Φυσική & Φιλοσοφία (136 άρθρα)

Οι μελωδίες των άστρων

| 0 ΣΧΟΛΙΑ

Το Διάστημα είναι εν γένει σιωπηλό. Συνήθως, τα δεδομένα που συλλέγονται από τηλεσκόπια μετατρέπονται σε αθόρυβους χάρτες, γραφήματα και εικόνες. Όμως, οι αστρονόμοι του Παρατηρητηρίου Ακτίνων Χ Chandra και ερευνητές της NASA έχουν ξεκινήσει ένα πρόγραμμα ‘ηχοποίησης’ που σκοπό έχει να μετατρέπει δεδομένα από τα πιο ισχυρά τηλεσκόπια του κόσμου σε ήχο. Αυτή η προσπάθεια καθιστά δυνατή την εμπειρία δεδομένων από κοσμικές πηγές με μια διαφορετική αίσθηση: την ακοή. Αυτή η προσπάθεια μας επιτρέπει να «ακούσουμε» κοσμικές πηγές, όπως φαίνονται μέσα από τις ακτίνες Χ, ορατό και υπέρυθρο φως.

Η τελευταία έκδοση αυτού του προγράμματος ηχοποιεί τρεις περιοχές, όπου σε κάθε περίπτωση εφαρμόζεται διαφορετική τεχνική για να μεταφράσει τα αστρονομικά δεδομένα σε ήχους που μπορούν να ακούσουν οι άνθρωποι:

1. Μια περιοχή του διαστήματος όπου γεννιούνται άστρα (Westerlund 2):

2. Τα υπολείμματα από την έκρηξη του σουπερνόβα Tycho:

3. Την περιοχή γύρω από την πιο γνωστή μαύρη τρύπα Messier 87:

Πηγή

Κατηγορίες:
Φυσική & Φιλοσοφία

Οι μαύρες τρύπες εκτός από θερμοκρασία έχουν και πίεση

| 0 ΣΧΟΛΙΑ

Στην κλασική θεωρία της γενικής σχετικότητας, οι μαύρες τρύπες είναι σχετικά απλά αντικείμενα. Μπορούν να περιγραφούν με τρεις μόνο ιδιότητες: την μάζα, το ηλεκτρικό φορτίο και την ιδιοπεριστροφή. Γνωρίζουμε όμως ότι η γενική σχετικότητα δεν είναι μια τελική θεωρία. Η κβαντική μηχανική που περιγράφει με επιτυχία την συμπεριφορά μικροσκοπικών αντικειμένων, παίζει επίσης ρόλο σε μεγάλα αντικείμενα όπως οι μαύρες τρύπες. Για να περιγράψουμε τις μαύρες τρύπες σε κβαντικό επίπεδο, χρειαζόμαστε μια θεωρία κβαντικής βαρύτητας. Δεν έχουμε ακόμη μια πλήρη θεωρία, αλλά αυτό που γνωρίζουμε μέχρι τώρα είναι ότι η κβαντομηχανική κάνει τις μαύρες τρύπες πιο περίπλοκες, δίνοντάς τους ιδιότητες όπως εντροπίαθερμοκρασία, ίσως ακόμα και πίεση.

Είναι γεγονός ότι οι μαύρες τρύπες μπορούν να περιγραφούν με νόμους αντίστοιχους των νόμων της θερμοδυναμικής. Για να περιγραφεί θερμοδυναμικά ένα σύστημα από κανονική ύλη, χρειάζονται οι έννοιες της θερμοκρασίας ή της εντροπίας, αλλά και της πίεσης.

Οι ερευνητές Xavier Calmet και Folkert Kuipers στην εργασία τους ‘Quantum Gravitational Corrections to the Entropy of a Schwarzschild Black Hole‘ εξετάζουν την εντροπία των μαύρων τρυπών. Γενικά, η εντροπία είναι μια λεπτή έννοια, που συχνά περιγράφεται ως το μέτρο της αταξίας ενός συστήματος ή της ποσότητας των πληροφοριών που απαιτούνται για να περιγραφεί ένα σύστημα και σχετίζεται με τη θερμοκρασία του συστήματος. Στις μαύρες τρύπες, η εντροπία σχετίζεται με την εμβαδόν του ορίζοντα γεγονότων της. Οι φυσικοί μελετούν την εντροπία της μαύρης τρύπας επειδή θα μπορούσε να μας βοηθήσει να απαντήσουμε σε θεμελιώδη ερωτήματα στην κβαντική βαρύτητα, όπως το αν μια μαύρη τρύπα μπορεί να εξαφανίσει πληροφορίες.

Οι Calmet και Kuipers εφάρμοσαν τις εξισώσεις εντροπίας σε μια απλή μαύρη τρύπα, προσπαθώντας να καταλάβουν τι συμβαίνει όταν υπεισέρχονται οι εξισώσεις του Αϊνστάιν στην κβαντική θεωρία. Αυτό αποτελεί ένα συνηθισμένο τέχνασμα γνωστό ως ημι-κλασική προσέγγιση. Με έκπληξη διαπίστωσαν ότι προέκυπταν παράξενοι επιπλέον όροι στις εξισώσεις τους που δεν περίμεναν. Αυτοί οι όροι αρχικά φαίνονταν να μην έχουν κάποιο φυσικό νόημα, αλλά στη συνέχεια αποδείχθηκε ότι οι επιπλέον όροι θα μπορούσαν να εκφράζουν την πίεση μιας μαύρης τρύπας, όπως η πίεση που δημιουργούν τα άτομα αερίου σε ένα δοχείο.

