γεννήθηκε στη Νέα Ζηλανδία στις 30 Αυγούστου του 1871 από φτωχούς Σκωτσέζους γονείς.
Τελείωσε με άριστα τις σπουδές του στο κολέγιο Κάντερμπερυ και το 1894 πήρε υποτροφία για την εργασία του επάνω σ’ έναν ανιχνευτή ηλεκτρομαγνητικών ταλαντώσεων δικής του επινόησης.
Στο Πανεπιστήμιο του Καίμπριτζ εργάστηκε υπό την καθοδήγηση του μεγάλου Βρετανού φυσικού Τζόζεφ Τζων Τόμσον.
Το 1898 δέχτηκε την έδρα της Φυσικής στο Πανεπιστήμιο Μακ Γκιλ, στο Μόντρεαλ του Καναδά, όπου παρέμεινε μέχρι το 1907, εργαζόμενος πάνω στη ραδιενέργεια.
Το 1907 έγινε καθηγητής της Φυσικής στο Πανεπιστήμιο Βικτόρια του Μάντσεστερ, όπου αναδείχτηκε κυρίαρχη φυσιογνωμία στο χώρο της πειραματικής φυσικής και κυρίως στη ραδιοχημεία.
Το 1908 πήρε το Νόμπελ χημείας και κατά τη διάρκεια της απονομής του βραβείου σχολίασε με χιούμορ ότι είδε πολλές αλλαγές στη ζωή του, αλλά ποτέ δεν πίστευε ότι θα μεταμορφωνόταν από φυσικός σε χημικό.

Μέλος της Βασιλικής εταιρίας του Λονδίνου, η οποία τον τίμησε το 1922 με την ανώτατη διάκρισή της, το μετάλλιο Κόπλεϋ, διετέλεσε μια πενταετία (1925 - 30) πρόεδρός της. Σε αναγνώριση της τεράστιας προσφοράς του στην επιστήμη, χρίστηκε το 1914 ιππότης, το 1921 τιμήθηκε με το παράσημο αξίας και το 1931 του απονεμήθηκε ο τίτλος του Πρώτου Βαρόνου Ράδερφορντ του Νέλσον και του Κέιμπριτζ.

Τα 4’ που ανατρέπουν τη Φυσική

Συνέντευξη στον Σπυρο Καραλη
Καθημερινή 7/10/2007 

Στην καθημερινή ζωή, για μια καθυστέρηση τεσσάρων λεπτών «δεν χάνεται ο κόσμος», στον χώρο της κοσμολογίας όμως προκαλούνται σοβαρές αναταράξεις, καθώς ενδέχεται να ανατραπεί σημαντικό μέρος των επιστημονικών δεδομένων. Τον περασμένο μήνα το τηλεσκόπιο MAGIC ακτίνων γάμμα στο Λας Πάλμας των Καναρίων Νήσων κατέγραψε για πρώτη φορά μια απόκλιση τεσσάρων λεπτών στο μακρύ ταξίδι φωτονίων υψηλής και χαμηλότερης ενέργειας από τον γαλαξία Markarian 501 που απέχει από τη Γη μισό δισεκατομμύριο έτη φωτός. Τι πρακτικά σημαίνει αυτή η μικρή αργοπορία στην άφιξη των φωτονίων; Οτι η ταχύτητα του φωτός την οποία ο Αϊνστάιν θεώρησε ως σταθερή για να διατυπώσει την περίφημη εξίσωση E=mc2 μπορεί να μην είναι και τόσο σταθερή και κατά συνέπεια συνολικά η Θεωρία της Σχετικότητας που καθόρισε επί εκατό και πλέον χρόνια την εικόνα του ανθρώπου για το Σύμπαν να επιδέχεται τεκμηριωμένων, πλέον, αμφισβήσεων.

Οι εξελίξεις είναι ραγδαίες και ιδιαίτερα ευχάριστες, διότι αφ' ενός δίνουν νέα ώθηση -εάν αποδειχθούν οριστικά- στην επιστημονική έρευνα και αφ' ετέρου διότι δικαιώνεται σε πρώτη φάση μια προ δεκαετίας θεωρητική προσέγγιση την οποία συνυπέγραφε τριμελής ομάδα επιστημόνων, δύο εκ των οποίων είναι Ελληνες. Ο Δημήτρης Νανόπουλος του Πανεπιστημίου του Τέξας και ο Νικόλαος Μαυρόματος του λονδρέζικου Kings College. Ο τρίτος της επιστημονικής ομάδας είναι ο Αγγλος Τζων Ελλις από το Κέντρο Πυρηνικών Ερευνών της Ευρώπης (CERN).

Οι τρεις επιστήμονες υποστήριξαν ότι η ταχύτητα του φωτός εξαρτάται από τη συχνότητα. Μια πιθανή αλλαγή της μπορεί να ανιχνευθεί μόνο μέσω του φωτός που προέρχεται από αντικείμενα πολύ μακριά από τη Γη και γι' αυτόν ακριβώς τον λόγο δεν είχε έως τώρα παρατηρηθεί. Ενας τρόπος για την επαλήθευση της «σχετικής» τιμής της ταχύτητας του φωτός είναι η ανίχνευση φωτονίων διαφορετικών συχνοτήτων που εκπέμπονται ταυτόχρονα από μακρινούς γαλαξίες. Σύμφωνα με τη θεωρία των τριών, οι χρόνοι άφιξης στη Γη των φωτονίων υψηλότερης συχνότητας θα πρέπει να είναι μεγαλύτεροι από αυτούς των φωτονίων χαμηλότερης συχνότητας, αντίθετα με την προσέγγιση του Αϊνστάιν που πίστευε ότι η άφιξή τους θα ήταν ταυτόχρονη.

Κάτι συμβαίνει 18 δισεκατομμύρια χιλιόμετρα μακριά από τη Γη

Το Voyager1 δεν μπορεί να προχωρήσει άλλο,σαν να το εμποδίζει μια γιγάντια αόρατη ασπίδα!
Σχεδόν 18 δισεκατομμύρια χιλιόμετρα μακριά από τη ΓΗ!

Όταν το 1977 εκτοξεύτηκε το εξερευνητικό διαστημόπλοιο Voyager1
με σκοπό να ταξιδέψει πέρα από το ηλιακό μας σύστημα, δεν ξέραμε τι θα βρούμε.
Οι αστροφυσικοί, μέσα στα 36 χρόνια που το Voyager1 πορεύεται στο διάστημα, ήλπιζαν ότι μια ωραία ημέρα θα καταφέρουμε να ανακαλύψουμε τι υπάρχει πέρα από τα σύνορα του ηλιακού μας κόσμου.