Η πίεση μιας μαύρης τρύπας: P=-\gamma \frac{1}{2G^{4}M^{4}} , όπου ο αριθμητικός παράγοντας \gamma  μπορεί να είναι θετικός ή αρνητικός.

Με άλλα λόγια, όταν εφαρμόζεται η κβαντική θεωρία σε μια μαύρη τρύπα, προκύπτει και θερμοκρασία και πίεση.

Όπως και με τη θερμοκρασία Hawking, αυτή η κβαντική πίεση για μια μαύρη τρύπα είναι εξαιρετικά μικρή. Είναι πολύ μικρή για να επηρεάσει τα γνωστά είδη των μαύρων τρυπών στο σύμπαν. Αλλά το γεγονός ότι υπάρχει, θα μπορούσε να έχει πραγματικές συνέπειες για τις αφάνταστα ακραίες συνθήκες που επικρατούσαν κατά την μεγάλη έκρηξη. Το συγκεκριμένο μοντέλο που αναπτύχθηκε είναι πολύ απλό για να εφαρμοστεί σε πραγματικά συστήματα, ίσως όμως να αποτελέσει ένα μικρό βήμα προς μια πληρέστερη θεωρία της κβαντικής βαρύτητας.

Πηγή 

Κατηγορίες:
Φυσική & Φιλοσοφία

Η 2η Κβαντική Επανάσταση: Τι είναι η Κβαντική Τηλεμεταφορά;

| 0 ΣΧΟΛΙΑ
 

Τα τελευταία χρόνια όταν κάποιος επιχειρεί να προβλέψει ποιοι θα μπορούσαν να βραβευθούν με το Νόμπελ Φυσικής περιλαμβάνει οπωσδήποτε τους τρεις φυσικούς: Alain AspectJohn Clauser και Anton Zeilinger. Στην ουσία πρόκειται για ένα βραβείο Νόμπελ στους θεμελιωτές της 2ης Κβαντικής Επανάστασης που εισήγαγε νέες επιστημονικές έννοιες στην ζωή μας, όπως κβαντική σύμπλεξη, κβαντική τηλεμεταφορά, κβαντικοί υπολογιστές, κβαντική οπτική, κβαντική κρυπτογραφία, κβαντική μετρολογία κλπ (Χρειάζεται ιδιαίτερη προσοχή στους διάφορους απατεώνες οι οποίοι χρησιμοποιούν την λέξη «κβαντικός» για να εντυπωσιάσουν, να ψαρώσουν και να ψαρέψουν τα θύματά τους. Εκμεταλλευόμενοι την άγνοια και την αφέλεια των ανθρώπων, τους εξαπατούν μιλώντας για κβαντική ιατρική, κβαντική ψυχανάλυση, κβαντικές θεραπείες, κβαντική θεολογία, κβαντική ηθοποιία κ.ο.κ.)

Στο βίντεο που ακολουθεί η Sabine Hossenfelder μας μιλάει για την Κβαντική Τηλεμεταφορά που βασίζεται στο φαινόμενο της Κβαντικής Σύμπλεξης (entanglement), η οποία έγινε γνωστή από το πείραμα σκέψης που πρότειναν οι Einstein-Podolsky-Rosen (ή παράδοξο EPR). Εικάζει επίσης για το Νόμπελ Φυσικής 2021 και εξηγεί γιατί πιστεύει πως έπρεπε ήδη να έχουν τιμηθεί με αυτό οι Aspect, Clauser και Zeilinger.

Περιεχόμενα: 0:00 Intro – 1:00 From Einstein to Bell – 3:39 From Bell to Quantum Teleportation – 7:13 Quantum Teleportation – 9:33 A Nobel Prize is due – 10:37 Sponsor Message

 
Κατηγορίες:
Φυσική & Φιλοσοφία

Οι σχετικές μας ταχύτητες

| 0 ΣΧΟΛΙΑ

Στο σχήμα το διπλό βέλος παριστάνει την ταχύτητα του ηλιακού μας συστήματος σε σχέση με την κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου. Από τις μετρήσεις ανισοτροπίας του δορυφόρου COBE προέκυψε η τιμή 371 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο.

Σύμφωνα με το βίντεο που ακολουθεί, η ταχύτητα περιστροφής της Γης γύρω από τον άξονά της (ενός σημείου της στον ισημερινό) είναι 0,46 km/s, η ταχύτητα περιφοράς της Γης γύρω από τον Ήλιο 29,8 km/s, η ταχύτητα περιφοράς του Ήλιου (και συνολικά του ηλιακού μας συστήματος) γύρω από το γαλαξιακό κέντρο είναι 230 km/s και η ταχύτητα  του Γαλαξία μας ως προς ως προς το «ακίνητο» σύστημα της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου 600 km/s:

Το σύστημα αναφοράς στο οποίο η κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου φαίνεται ισοτροπική θα μπορούσε να θεωρηθεί ως το απολύτως ακίνητο σύστημα αναφοράς του σύμπαντος δημιουργώντας προβλήματα στην θεωρία της σχετικότητας; Διαβάστε την απάντηση ΕΔΩ: «Η κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου μπορεί να παίξει τον ρόλο του αιθέρα;«

Πηγή

Κατηγορίες:
Φυσική & Φιλοσοφία

Ένας σχεδόν τέλειος δακτύλιος του Αϊνστάιν

| 0 ΣΧΟΛΙΑ

Ως βαρυτικός φακός χαρακτηρίζεται μια κατανομή ύλης που βρίσκεται ανάμεσα σε μία μακρινή πηγή φωτός και έναν παρατηρητή, η οποία καμπυλώνει την διαδρομή του φωτός από την πηγή μέχρι τον παρατηρητή. Το φαινόμενο ονομάζεται βαρυτική εστίαση και αποτελεί μία από τις προβλέψεις της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας. Όταν η μακρινή πηγή φωτός και ο παρατηρητής τυχαίνει να είναι κατάλληλα ευθυγραμμισμένοι, τότε το φως φαίνεται σαν δακτύλιος που ονομάζεται δακτύλιος Einstein–Chwolson.

Σε μια νέα εκπληκτική φωτογραφία από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble (που δεν το βάζει κάτω μέχρι να πάρει τα πρωτεία το επερχόμενο τηλεσκόπιο Webb) βλέπουμε ένα σχεδόν τέλειο δαχτυλίδι του Αϊνστάιν, ως αποτέλεσμα του φαινομένου της βαρυτικής εστίασης.

 

Αυτό το σπάνιο φαινόμενο προκαλείται από την παρουσία δύο γαλαξιών με τεράστια μάζα στο προσκήνιο που λειτουργούν ως βαρυτικοί φακοί στο φως του μακρινού κβάζαρ 2M1310-1714. Παρατηρείστε τα έξι φωτεινά σημεία – τέσσερα στην περιφέρεια και δυο στο μέσον του δακτυλίου. Τα δυο φωτεινά σημεία στο κέντρο είναι το ζεύγος των γαλαξιών, ενώ τα τέσσερα φωτεινά σημεία στην περιφέρεια (συν ένα ακόμα στο κέντρο που υποδεικνύουν τα δεδομένα του Hubble), είναι στην πραγματικότητα πέντε ξεχωριστές μεγεθυμένες εικόνες του ίδιου μακρινού κβάζαρ.

 

Πηγή

Κατηγορίες:
Φυσική & Φιλοσοφία

Τι είναι οι ‘Υκεάνιοι (Hycean)’ πλανήτες;

| 0 ΣΧΟΛΙΑ
Καλλιτεχνική απεικόνιση ενός Υκεάνιου πλανήτηOι Υκεάνιοι πλανήτες υποδεικνύονται από τους ερευνητές Nikku Madhusudhan, Anjali A. A. Piette και Σάββα Κωνσταντίνου ως νέος στόχος αναζήτησης εξωπλανητών που πιθανόν να φιλοξενούν κάποιου είδους ζωή.

Αστρονόμοι του Καίμπριτζ διερεύνησαν μια νέα κατηγορία κατοικήσιμων πλανητών, οι οποίοι καλύπτονται από ωκεανούς και διαθέτουν ατμόσφαιρες πλούσιες σε υδρογόνο, που ονομάζονται Υκεάνιοι (Υδρογον-ωκεάνιοι) πλανήτες. Πρόκειται για υδάτινους κόσμους που είναι παρόμοιοι σε μέγεθος και πυκνότητα με άλλους εξωπλανήτες, όπως οι υπερ-γαίες ή μίνι-ποσειδώνες. Ένας υκεάνιος πλανήτης μπορεί να είναι έως και 2,6 φορές μεγαλύτερος από τη Γη και να έχει ατμοσφαιρική θερμοκρασία έως 200 οC. Όμως, οι ωκεάνιες συνθήκες του θα μπορούσαν να είναι παρόμοιες με αυτές που ευνοούν την μικροβιακή ζωή στους ωκεανούς της Γης.

Oι ερευνητές Nikku Madhusudhan, Anjali A. A. Piette και Savvas Constantinou δημοσίευσαν μια εργασία με τίτλο ‘Habitability and Biosignatures of Hycean Worlds‘, όπου μελετώντας τα χαρακτηριστικά εξωπλανητών όπως ο μίνι-ποσειδώνας K2-18b διαπίστωσαν ότι σε ορισμένες συνθήκες αυτοί οι πλανήτες θα μπορούσαν να υποστηρίξουν ζωή. Το αποτέλεσμα αυτό τους οδήγησε σε λεπτομερή έρευνα για το πλήρες εύρος των πλανητικών και αστρικών ιδιοτήτων για τις οποίες είναι δυνατές αυτές οι συνθήκες, και κατά πόσον οι ‘βιο-υπογραφές’ τους μπορεί να είναι παρατηρήσιμες. Ας σημειωθεί ότι στον γαλαξία μας υπάρχει πολύ μεγάλος αριθμός τέτοιων εξωπλανητών, οι οποίοι μάλιστα εντοπίζονται σχετικά εύκολα.