Τώρα όμως που το διαστημόπλοιο έφτασε σε αυτά τα σύνορα, γκρεμίστηκαν όλα τα μοντέλα που είχαν φανταστεί οι επιστήμονες για την έξοδο στο άγνωστο σύμπαν. Αυτό που έχει συμβεί θυμίζει σενάριο από ταινία επιστημονικής φαντασίας.

Σχεδόν 18 δισεκατομμύρια χιλιόμετρα μακριά από τη Γη, στα όρια του ηλιακού συστήματος, οι συνθήκες δεν είναι αυτές που περίμεναν οι ερευνητές: Οι ηλιακοί άνεμοι χάνουν την έντασή τους, οι κοσμικές ακτίνες κινούνται ιδιόμορφα και το μαγνητικό πεδίο αυξομειώνεται αναπάντεχα. Οι αστροφυσικοί έχουν έρθει σε αμηχανία καθώς αναλύουν τις πληροφορίες που έρχονται από το Voyager1. Το διαστημόπλοιο έχει φτάσει σε μια περιοχή, πέρα από την οποία δεν μπορεί να προχωρήσει. Παλινδρομεί συνέχεια εμπρός-πίσω, σαν να το εμποδίζει μια γιγάντια, αόρατη ασπίδα.

Είκοσι πράγματα που ίσως να μη γνωρίζετε για τη βαρύτητα

 

Είναι πιο... παράξενη από όσο φανταζόμαστε

Μπορεί να ξέρουμε για τη βαρύτητα όσα μας απέδειξαν ο Νιούτον και ο Αϊνστάιν, όμως τελικά η βαρύτητα είναι πιο αδύναμη από ό,τι σκέφτεστε και πιο παράξενη από ό,τι φαντάζεστε. Διαβάστε παρακάτω είκοσι πράγματα που μάλλον δεν γνωρίζατε για τη βαρύτητα και φανείτε διαβασμένοι την επόμενη φορά που θα έρθει η κουβέντα στην παρέα στο συγκεκριμένο θέμα. 

1. Ο Obi-Wan Kenobi στο Star Wars είπε ότι η Δύναμη «μας περιβάλλει και μας διαπερνά, κράτα τον γαλαξία ενωμένο». Ίσως να μιλούσε τελικά για τη βαρύτητα, καθώς οι συναρπαστικές ιδιότητες της κυριολεκτικά κρατούν ενωμένο το γαλαξία, αλλά επίσης διαπερνούν τους πλανήτες, το σώμα μας, και μας κρατάνε δεμένους στη Γη. 

2. Αντίθετα από τη Δύναμη, που έχει την κακή και την καλή της πλευρά, η βαρύτητα δεν έχει διττή φύση, μιας και μόνο έλκει, δεν απωθεί. 

3. Η NASA προσπαθεί να αναπτύξει ακτίνες έλξης που θα μπορούν να μετακινήσουν φυσικά αντικείμενα, δημιουργώντας μια σημαντική δύναμη που θα κέρδιζε τη βαρύτητα. 

4. Οι επιβάτες των γρήγορων τρένων στα λούνα παρκ και στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό βιώνουν τη μικροβαρύτητα –που είναι λανθασμένα γνωστή ως μηδενική βαρύτητα– καθώς πέφτουν με την ταχύτητα που πέφτουν και τα οχήματα χωρίς να αιωρούνται. 

Σωματίδιο Χιγκς και σκοτεινή ενέργεια

Σε μια πρωτότυπη ιδέα κατέληξαν δύο φυσικοί από τις Ηνωμένες Πολιτείες, στην οποία συνδέουν το σωματίδιο Χιγκς με το φαινόμενο της σκοτεινής ενέργειας. Σύμφωνα με τους Lawrence Krauss του Πανεπιστημίου της Αριζόνα, και James Dent του Πανεπιστημίου της Λουιζιάνα, το ίδιο το μποζόνιο Χιγκς μπορεί νασυμμετέχει στην επιταχυνόμενη διαστολή του Σύμπαντος.
Το Καθιερωμένο Πρότυπο περιλαμβάνει, πέρα από τα σωματίδια που αποτελούν την ύλη, τα σωματίδια-φορείς των δυνάμεων στη Φύση, πλην της βαρύτητας. Κάθε ένα από αυτά τα σωματίδια (μποζόνια), είναι αλληλένδετο μεένα αντίστοιχο πεδίο. Το μποζόνιο Χιγκς αν και δεν είναι φορέας κάποιας δύναμης είναι φορέας του πεδίου Χιγκς, που θεωρείται πως υπάρχει παντού στο Σύμπαν. Αντίθετα από τα υπόλοιπα πεδία της φύσης, δεν είναι διανυσματικό πεδίο, αλλά βαθμωτό, δεν έχει δηλαδή κατεύθυνση.
Όλα αυτά τα πεδία, δημιουργούν μια πυκνότητα ενέργειας που διαπερνά το Σύμπαν. Πριν την ανακάλυψη της σκοτεινής ενέργειας, οι φυσικοί ανησυχούσαν πως ακόμη και οι πιο απλές εκδοχές του Καθιερωμένου Προτύπου έδιναν τεράστιες ποσότητες ενέργειας, που θα οδηγούσαν το Σύμπαν σε μια αυξανόμενη διαστολή. Αυτό έδειχνε σχετικά απίθανο, μέχρις ότου παρατηρήσεις μακρινών σουπερνόβα έδειξαν πως το Σύμπαν όντως επιταχύνει τη διαστολή του. Όμως, το φαινόμενο που σήμερα αποκαλούμε σκοτεινή ύλη, δε συνάδει με τις προβλέψεις της πυκνότητας ενέργειας που δίνει το Καθιερωμένο Πρότυπο: η επιτάχυνση στη διαστολή είναι πολύ μικρότερη από την αναμενόμενη.
Αυτό που έδειξαν οι δύο φυσικοί, είναι πως το σωματίδιο Χιγκς μπορεί να συνδυαστεί με ένα νέοβαθμωτό πεδίο το οποίο θα έδινε τη σωστή πυκνότητα ενέργειας για το Σύμπαν. Σε περίπτωση που κάτι τέτοιο ισχύει, θα οδηγούσε στην ανακάλυψη νέων φυσικών φαινομένων. Πρόκειται για ένα πεδίο εκτός του Καθιερωμένου Προτύπου, που εν απουσία του πεδίουΧιγκς έχει μηδενική πυκνότητα ενέργειας.
Στο σημείο αυτό οι δύο φυσικοί κάνουν την πιο τολμηρή τους σκέψη, υιοθετώντας ένα ακόμη πεδίο, το πεδίο ενοποίησης, που υποτίθεται πως είναι το πεδίο που σχηματίζεται στις υψηλές ενέργειες από την ένωση όλων των υπόλοιπων πεδίων. Πρόκειται για μια ιδέα εμπνευσμένη από το όνειρο των φυσικών να ενοποιήσουν όλες τις θεμελιώδεις δυνάμεις σε μία ενοποιημένη θεωρία πεδίου. Το νέο βαθμωτό πεδίο, μέσω του πεδίου Χιγκς θα αλληλεπιδρά τότε με το ενοποιημένο πεδίο και θα αποκτά ενέργεια. Οι ενέργειες των δύο πεδίων είναι τότε αντίστροφες: όσο πιο ισχυρό είναι το ένα, τόσο πιο ασθενές είναι το άλλο. Σε αυτή την περίπτωση, το τελικό αποτέλεσμα είναι η σωστή πυκνότητα ενέργειας για το Σύμπαν, που θα εξηγούσε αυτή τη μικρή επιτάχυνση στη διαστολή του, και συνεπώς, το φαινόμενο της σκοτεινής ενέργειας.
Αν και πρόκειται για μια αξιόλογη εργασία, πέρα από το θεωρητικό κομμάτι θα πρέπει να δείξει την ισχύ της και πειραματικά, καθώς προβλέπει πεδία που δεν έχουν παρατηρηθεί ποτέ στη φύση. Αν μη τι άλλο, πρόκειται για την πρώτη φορά που ένας ακριβής υπολογισμός δίνει τόσο μικρές ποσότητες πυκνότητας ενέργειας για το Σύμπαν, που συμφωνούν με τις παρατηρήσεις για τη Σκοτεινή Ενέργεια.

 www.naftemporiki.gr

Νετρίνα: Κλειδί για μυστικά του Σύμπαντος

Τα νετρίνα είναι εδώ και δεκαετίες στο επίκεντρο των πειραμάτων φυσικής. Πρόκειται για σωματίδια με ελάχιστη μάζα, την προέλευση της οποίας δε γνωρίζουμε επαρκώς, τα οποία όντας ηλεκτρικά ουδέτερα αλληλεπιδρούν ελάχιστα με την ύλη.






Κάθε δευτερόλεπτο, δισεκατομμύρια τέτοια σωματίδια διαπερνούν εμάς τους ίδιους και ολόκληρο τον πλανήτη συνεχίζοντας απρόσκοπτα το ταξίδι τους στο Σύμπαν.

Τα τελευταία χρόνια, έχει ανακαλυφθεί το φαινόμενο της ταλάντωσης των νετρίνων: καθώς υπάρχουν τρία είδη (ταυ, μιονίου και ηλεκτρονίου), ξέρουμε σήμερα πως τα νετρίνα μπορούν και αλλάζουν από τύπο σε τύπο. Το φαινόμενο αυτό είχε προβλεφθεί για πρώτη φορά το 1962 από τους φυσικούς Pontecorvo, Maki, Nakagawa και Sakata, όμως μόλις τα τελευταία χρόνια ήταν σε θέση να το παρατηρήσουν οι πειραματικοί φυσικοί. Επιστήμονες του πειράματος Τ2Κ, που μελετάει τέτοια φαινόμενα, ανακοίνωσαν την περασμένη Παρασκευή στο συνέδριο Ευρωπαϊκής Φυσικής στη Στοκχόλμη πως βρήκαν και τρίτο τρόπο ταλάντωσης για τα φευγαλέα αυτά σωματίδια.

Το σημαντικό με αυτή την ανακάλυψη, είναι πως θα ακολουθήσει το πείραμα για το αν παρατηρείται η ίδια ταλάντωση και για τα αντισωματίδιά τους, τα αντινετρίνα. Οποιαδήποτε τέτοια ανισορροπία στη συμπεριφορά ύλης και αντιύλης θεωρείται πολύ σημαντική, καθώς ίσως βοηθήσει στο να δοθούν απαντήσεις σε ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα της σύγχρονης φυσικής, που είναι το γεγονός πως στο Σύμπαν έχει επικρατήσει –ευτυχώς για εμάς- η ύλη, έναντι της αντιύλης. Σύμφωνα με τις θεωρίες μας, ύλη και αντιύλη ήταν εξίσου πιθανές να δημιουργηθούν μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, και είναι ακόμη ανεξήγητο τι συνέβη με την αντιύλη.

Για να παρατηρήσει τις ταλαντώσεις νετρίνων, το Τ2Κ περιλαμβάνει μια γεννήτρια νετρίνων σε ένα εργαστήριο στην ανατολική ακτή της Ιαπωνίας, και έναν ανιχνευτή 295 χιλιόμετρα μακριά, κάτω από τα βουνά του βορειοανατολικού τμήματος της χώρας. Στα δεδομένα τους, παρατήρησαν 28 καταγεγραμμένες εμφανίσεις νετρίνων μιονίου, ενώ περίμεναν τέσσερις ή το πολύ πέντε.

Ελέγχοντας τα στοιχεία ξανά και ξανά για δύο χρόνια, κατέληξαν πως υπάρχει ένας νέος τρόπος ταλάντωσης μεταξύ νετρίνων ηλεκτρονίου και μιονίου. Πλέον, θα ξεκινήσουν πειράματα για την ανίχνευση της ταλάντωσης νετρίνων αντι-ηλεκτρονίου και αντι-μιονίου, με τους επιστήμονες να είναι αισιόδοξοι πως μπορεί να παρατηρήσουν νέου είδους φυσική.

ΠΗΓΗ

Τα επτά μεγάλα προβλήματα της σύγχρονης Φυσικής

EPA/CERN HANDOUT

Οι επιστήμονες κατέληξαν πως προτεραιότητα έχει, μεταξύ άλλων, η ερώτηση: «Γιατί το σωματίδιο Χιγκς έχει διαφορετικές ιδιότητες από όποιο άλλο σωματίδιο γνωρίζουμε;».

λευταία χρόνια, με αποκορύφωμα την ανακάλυψη του σωματιδίου Χιγκς στις 4 Ιουλίου του 2012, η οποία επιβεβαίωσε τη θεωρία του Καθιερωμένου Προτύπου. Πέρα όμως από τις επιτυχίες, υπάρχουν ακόμη πολλά ανοιχτά προβλήματα, όπως η σκοτεινή ύλη και η σκοτεινή ενέργεια ή οι ιδιότητες των φευγαλέων νετρίνων, οι απαντήσεις των οποίων μπορεί να φέρουν μεγάλες ανακατάξεις στην έως τώρα γνώσεις μας.