Πηγή

Κατηγορίες:
Φυσική & Φιλοσοφία

Ο Ιούλιος Σμιτ και η χαρτογράφηση της Σελήνης

| 0 ΣΧΟΛΙΑ

Αστρονομικές παρατηρήσεις ακριβείας από τον Λόφο των Νυμφών

Johann_Friedrich_Julius_Schmidt

Ιούλιος Σμιτ (Johann Friedrich Julius Schmidt)

Ο Γερμανός αστρονόμος Ιούλιος Σμιτ ή Johann Friedrich Julius Schmidt (1825 –1884) ήταν ο διευθυντής του αστεροσκοπείου Αθηνών από το 1858 μέχρι το θάνατό του.

Μαθητής ακόμη στο κολέγιο του Αμβούργου ασχολήθηκε με την αστρονομία και διακόπτοντας τις σπουδές του το 1845, πραγματοποίησε τις πρώτες τις παρατηρήσεις του στο αστεροσκοπείο του Bilk.

Στη συνέχεια ανέλαβε την επίσημη θέση του βοηθού αστρονόμου στο αστεροσκοπείο της Βόννης υπό την εποπτεία του Friedrich Wilhelm Argelander. Από τότε άρχισε τις συστηματικές παρατηρήσεις κομητών και πλανητών κυρίως.

Το 1853 ανέλαβε την διεύθυνση του αστεροσκοπείου στο Olmütz (βρίσκεται στη σημερινή Τσεχία), στην οποία έμεινε μέχρι το 1858, όταν του ανετέθη η διεύθυνση του αστεροσκοπείου Αθηνών.

Το Αστεροσκοπείο Αθηνών στις αρχές του 1860

Το αστεροσκοπείο Αθηνών στον Λόφο των Νυμφών στις αρχές του 1860

Στην Αθήνα ο Σμιτ απέδειξε τις μεγάλες ικανότητές του στις παρατηρήσεις όλων των τομέων της τότε αστρικής έρευνας, αλλά και αξιόλογη οργανωτική ικανότητα στο νεοσύστατο αστεροσκοπείο Αθηνών. Με τις δαπάνες της οικογένειας Σίνα εξόπλισε το αστεροσκοπείο με τα απαραίτητα όργανα.

Ο ουρανός της Αθήνας εκείνη την εποχή είχε εξαιρετική διαύγεια, μηδενική φωτορύπανση και εξαιτίας των ιδανικών καιρικών συνθηκών, το αστεροσκοπείο των Αθηνών ήταν ιδανικό για τις αστρονομικές μελέτες, σχεδόν και στις τέσσερις εποχές του χρόνου.

Οι παρατηρήσεις του Σμιτ αναφέρονταν στους πλανήτες, τους κομήτες, του διάττοντες, τον ήλιο, τις εκλείψεις, τους διπλούς και μεταβλητούς αστέρες, τα νεφελώματα και κυρίως στη Σελήνη. Tο 1862 ανακάλυψε έναν κομήτη, και στα επόμενα χρόνια μερικούς μεταβλητούς αστέρες.

Ο Ιούλιος Σμιτ εκτός των άλλων προσόντων που διέθετε είχε μεγάλη ευχέρεια στο σχέδιο. Χάρη σ’ αυτή του τη δεξιοτεχνία πραγματοποίησε πολυάριθμες περιγραφικές παρατηρήσεις, των ηλιακών κηλίδων, κομητών, πλανητών και κυρίως της επιφάνειας της Σελήνης.

Μέχρι τα μέσα του 19ου αιώνα η χαρτογράφηση της Σελήνης (Σεληνογραφία) δεν είχε ολοκληρωθεί. Έλλειπαν πολλές λεπτομέρειες αλλά και ορισμένες περιοχές. Ο Ιούλιος Σμιτ, ήταν αυτός που συμπλήρωσε τις λεπτομέρειες και σχεδίασε τις περιοχές που έλλειπαν. Η σχεδίαση αυτού του χάρτη διήρκησε 34 έτη (1840 – 1874) και θεωρείται ακόμα και σήμερα ως ένας από τους αξιολογότερους του είδους.

schmidt12Ο χάρτης που εκδόθηκε το 1878 περιείχε απίστευτες λεπτομέρειες για την εποχή του. Χωρίζονταν σε 25 τμήματα και ο δίσκος της Σελήνης στον χάρτη είχε διάμετρο 1,9 μέτρα.

Ο χάρτης του Ιουλίου Σμιτ έδειχνε 32856 τοπογραφικές λεπτομέρειες (εκ των οποίων οι 2100 ήταν καινούργιες) και πήρε την σκυτάλη ως του καλύτερου χάρτη της Σελήνης από τους Beer και Mädler. Κράτησε τη θέση αυτή μέχρι το 1910, όταν ο Walter Goodacre κατασκεύασε έναν νέο χάρτη 1,5 μέτρων με μεγαλύτερη ακρίβεια.