Στη Μινεσότα των Ηνωμένων Πολιτειών, σε ένα συνέδριο που οργανώθηκε από την Αμερικανική Εταιρία Φυσικής, συναντήθηκαν για εννέα μέρες 700 επιστήμονες από 100 πανεπιστήμια του κόσμου, προκειμένου να καθορίσουν τις κύριες κατευθύνσεις της έρευνας για τη φυσική του μέλλοντος. Με τη λήξη της συνδιάσκεψης, κατέληξαν πως προτεραιότητα έχουν οι εξής επτά ερωτήσεις:

1. Γιατί το σωματίδιο Χιγκς έχει διαφορετικές ιδιότητες από όποιο άλλο σωματίδιο γνωρίζουμε;
2. Τα νετρίνα είναι πολύ ιδιόμορφα σωματίδια, πολύ ελαφριά και με την ιδιότητα να αλλάζουν τύπους. Πως χωράνε στο Καθιερωμένο Πρότυπο οι ιδιότητες αυτές.
3. Τα γνωστά σωματίδια αποτελούν περίπου το 1/6 της γνωστής ύλης στο Σύμπαν. Τι ακριβώς είναι το υπόλοιπο, που αποκαλούμε σκοτεινή ύλη;
4. Μπορούν οι 4 θεμελιώδεις δυνάμεις του Σύμπαντος (βαρύτητα, ηλεκτρομαγνητισμός, ισχυρή και ασθενής πυρηνική) να ενοποιηθούν σε μία θεωρία; Υπάρχουν και άλλες, άγνωστες δυνάμεις;
5. Υπάρχουν άλλες χωροχρονικές διαστάσεις πέρα από τις 4 που γνωρίζουμε;
6. Στη Μεγάλη Έκρηξη δημιουργήθηκαν ταυτόχρονα ύλη και αντιύλη. Γιατί σήμερα βλέπουμε μονάχα ύλη;
7. Γιατί το Σύμπαν επιταχύνει τη διαστολή του; Τι είναι η σκοτεινή ενέργεια που θεωρούμε πως προκαλεί αυτή την επιτάχυνση;

Τα νέα πειράματα που θα σχεδιαστούν για τα επόμενα χρόνια, αναμένεται να προσανατολίζονται σε αυτές τις κατευθύνσεις. Αν και η γνώση μας για τον Κόσμο έχει αυξηθεί αλματωδώς τις τελευταίες δεκαετίες, τα παραπάνω ερωτήματα δεν είναι δυνατόν να απαντηθούν με τα υπάρχοντα θεωρητικά εργαλεία, και ακόμη χειρότερα, συνήθως αντιβαίνουν στις κατεστημένες θεωρίες.
Είναι λογικό λοιπόν να πιστεύουμε πως κάθε μία από αυτές τις ερωτήσεις, ίσως και να κρύβει μια μικρή επανάσταση για τη Φυσική, ανάλογες με αυτές που προέκυψαν πριν από περίπου έναν αιώνα, όταν κάποιες μικρές ασυμφωνίες μεταξύ πειράματος και θεωρίας οδήγησαν στην ανακάλυψη της σχετικότητας και της κβαντικής μηχανικής.

http://www.naftemporiki.gr/story/685175

Έρβιν Σρέντιγκερ - Ποιός ήταν ο Erwin Schrödinger

Έρβιν Σρέντιγκερ - Erwin Schrodinger
Η google τιμά σήμερα τον Έρβιν Σρέντιγκερ διάσημο Αυστριακό Φυσικό

Ο Έρβιν Σρέντινγκερ, ο οποίος γεννήθηκε στις 12 Αυγούστου του 1887 στη Βιέννη, ήταν ένας από τους πιο καταξιωμένους επιστήμονες στον τομέα της Θεωρητικής Φυσικής, ισάξιος των Aϊνστάιν, Planck, Heisenberg, ως προς τη δημιουργία της σύγχρονης εικόνας της φύσης.
Στη διάρκεια της πανεπιστημιακής καριέρας του ασχολήθηκε με τη Στατιστική φυσική, τη Θερμοδυναμική, την Ηλεκτροδυναμική, την Κοσμολογία, τη Βιολογία, τη Φιλοσοφία, αλλά κυρίως με την Κβαντική φυσική.

Το Σύμπαν δεν επεκτείνεται, υποστηρίζει κοσμολόγος

Ξεκίνησε με μία έκρηξη. Και από τότε, συνεχώς επεκτείνεται. Για σχεδόν ένα αιώνα, αυτή είναι η κυρίαρχη ιδέα γύρω από το Σύμπαν. Τώρα, ένας κοσμολόγος προτείνει μία ριζικά διαφορετική ερμηνεία των γεγονότων.

Το συμβατικό μοντέλο της κοσμολογίας λέει ότι οι περισσότεροι γαλαξίες απομακρύνονται ο ένας από τον άλλο, καθώς το διάστημα “απλώνεται”, όπως η επιφάνεια ενός μπαλονιού όταν φουσκώνει. Έτσι εξηγείται και το φαινόμενο της ερυθρής μετατόπισης – δηλαδή, το γεγονός ότι το χρώμα των ουράνιων σωμάτων αλλάζει προς το κόκκινο, όταν τα παρατηρούμε από τον γαλαξία μας.

Οι αστρονόμοι μετρούν αν τα ουράνια σώματα απομακρύνονται ή πλησιάζουν τη Γη, αναλύοντας το φως και τη συχνότητα που εκπέμπουν ή απορροφούν τα άτομά τους. Όταν η ύλη κινείται μακριά από εμάς, το χρώμα της μετατοπίζεται προς το κόκκινο μέρος του ορατού φάσματος. Αυτό συμβαίνει επειδή, όταν ένα αντικείμενο απομακρύνεται, το μήκος κύματος του φωτός του εμφανίζεται μεγαλύτερο και η συχνότητα που εκπέμπει χαμηλώνει. Τα μεγάλα μήκη κύματος και οι χαμηλές συχνότητες είναι ορατά σε κόκκινο χρώμα.

Την δεκαετία του 1920, οι αστρονόμοι George Lemaitre και Edwin Hubble παρατήρησαν ότι οι περισσότεροι γαλαξίες παρουσιάζουν ερυθρή μετατόπιση, η οποία είναι μεγαλύτερη στους πιο μακρινούς από αυτούς. Κατέληξαν, έτσι, στο συμπέρασμα ότι το Σύμπαν επεκτείνεται.

Πολύ απλοϊκά: αν το χρώμα των ουράνιων σωμάτων μετατοπίζεται προς το ερυθρό, σημαίνει ότι αυτά απομακρύνονται από εμάς. Όχι, όμως, σύμφωνα με τη νέα θεωρία του Christof Wetterich, θεωρητικού φυσικού του πανεπιστημίου της Χαϊδελβέργης, στη Γερμανία.

Σε ένα έγγραφο που ανέβασε στο διαδικτυακό αρχείο επιστημονικών άρθρων arXiv, ο Wetterich φαίνεται ότι έχει επινοήσει μία διαφορετική κοσμολογία, στην οποία το Σύμπαν δεν διαστέλλεται, αλλά η μάζα των πάντων αυξάνεται. Η ερμηνεία του για το Σύμπαν θα μπορούσε, θεωρητικά, να βοηθήσει τους φυσικούς να κατανοήσουν προβληματικά ζητήματα, όπως η λεγόμενη μοναδικότητα του Big Bang.

Ο Wetterich επισημαίνει ότι το χαρακτηριστικό χρώμα των ατόμων καθορίζεται και από τις μάζες των στοιχειωδών σωματιδίων τους – κυρίως των ηλεκτρονίων. Επομένως, αν ένα άτομο επρόκειτο να μεγαλώσει σε μάζα, τα φωτόνια που εκπέμπει θα γίνονταν πιο ενεργητικά και θα εξέπεμπαν υψηλότερες συχνότητες, οι οποίες είναι ορατές σε μπλε χρώμα. Αντιστρόφως, αν το άτομο επρόκειτο να ελαφρύνει, οι συχνότητές του θα εμφάνιζαν ερυθρή μετατόπιση.

Επιπρόσθετα, επειδή η ταχύτητα του φωτός είναι πεπερασμένη, όταν κοιτάμε μακρινούς γαλαξίες, κοιτάζουμε πίσω στο χρόνο – τους βλέπουμε όπως θα ήταν τη στιγμή που εξέπεμψαν το φως που παρατηρούμε. Με βάση τα παραπάνω, ο Wetterich διατυπώνει την υπόθεση ότι, αν όλες οι μάζες ήταν κάποτε μικρότερες και συνεχώς αυξάνονται, το χρώμα των παλαιότερων γαλαξιών που βλέπουμε είναι λογικό να μας φαίνεται μετατοπισμένο προς το κόκκινο, σε σχέση με το χρώμα που εκπέμπουν τώρα. Έτσι, ξεγελιόμαστε ότι απομακρύνονται από εμάς!

Αυτή η εναλλακτική ερμηνεία του Wetterich μπορεί να έχει επιστημονική βάση, αλλά το πρόβλημα είναι ότι δεν μπορεί να αποδειχθεί. Η μάζα ενός αντικειμένου μπορεί να μετρηθεί μόνο σε σχέση με κάτι άλλο. Κάθε μάζα στη Γη, προσδιορίζεται τελικά σε σχέση με ένα “πρότυπο κιλό”, το οποίο φυλάσσεται σε θησαυροφυλάκιο στο Παρίσι. Αν η μάζα των πάντων – συμπεριλαμβανομένου του “πρότυπου κιλού” – αυξάνεται αναλογικά, δεν υπάρχει τρόπος να το μάθουμε.

Για τον ίδιο τον Wetterich, η απουσία αποδεικτικών μέσων δεν έχει σημασία. Υποστηρίζει ότι η ερμηνεία του, αποδεδειγμένη ή μη, μπορεί να αποβεί χρήσιμη, ώστε να υπάρξει επανεξέταση της επικρατούσας θεωρίας γύρω από το κοσμολογικό μοντέλο και να διασφαλίσει ότι η επιστημονική σκέψη δεν θα παραμείνει στάσιμη.

Συντάκτης: Θεόδουλος Γεωργιάδης

http://www.scienceandtechnology.gr/article.php?p=9575

Λύση σε διάσημο πρόβλημα της κβαντικής φυσικής

Ένα από τα διάσημα προβλήματα της κβαντικής φυσικής, είναι το μετρητικό πρόβλημα, το φαινόμενο δηλαδή της κατάρρευσης της κυματοσυνάρτησης που περιγράφει ένα σωματίδιο, όταν αυτό υπόκειται σε μία μέτρηση.

Η κβαντική μηχανική είναι αναμφισβήτητα μία από τις πιο επιτυχημένες θεωρίες της φυσικής, και χάρη στην κατανόησή της απολαμβάνουμε πλήθος από τεχνολογικά επιτεύγματα. Στη θεωρητική ερμηνεία ορισμένων χαρακτηριστικών της όμως, συνεχίζουν να υπάρχουν προβλήματα, τα οποία κατά καιρούς απασχόλησαν κάποια από τα μεγαλύτερα ονόματα φυσικών όπως οι Χάιζενμπεργκ, φον Νόιμαν και Αϊνστάιν.

Το μετρητικό πρόβλημα

 Ένα από τα διάσημα προβλήματα της κβαντικής φυσικής, είναι το μετρητικό πρόβλημα, το φαινόμενο δηλαδή της κατάρρευσης της κυματοσυνάρτησης που περιγράφει ένα σωματίδιο, όταν αυτό υπόκειται σε μία μέτρηση.

Ενώ πριν τη μέτρηση η εξίσωση του Σρέντιγκερ δίνει τις πιθανότητες το κβαντικό σύστημα να βρίσκεται σε διάφορες καταστάσεις, μετά τη μέτρηση το βρίσκουμε πάντα να έχει προτιμήσει μία συγκεκριμένη, βρίσκουμε δηλαδή τη κυματοσυνάρτησή του να έχει καταρρεύσει. Έτσι, η μέτρηση επιδρά με κάποιο τρόπο στο σύστημά μας και του αλλάζει τη φυσική, καθώς το μετατρέπει από κβαντικό σύστημα σε κλασικό. Αυτός ο προσδιορισμός των ορίων μεταξύ κβαντικής και κλασικής φυσικής, είναι στο επίκεντρο του μετρητικού προβλήματος.

Η λύση

Μια ομάδα φυσικών από το πανεπιστήμιο του Άμστερνταμ, ανακοίνωσε πως βρήκε λύση στο χρόνιο αυτό πρόβλημα. Σε ένα άρθρο 200 σελίδων, ο καθηγητής Theo Nieuwenhuizen και οι συνεργάτες του, αφού έκαναν μια αναδρομή όλων των μεθόδων μέτρησης σε κβαντικά συστήματα της βιβλιογραφίας, επικέντρωσαν τη προσοχή τους στο μοντέλο Curie-Weiss.

Εκτέλεσαν κβαντικούς υπολογισμούς επικεντρωμένοι στην αλληλεπίδραση του σπιν ενός σωματιδίου με ένα μαγνήτη, και χρησιμοποίησαν αυτό το σπιν ως δείκτη. Ανακάλυψαν πως με την κατάλληλη εκλογή συναρτήσεων, κάποιες μεταβλητές εξαφανίζονταν από τις εξισώσεις. Τέλος, η μετάβαση από την ασταθή κβαντική κατάσταση σε ένα αμετάβλητο αποτέλεσμα παρομοιάζεται με το αποτέλεσμα που έχει μια ενίσχυσης σήματος: το μεγαλύτερο σύστημα που εκτελεί τη μέτρηση, ενισχύει την πιθανότητα του δείκτη να βρεθεί σε μία συγκεκριμένη κατάσταση.