«… Ύστερα απ΄ αυτούς τους επιστήμονες (Beer και Mädler) πρέπει να πάρουν θέση τα σεληνογραφικά ανάγλυφα του Γερμανού Ιουλίου Σμιτ …
(…) Σε μερικά σημεία το πράσινο χρώμα ήταν πολύ ζωηρό και σύμφωνα με τον Ιούλιο Σμιτ περισσότερο έντονο φαίνεται στις θάλασσες της Ηρεμίας και των Δακρύων…»
Αναφορές στον Ιούλιο Σμιτ από το βιβλίο του Ιουλίου Βερν «Γύρω απ’ τη Σελήνη», εκδόσεις Μ. Πεχλιβανίδης Α.Ε.

O Ιούλιος Σμιτ αναζωογόνησε την Σεληνογραφία και ώθησε πολλούς αστρονόμους να ασχοληθούν μ’ αυτή. Στη βιβλιογραφία αναφέρεται ένα επεισόδιο σχετικά με έναν μικρό κρατήρα στη Σελήνη που ονομάζεται Linné, που ήταν καταγεγραμμένος ως βαθύς κρατήρας στον παλαιότερο χάρτη των Beer and Mädler. Ο Σμιτ το 1866 ισχυρίστηκε πως ο κρατήρας είχε εξαφανιστεί! Στη θέση του εμφανιζόταν μια κηλίδα φωτός. Όπως θα περίμενε κανείς η δήλωση αυτή ώθησε πολλούς κορυφαίους αστρονόμους να στρέψουν τα τηλεσκόπιά τους προς τη Σελήνη. Επακολούθησαν έντονες αντιπαραθέσεις, δεδομένου ότι αν ίσχυε ο ισχυρισμός του Σμιτ, τότε θα ήταν η πρώτη παρατηρηθείσα μεταβολή στην επιφάνεια της Σελήνης.

Κρατήρας Linné

Ο κρατήρας Linné φωτογραφημένος από το Apollo 15

Σήμερα γνωρίζουμε ότι ο κρατήρας Linné είναι πράγματι ένας μικρός κρατήρας που περιβάλλεται από μια φωτεινή περιοχή. Μπορεί ο Ιούλιος Σμιτ να έκανε λάθος – δεν υπήρξε καμία μεταβολή στο σεληνιακό τοπίο -, όμως το λάθος αυτό χρειαζόταν εκείνη την εποχή για να δοθεί μεγαλύτερο ενδιαφέρον στην παρατήρηση της Σελήνης, που μετά τον χάρτη των Beer και Mädler θεωρείτο ως ένας νεκρός και πληκτικός κόσμος.

Για να τιμηθεί η προσφορά του Ιουλίου Σμιτ στην αστρονομία, δόθηκε το όνομα Σμιτ (Schmidt), σε δυο κρατήρες. Ο ένας βρίσκεται στη Σελήνη κι ο άλλος στον Άρη.

Ο μεγάλος χάρτης της Σελήνης που σχεδίασε ο Ιούλιος Σμιτ εξεδόθη, μαζί με τον τόμο που τον συνόδευε, από την κυβέρνηση της Πρωσίας. Σύμφωνα με την αστροφυσικό Φιόρη – Αναστασία Μεταλληνού, που ήταν υπεύθυνη στο Κέντρο Επισκεπτών του Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών, σήμερα μόνο κάποια θραύσματα του πρωταρχικού χάρτη σώζονται σε αρχείο στο Βερολίνο, όπου βρίσκονται συγκεντρωμένα χειρόγραφα του Ιουλίου Σμιτ. Υπάρχει όμως αντίγραφο, ολόκληρου χάρτη το οποίο εκτίθεται στο Μουσείο Γεωαστροφυσικής, στις εγκαταστάσεις του Εθνικού Αστεροσκοπείου στο Θησείο. Έχει διάσταση 2 x 2 μέτρα και αποτελείται από 25 τμήματα, που αντιπροσωπεύουν την σεληνιακή επιφάνεια, την ορατή βεβαίως από τη Γη.

Στη συνέχεια βλέπουμε τον χάρτη της Σελήνης του Ιουλίου Σμιτ και διάφορες λεπτομέρειές του:

Schmidt1

Ο χάρτης του Ιουλίου Σμιτ συνίσταται από 25 τμήματα και η διάμετρος της Σελήνης στον χάρτη έχει μήκος 194,9 εκατοστά. Καταγράφονται 32856 μεμονωμένα χαρακτηριστικά της επιφάνειας και εισάγεται η σεληνιακή ορολογία που χρησιμοποιούμε μέχρι σήμερα.