Με αυτά τα μαθηματικά τεχνάσματα, κατάφεραν να παρακάμψουν την ασυμφωνία μεταξύ κλασικής φυσικής και κβαντομηχανικής στο μετρητικό πρόβλημα, καταλήγοντας πως οι κεντρικές αρχές της στατιστικής, που είναι στο επίκεντρο της κβαντικής μηχανικής επαρκούν για να εξηγήσουν όλα τα σχετικά φαινόμενα.

http://www.naftemporiki.gr/story/676475

Η βαρύτητα ευθύνεται για το κλασικό Σύμπαν

Τα βαρυτικά κύματα, αν και δεν έχουν άμεσα παρατηρηθεί, αλλά έχουν προβλεφθεί από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν εδώ και 90 περίπου χρόνια, είναι αναδιπλώσεις του ιστού του χωροχρόνου, τα οποία διασχίζουν το  Σύμπαν

Σε μία μελέτη που δημοσιεύεται στο περιοδικό Physical Review Letters, o καθηγητής θεωρητικής φυσικής Miles Blencowe του πανεπιστημίου του Darmouth, υποστηρίζει πως τα βαρυτικά κύματα, τα οποία υποτίθεται πως γεμίζουν και διαπερνούν το Σύμπαν, είναι αυτά που το κάνουν να φαίνεται κλασικό στα μάτια μας, «καταστρέφοντας» τη κβαντική του υπόσταση στις μεγάλες κλίμακες.
Η γάτα του Σρέντιγκερ
Μια βασική ιδιότητα των κβαντικών συστημάτων είναι η αρχή της υπέρθεσης, η πιθανότητα δηλαδή ενός συστήματος να βρίσκεται σε παραπάνω από μία καταστάσεις. Είναι γνωστό το περίφημο νοητικό πείραμα του Έρβιν Σρέντιγκερ πάνω στο θέμα, το οποίο σκιαγραφεί το πρόβλημα που έχουμε εάν μεταφέρουμε αυτή την αντίληψη σε αντικείμενα του καθημερινού μας κόσμου: έστω πως έχουμε μια γάτα κλεισμένη σε ένα μαύρο κουτί. Δίπλα στη γάτα, υπάρχει ένα ραδιενεργό στοιχείο με ίση πιθανότητα να διασπαστεί ή όχι μέσα στην επόμενη ώρα. Αν το ραδιενεργό στοιχείο διασπαστεί, θα εκπέμψει ενέργεια, μια ειδική συσκευή θα την ανιχνεύσει και θα απελευθερώσει ένα τσεκούρι, που θα αποκεφαλίσει τη γάτα μας. Για την επόμενη ώρα, και όσο διαρκεί το νοητικό μας πείραμα, όχι μόνο δε ξέρουμε αν η γάτα είναι ζωντανή, αλλά κβαντομηχανικά τουλάχιστον, είναι σε υπέρθεση: και ζωντανή και νεκρή!
Μια βασική αρχή της υπέρθεσης, είναι πως είναι πολύ ευαίσθητη και καταστρέφεται όταν το κβαντικό σύστημα αλληλεπιδράσει με τον εξωτερικό κόσμο. Ακόμη κι ένα άτομο σε ένα εργαστήριο πρέπει να προστατευτεί από παντός είδους ακτινοβολία για να παραμείνει σε υπέρθεση. Πολλοί φυσικοί πιστεύουν πως τέτοιου είδους μακροσκοπικές υπερθέσεις, στις οποίες πολλοί παράγοντες πρέπει να βρίσκονται σε ισορροπία, καταστρέφονται από επιδράσεις τους περιβάλλοντός τους.
Τα βαρυτικά κύματα
Τα βαρυτικά κύματα, αν και δεν έχουν άμεσα παρατηρηθεί, αλλά έχουν προβλεφθεί από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν εδώ και 90 περίπου χρόνια, είναι αναδιπλώσεις του ιστού του χωροχρόνου, τα οποία διασχίζουν το Σύμπαν. Καθώς διαπερνούν τα πάντα, θα μπορούσαν να είναι εκείνα η αιτία που «σπρώχνει» τα κβαντικά αντικείμενα να διαλέξουν μία κατάσταση, όταν βρίσκονται σε υπέρθεση. Τουλάχιστον έτσι υποστηρίζει ο καθηγητής Blencowe, ο οποίος μελέτησε ένα σχετικά απλά μοντέλο, ενός ατόμου που βρίσκεται σε κατάσταση υπέρθεσης. Υπολόγισε μάλιστα, πως για να καταστρέψει την υπέρθεση αυτού του ατόμου ένα βαρυτικό κύμα, θα χρειάζονταν περίπου 10⁴⁵ δευτερόλεπτα, αρκετός καιρός, αν σκεφτεί κανείς πως η ηλικία του Σύμπαντος είναι της τάξεως των 10¹⁷ δευτερολέπτων !
Το αποτέλεσμα αυτό δεν αποτελεί έκπληξη, καθώς η βαρύτητα δεν αλληλεπιδρά πολύ με τόσο μικρά αντικείμενα. Για μεγαλύτερα όμως αντικείμενα, όπως αυτά που έχουμε εξοικειωθεί να χρησιμοποιούμε ή να παρατηρούμε, ο καθηγητής έδειξε πως αρκούν 0.01 δευτερόλεπτα αλληλεπίδρασης του συστήματος με ένα βαρυτικό κύμα όπως αυτά που διαπερνούσαν το Σύμπαν από την εποχή της Μεγάλης Έκρηξης, για να καταστραφεί κάποια υπέρθεση. Έτσι, ο καθηγητής καταλήγει πως είναι η βαρύτητα εκείνη η δύναμη που δίνει την κλασική συμπεριφορά σε μακροσκοπική κλίμακα στο Σύμπαν.


http://www.naftemporiki.gr/story/675688

Υπάρχει και πέμπτη θεμελιώδης δύναμη στο Σύμπαν;