Schmidt11Schmidt10Schmidt9Schmidt2Schmidt3Schmidt4Schmidt6Schmidt7Schmidt8

πηγές
1. «Observing the Moon: The Modern Astronomer’s Guide» , Gerald North
2. The Observatory, Vol. 7, p. 117-120 (1884)
3. «An Introduction to the Study of the Moon«, Zdenek Kopal
4. Εγκυκλοπαιδικό Λεξικό «Ηλίου»
5. Οι εικόνες του χάρτη της Σελήνης του Ιουλίου Σμιτ προέρχονται από το site sciencemuseum.org.uk

 

Πηγή

 

Κατηγορίες:
Φυσική & Φιλοσοφία

Υπάρχει χρόνος; Ο Carlo Rovelli και η κβαντική απάντηση

| 0 ΣΧΟΛΙΑ

Ο χρόνος αντιμετωπίζεται συχνά ως ένα είδος θεμελιώδους ουσίας. Αλλά όσο περισσότεροι επιστήμονες διερευνούν το χρόνο, τόσο περισσότερο η ιδέα του να είναι ουσιαστική ιδιότητα του σύμπαντος αποδεικνύεται ψευδής. Στο τελευταίο του βιβλίο ο Carlo Rovelli εξηγεί πώς δημιουργούμε μια αίσθηση του ρέοντας χρόνου σε έναν κόσμο όπου δεν υπάρχει φυσικά.

does-time-exist-carlo-rovelli

«Αυτή η διάκριση μεταξύ παρελθόντος και μέλλοντος δεν υπάρχει στη βασική γραμματική του κόσμου. Προκύπτει μόνο επειδή έχουμε ένα θολό όραμα της πραγματικότητας. ”

Κάρλο Ροβέλλι

Το τέλος του απόλυτου χρόνου

Οι περισσότεροι από εμάς εξακολουθούν να πιστεύουν ότι ο χρόνος υπάρχει κάπου στο σύμπαν μας, ρέει ομοιόμορφα από το παρελθόν στο μέλλον. Ενώ δεν μπορούμε να τον δούμε, να τον μυρίσουμε, να τον αγγίξουμε ή να το δοκιμάσουμε, γνωρίζουμε ότι ο χρόνος είναι εκεί και περνάει. Η κίνηση των ρολογιών μας το λέει.

Αυτή η φυσική άποψη του χρόνου υπάρχει στον Ισαάκ Νεύτωνα, ο οποίος υποστήριξε ότι ο χρόνος ουσιαστικά υπάρχει. Ο απόλυτος «αληθινός χρόνος» του υπήρχε εξίσου παντού, προχωρώντας προς τη μία κατεύθυνση ως ανεξάρτητη ουσία. Θα συνέχιζε να περνά αδιάκοπα στο υπόβαθρο ακόμα κι αν σταματούσατε να το σκέφτεστε.

Όμως, ενώ είναι χρήσιμο, δεν υπάρχουν ισχυρά επιστημονικά στοιχεία που να δείχνουν ότι αυτή η φυσική άποψη του χρόνου είναι στην πραγματικότητα αληθινή. Μετά από αιώνες συζητήσεων, θεωριών και πειραμάτων, οι φυσικοί εξακολουθούν να μην μπορούν να συμφωνήσουν για το τι είναι ο χρόνος πραγματικά ή αν υπάρχει ακόμη και έξω από το ανθρώπινο μυαλό.

Εντροπία και το βέλος του χρόνου

Στην πραγματικότητα, οι επιστήμονες ανακάλυψαν μόνο έναν φυσικό νόμο που υποδηλώνει ότι ο χρόνος μπορεί να έχει κατεύθυνση – ότι το «παρελθόν» μπορεί να είναι ξεχωριστό και ξεχωριστό από το «μέλλον».

Σχετίζεται με τη δεύτερη αρχή της θερμοδυναμικής, η οποία αναφέρει ότι η θερμότητα μπορεί να ρέει μόνο από το ζεστό προς το κρύο. Αυτός ο νόμος χρησιμοποιείται για να δείξει κάτι που οι επιστήμονες θέλουν να ονομάσουν εντροπία – το μέτρο της αταξίας ή της διαταραχής μέσα σε ένα δεδομένο σύστημα.

Η θερμότητα που “συμπυκνώνεται” σε ένα φλιτζάνι καφέ είναι σε «τάξη», αλλά γίνεται «αταξία» όταν κινείται έξω από αυτό. Η συνέπεια γι’ αυτό είναι ότι η φύση τείνει προς μια μη αναστρέψιμη διαδικασία αποδιοργάνωσης, η εντροπία – ή διαταραχή ή αταξία  – μεγαλώνει πάντα με το χρόνο.

Αλλά η εντροπία είναι από μόνη της προβληματική. Θα υπάρχουν πάντα πιο “άταχτες” καταστάσεις στη φύση από αυτές με τάξη, και αυτό που ορίζουμε ως «τάξη» και «διαταραχή» εξαρτάται από την προοπτική μας. Είμαστε αυτοί που δίνουν νόημα σε αυτό που βλέπουμε, έτσι το μέτρο της εντροπίας μας εξαρτάται από τις μεταβλητές στις οποίες επιλέγουμε να επικεντρωθούμε. Αυτός ο φυσικός νόμος που αποδεικνύει την ύπαρξη κατεύθυνσης στον χρόνο που μεταβάλλεται δεν είναι ελεύθερος από τη δική μας ανθρώπινη προοπτική.