Σύμφωνα με τις μέχρι τώρα γνώσεις μας, ο κόσμος μας αποτελείται από τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις (βαρύτητα, ηλεκτρομαγνητισμός, ισχυρή και ασθενής πυρηνική).
Καθώς όμως υπάρχουν μυστήρια των οποίων τη φύση δε γνωρίζουμε ακόμη, όπως η σκοτεινή ύλη και η σκοτεινή ενέργεια, έχει προταθεί πως ίσως υπάρχουν και άλλες θεμελιώδεις αντιδράσεις, τις οποίες δεν έχουμε ανακαλύψει ακόμη.
Νέες μετρήσεις σε πειράματα κβαντικής ηλεκτροδυναμικής από μια διεθνή ομάδα φυσικών, δείχνουν πως, εάν υπάρχει μία πιθανή πέμπτη θεμελιώδης δύναμη στις χαμηλές ενέργειες, ίσως μπορέσουμε να την ανακαλύψουμε σύντομα.
QED και η σταθερά α
Η κβαντική ηλεκτροδυναμική (QED), είναι η συγχώνευση της κβαντικής φυσικής με την ειδική σχετικότητα, και περιγράφει το πως αλληλεπιδρά η ύλη με το φως. Είναι ίσως η πιο επιτυχημένη θεωρία που έχουμε έως σήμερα, με συμφωνία θεωρίας-πειράματος που αγγίζει τα εννέα δεκαδικά ψηφία! Ο γνωστός φυσικός  Richard Feynman την είχε μάλιστα αποκαλέσει το «κόσμημα της φυσικής».
Μία βασική τιμή που δίνει η συγκεκριμένη θεωρία, είναι η σταθερά λεπτής υφής α, η οποία  –στις χαμηλές ενέργειες-  ισούται με περίπου 1/137. Ο υπολογισμός της τιμής του α σε όσο το δυνατόν μεγαλύτερη ακρίβεια έχει γίνει αντικείμενο πολλών πειραμάτων.  
Το πείραμα
Ο καθηγητής Wim Ubachs του πανεπιστημίου του Άμστερνταμ και οι συνεργάτες του εκτέλεσαν πολύ ακριβείς μετρήσεις συχνοτήτων στα άτομα του υδρογόνου και του ηλίου, και εντόπισαν νέο πεδίο έρευνας για μια –κρυφή έως τώρα- πέμπτη δύναμη.

Στους εξαιρετικά περίπλοκους κβαντικούς τους υπολογισμούς χρησιμοποίησαν ως τιμή του α τα αποτελέσματα της έγκυρης βάσης δεδομένων για φυσικούς CODATA.   Η πρωτοτυπία τους ήταν να χρησιμοποιήσουν παλμούς από ένα ειδικό λέιζερ από Τιτάν ιο-Ζαφείρι (Ti:Sa) το οποίο και κατασκεύασαν, το οποίο τους επέτρεψε να δουν τις συγκεκριμένες αρμονικές συχνότητες που χρειάζονταν.
Πέραν αυτού, χρησιμοποίησαν κι ένα ακόμη εξελιγμένο είδος λέιζερ, ενώ ευνοήθηκαν και από τις εξελίξεις σε υπολογιστικές μεθόδους στη κβαντική χημεία.
Η πρωτοτυπία στην έρευνα αυτή, έγκειται στο γεγονός πως έδειξαν ότι είναι δυνατός ο ακριβής υπολογισμός των δυνάμεων μεταξύ δύο αδρονίων (σωματιδίων δηλαδή που υπόκεινται στην ισχυρή δύναμη).
Η πέμπτη δύναμη, εάν υπάρχει, ίσως συνεισφέρει στην υπάρχουσα ηλεκτρομαγνητική δύναμη. Μέχρι στιγμής, δεν έχουν βρεθεί ενδείξεις για την ύπαρξή της, όμως ο καθηγητής Ubachs, σημειώνει πως υπάρχουν πολλά περιθώρια για βελτίωση, και πως ο δρόμος μόλις άνοιξε.

ΠΗΓΗ

Οι μαύρες τρύπες κρύβουν πύλες προς άλλα σύμπαντα;

Εφαρμογή της κβαντικής γεωμετρίας στις μαύρες τρύπες υποδεικνύει πύλη σε άλλο σύμπαν, σύμφωνα με εκκεντρική θεωρία 

Οι φυσικοί Ροντόλφο Γκαμπίνι του Δημοκρατικού Πανεπιστημίου στο Μοντεβιδέο της Ουρουγουάης και Χόρχε Πούλιν του Πανεπιστημίου Λουιζιάνα Στέιτ των Ηνωμένων Πολιτειών, εφάρμοσαν τη θεωρία της κβαντικής βαρύτητας βρόχων (LQG) σε μία απλουστευμένη μαύρη τρύπα, και υποστηρίζουν ότι στο κέντρο της υπάρχει μια πύλη σε ένα άλλο σύμπαν.

Εδώ και αρκετά χρόνια, οι θεωρητικοί φυσικοί πιστεύουν ότι το σύμπαν ήρθε ως αποτέλεσμα μίας Μεγάλης Έκρηξης, γεγονός που είναι σε συμφωνία με τις θεωρίες του Αϊνστάιν, ενώ στηρίζεται και από απτές αποδείξεις, όπως η μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου. Το πρόβλημα με αυτή τη θεωρία, ωστόσο, είναι ότι η γενική σχετικότητα δεν μπορεί να περιγράψει αυτό που ήρθε πριν από τη «μοναδικότητα», η οποία θεωρητικά υπήρχε στο σημείο στο χρόνο ακριβώς πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη.

Η ίδια θεωρία προτείνει επίσης, ότι μια παρόμοια «μοναδικότητα» πρέπει να υπάρχει στο κέντρο των μαύρων τρυπών, αλλά και πάλι, η γενική σχετικότητα δεν αρκεί να το περιγράψει σωστά. Ακόμη χειρότερα, υπάρχει το παράδοξο της απώλειας πληροφοριών που θέτει το εξής πρόβλημα: αν κάτι πέφτει μέσα σε μια μαύρη τρύπα και τελικά συμπιέζεται σε μια ιδιόμορφη μοναδικότητα, τότε τι συμβαίνει με τις πληροφορίες που περιείχε το αντικείμενο; Οι θεωρητικοί φυσικοί δεν έχουν καταφέρει να δώσουν μία κοινώς αποδεκτή απάντηση μέχρι σήμερα.

Προσπαθώντας να αντιμετωπίσουν αυτά τα προβλήματα, ο Άμπχεϊ Άστεκαρ και η ομάδα του στο Πανεπιστήμιο Πενσυλβάνια Στέιτ, διατύπωσαν το 2006 μία θεωρία που είναι γνωστή ως κβαντική βαρύτητα βρόχων. Η θεωρία συνδέει την Κβαντική Πεδιακή Θεωρία με τη φαινομενικά ασυμβίβαστη Θεωρία της Γενικής Σχετικότητας, προτείνοντας ότι λίγο πριν από το Big Bang, αντί για μία μοναδικότητα υπήρχαν τα ερείπια ενός σύμπαντος που προϋπήρχε του σημερινού.