Η κβαντική πρόκληση στο χρόνο

Αυτό το προοπτικό φαινόμενο του χρόνου είναι σύμφωνο με αυτό που έχουν παρατηρήσει οι επιστήμονες σε κβαντικό επίπεδο. Όταν μελετάτε τη συμπεριφορά ή τις μικρότερες φυσικές ποσότητες που υπάρχουν στο σύμπαν, όπως κάνει ο φυσικός Carlo Rovelli, σύντομα θα βρείτε ότι δεν υπάρχουν στοιχεία για το χρόνο.

«Δεν έχουμε ακόμη μια πειστική και συμφωνημένη θεωρία της βαρύτητας, αλλά στις δοκιμαστικές θεωρίες που έχουμε, ο ίδιος ο χρόνος υφίσταται μάλλον κβαντικές διακυμάνσεις. Έτσι, η συνήθης έννοια του χρόνου δεν ισχύει. Ο απλούστερος τρόπος αντιμετώπισης αυτού είναι να ξεχάσετε ουσιαστικά την έννοια του χρόνου και να γράψετε τις βασικές εξισώσεις του σύμπαντος χωρίς χρόνο. “

Αντ ‘αυτού, η κβαντική φυσική υποδηλώνει ότι η αίσθηση ενός διατεταγμένου, ρέοντος χρόνου μπορεί σαφώς να είναι το αποτέλεσμα της ατομικής μας ανθρώπινης προοπτικής.

«Εντελώς αξιοθαύμαστα, εντελώς εκπληκτικά, αλλά στην πραγματικότητα αρκετά σοκαριστικό, η εξαιρετικά εμφανής διάκριση μεταξύ του παρελθόντος και του μέλλοντος είναι πραγματικά στατιστική – οφείλεται στην πραγματικότητα μόνο στη θολή αλληλεπίδραση μας με την πραγματικότητα.

Δεν είναι δυνατόν για εμάς να καταγράψουμε όλες τις κβαντικές διακυμάνσεις που συμβαίνουν σε μια στιγμή, έτσι ώστε η αλληλεπίδρασή μας με τον κόσμο γίνεται μερική. Βλέπουμε μια θολή εκδοχή του. Παίρνουμε πράγματα που αναδύονται σε μικροκλίμακα και τα σκεφτόμαστε με όρους των εννοιών που έχουν νόημα για μας. Έτσι σε έναν κόσμο χωρίς χρόνο, φαίνεται να τον δημιουργούμε – και αυτή η διαδικασία είναι πολύ προσωπική.

the-order-of-time

The Order of Time, του Κάρλο Ροβέλι. Όπως γράφει «Δεν υπάρχει παρελθόν ή μέλλον»

«Μια μεγάλη πτυχή – η βασική πτυχή – του τρόπου με τον οποίο έχουμε αυτήν την αίσθηση του ρέοντας χρόνου, σχετίζεται στην πραγματικότητα με τα συναισθήματά μας. Δεν έχουμε συναισθηματικά ουδέτερη σχέση με το χρόνο. Ο χρόνος περνάει και μας παίρνει τα πράγματα. Μας δίνει ζωή και μας αφαιρεί χρόνο. Υπάρχει λοιπόν ένα μεγάλο συναίσθημα του χρόνου. “

Αυτό όμως αποτελεί τεράστιο πρόβλημα για τη φυσική. Αν το όλο εγχείρημα της επιστήμης είναι να εξηγήσουμε τον κόσμο με τον πιο αντικειμενικό τρόπο, πώς μπορούμε να ανταποκριθούμε σε αυτήν την ιδέα του χρόνου ως μια συναισθηματική κατασκευή;

Στην επιστήμη προσπαθούμε να ξεκαθαρίσουμε από τα συναισθήματα μας – αλλά αν το κάνουμε αυτό, δεν καταλαβαίνουμε τι ώρα είναι. Η κατανόηση του χρόνου, σε μεγάλο βαθμό, γίνεται κατανοώντας τον τρόπο με τον οποίο εργαζόμαστε – του τρόπου λειτουργίας του εγκεφάλου και της συνείδησής μας – και γι ‘αυτό το πρόβλημα του χρόνου είναι τόσο συναρπαστικό. “

 

Για τον Κάρλο Ροβέλι

carlorovelliΟ Ιταλός θεωρητικός φυσικός ζει τώρα στην Μασσαλία, όπου από το 2010 κι έπειτα είναι επικεφαλής της ομάδας κβαντικής βαρύτητας βρόγχων στο Centre de physique théorique. Πριν από αυτό εργαζόταν στο Πανεπιστήμιο του Πίτσμπουργκ, στις ΗΠΑ, επί μία δεκαετία. 

Κάποια στιγμή δοκίμασε το LSD. Και αποδείχθηκε πως αυτό ήταν το στοιχείο που ξύπνησε το ενδιαφέρον του για την φυσική εν γένει, και συγκεκριμένα για το ζήτημα του χρόνου. “Ήταν μια εξαιρετικά δυνατή εμπειρία που με άγγιξε και διανοητικά” θυμάται. “Μεταξύ των παράξενων φαινομένων ήταν η αίσθηση πως ο χρόνος έχει σταματήσει. Στο μυαλό μου συνέβαιναν πράγματα αλλά το ρολόι δεν προχωρούσε, η ροή του χρόνου δεν κυλούσε πια. Ήταν μια απόλυτη ανατροπή της δομής της πραγματικότητας.” Αναφέρει παραισθήσεις με παραμορφωμένα αντικείμενα, έντονα και εκτυφλωτικά χρώματα, αλλά επίσης θυμάται να αναρωτιέται τι συμβαίνει καθ’ όλη την διάρκεια της εμπειρίας του.