Σύμφωνα με τη θεωρία, το σύμπαν δεν ήρθε σε ύπαρξη μέσω της Μεγάλης Έκρηξης από το τίποτα, αλλά υπάρχει ένας ατέρμονος βρόχος, όπου ένα σύμπαν συρρικνώνεται σε ένα πολύ μικρό σημείο, κατόπιν εκρήγνυται σε μία Μεγάλη Έκρηξη, και συρρικνώνεται πάλι, ξανά και ξανά. Από εκείνη τη στιγμή, ορισμένοι φυσικοί αρχίσαν να αναφέρονται στη θεωρία ως Μεγάλη Αναπήδηση (Big Bounce), προβάλλοντάς την ως εναλλακτική της Μεγάλης Έκρηξης (Big Bang).

Σε αυτή τη νέα προσπάθεια οι Γκαμπίνι και Πούλιν εφάρμοσαν την κβαντική βαρύτητα βρόχων σε ένα απλουστευμένο μοντέλο μιας μαύρης τρύπας. Το πείραμά τους έδειξε πως ό,τι τραβήχτηκε στη μαύρη τρύπα δεν συμπίεστηκε σε μια μοναδικότητα ή ανωμαλία αλλά συμπιέστηκε μέχρι ένα ορισμένο μικρό μέγεθος, και στη συνέχεια απελευθερώθηκε σε ένα άλλο σημείο του σύμπαντος ή σε ένα άλλο σύμπαν εντελώς.

Επειδή το μοντέλο τους λειτούργησε τόσο καλά, οι δύο φυσικοί υποστηρίζουν ότι κατά πάσα πιθανότητα θα λειτουργεί επιτυχώς και με πραγματικές μαύρες τρύπες. Εάν αυτή η νέα θεωρία είναι σωστή, σημειώνουν, θα μπορέσουμε να απαλλαγούμε από το παράδοξο της απώλειας πληροφοριών και να ανοίξουμε το ενδέχομενο οι μαύρες τρύπες να αποτελούν πύλες σε άλλα σύμπαντα.

ΠΗΓΗ

Το Σύμπαν Που Αγάπησα - Με Το Βλέμμα Στο Μέλλον

                          

Κβαντική σύνδεση μεταξύ φωτονίων που δεν υφίστανται την ίδια χρονική στιγμή

Σύμφωνα με τον Άιζενμπεργκ, το πείραμα δείχνει ότι δεν είναι απολύτως λογικό να σκεφτόμαστε την εμπλοκή ως μία απτή φυσική ιδιότητα.

H κβαντική εμπλοκή αποτελεί ένα από τα πιο εντυπωσιακά φαινόμενα της κβαντομηχανικής, επιτρέποντας σε δύο σωματίδια να συνδέονται ακόμα και αν βρίσκονται εκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Η μέτρηση ενός σωματιδίου αλλάζει ταυτόχρονα την κατάσταση του κβαντικά πεπλεγμένου ζεύγους του, ανεξάρτητα από την απόσταση. Τώρα, Ισραηλινοί ερευνητές έδειξαν πως δύο φωτόνια μπορούν να εμπλακούν κβαντικά ακόμα και αν δεν υφίστανται την ίδια χρονική στιγμή.
Η χρονικά ανεξάρτητη κβαντική εμπλοκή προβλέπεται από την κβαντική θεωρία, αλλά δεν ήταν ποτέ ευρέως αποδεκτή, και δεν είχε πραγματοποιηθεί με επιτυχία, μέχρι να το προσπαθήσουν οι Ίλαϊ Μεγκιντίς και Χαγκάι Άιζενμπεργκ του Εβραϊκού Πανεπιστημίου της Ιερουσαλήμ.
Οι ερευνητές ξεκίνησαν χρησιμποιώντας ένα συνδυασμό που ονομάζεται εναλλαγή κβαντικής εμπλοκής. Εκθέτοντας έναν ειδικό κρύσταλλο σε ακτινοβολία λέιζερ, δημιούργησαν δύο ζευγάρια πεπλεγμένων φωτονίων. Στην αρχή, τα φωτόνια 1 και 4 δεν είναι πεπλεγμένα, αλλά μπορούν να γίνουν εάν οι επιστήμονες πραγματοποιήσουν την κατάλληλη μέτρηση στα φωτόνια 2 και 3.
Για να επιτύχουν την ανεξαρτησία από το χρόνο, οι Μεγκιντίς και Άιζενμπεργκ δημιούργησαν πρώτα το ζευγάρι με τα φωτόνια 1 και 2, και μέτρησαν κατευθείαν την πόλωση του φωτονίου 1, πριν δημιουργήσουν το ζευγάρι με τα φωτόνια 3 και 4. Στη συνέχεια πραγματοποίησαν τη μέτρηση στα φωτόνια 2 και 3, και τελικά μέτρησαν την πόλωση του φωτονίου 4. Παρ’όλο που τα φωτόνια 1 και 4 δε συνυπήρξαν ποτέ, οι μετρήσεις έδειξαν ότι οι πολώσεις τους κατέληξαν να εμπλέκονται κβαντικά.
Σύμφωνα με τον Άιζενμπεργκ, το πείραμα δείχνει ότι δεν είναι απολύτως λογικό να σκεφτόμαστε την εμπλοκή ως μία απτή φυσική ιδιότητα. «Δεν υπάρχει καμία χρονική στιγμή κατά την οποία τα δύο φωτόνια συνυπάρχουν», δήλωσε. «Συνεπώς δεν μπορούμε να πούμε ότι το σύστημα είναι πεπλεγμένο σε εκείνη ή την άλλη χρονική στιγμή», πρόσθεσε.
Ωστόσο, το φαινόμενο υπάρχει σίγουρα και το πείραμα αποδεικνύει πόσο διαφορετικές είναι οι έννοιες της κβαντικής μηχανικής. Τα κβαντικά γεγονότα είναι έξω από τις καθημερινές μας έννοιες του χώρου και του χρόνου και για αυτό εμφανίζουν διαφορετικές αντικειμενικές δυσκολίες στην πειραματική τους προσέγγιση και κατανόηση.
Οι επιστήμονες ελπίζουν πως το πείραμά τους θα βοηθήσει στη δημιουργία κβαντικών υπολογιστών και δικτύων, στα οποία θα χρησιμοποιείται η εναλλαγή της εμπλοκής ως πρωτόκολλο για τη δημιουργία κβαντικών συνδέσεων μεταξύ απομακρυσμένων χρηστών, για την ασφαλή και ιδιαίτερα γρήγορη μεταφορά κωδικοποιημένων πληροφοριών.

ΠΗΓΗ