“Και σκέφθηκα: ‘Λοιπόν, πρόκειται για μια ουσία που αλλάζει τα πράγματα στο μυαλό μου. Πως όμως γνωρίζω ότι η συνήθης αντίληψη μου είναι η ορθή, και αυτή είναι λανθασμένη; Αν αυτοί οι δύο τρόποι αντίληψης του κόσμους είναι τόσο διαφορετικοί, τι σημαίνει ότι κάποιος από τους δύο είναι ο σωστός;” Άρχισε να φαντάζεται τον κόσμο, όχι όπως τον έβλεπε καθημερινά, αλλά ως τον ανεξέλεγκτο και κυματοειδή χωροχρόνο που περιέγραφε ο Einstein. Η πραγματικότητα, όπως λέει και ο τίτλος ενός από τα βιβλία του, δεν είναι αυτό που φαίνεται.

Η εργασία του Rovelli ως φυσικού, σε αδρές γραμμές, ασχολείται με το μεγάλο κενό που άφησε αφ’ ενός ο Αϊνστάιν, και αφ’ ετέρου η ανάπτυξη της κβαντικής θεωρίας. Αν η θεωρία της γενικής σχετικότητα περιγράφει έναν κόσμο καμπύλου χωροχρόνου όπου όλα είναι συνεχή, η κβαντική θεωρία περιγράφει έναν κόσμο όπου διακριτές ποσότητες ενέργειας αλληλεπιδρούν. Όπως λέει κι ο ίδιος ο Rovelli, “η κβαντομηχανική δεν μπορεί να ασχοληθεί με την καμπυλότητα του χωροχρόνου, και η γενική σχετικότητα δεν μπορεί να εξηγήσει τα κβάντα”.

Αμφότερες οι θεωρίες είναι επιτυχημένες. Η εμφανής ασυμβατότητα τους όμως αποτελεί ένα άλυτο πρόβλημα και ένας από τους σκοπούς των θεωρητικών φυσικών είναι να αποπειραθούν να κατασκευάσουν ένα θεωρητικό πλαίσιο εντός του οποίου να ισχύουν και οι δύο. Το πεδίο της θεωρίας του βρόγχου του Rovelli, ή αλλιώς κβαντική βαρύτητα βρόγχων, προσφέρει μια πιθανή απάντηση στο πρόβλημα, όπου ο ίδιος ο χωρροχρόνος γίνεται αντιληπτός ως κοκκιώδης, μια λεπτή δομή που αποτελείται από βρόγχους.  

Η θεωρία των χορδών προσφέρει ένα άλλο μονοπάτι προς την επίλυση του προβλήματος. Όταν ερωτάται τι πιστεύει για την πιθανότητα να είναι λάθος η δουλειά του στην κβαντική βαρύτητα βρόγχων, εξηγεί ευγενικά πως το να κάνει κάποιος λάθος δεν είναι το ζήτημα, αλλά το να συμμετέχει στην συζήτηση. Κι εξάλλου “Αν ρωτήσεις ποιος διαθέτει την μακρύτερη και πιο εντυπωσιακή λίστα αποτελεσμάτων, αναμφισβήτητα είναι ο Αϊνστάιν. Αν όμως ρωτήσεις ποιος είναι ο επιστήμονας με τα περισσότερα λάθη, και πάλι είναι ο Αϊνστάιν.”

Κι ο χρόνος τι δουλειά έχει εδω; Όπως κατέδειξε κι ο Αϊνστάιν πριν πολλά χρόνια, ο χρόνος είναι σχετικός. Για παράδειγμα ο χρόνος κυλάει βραδύτερα για ένα αντικείμενο που κινείται με μεγαλύτερη ταχύτητα από κάποιο άλλο.

string_theory

Η θεωρία των χορδών προσφέρει ένα άλλο μονοπάτι προς την επίλυση του προβλήματος.

Στον σχετικό αυτό κόσμο, ένα απόλυτο “τώρα” είναι κάπως άνευ νοήματος. Ο χρόνος λοιπόν δεν είναι μια ξεχωριστή ποιότητα που κυλαέι γύρω μας αδιατάρακτα. Ο χρόνος, όπως λέει ο Rovelli “μέρος μιας πολύπλοκης γεωμετρίας που είναι συνυφασμένη με την γεωμετρία του χώρου”.

Για τον Rovelli, υπάρχουν κι άλλα θέματα: σύμφωνα με την θεωρία του, ο χρόνος αυτός καθεαυτός εξαφανίζεται στο πιο θεμελιώδες επίπεδο. Οι θεωρίες του μας ζητούν να αποδεχθούμε την έννοια πως ο χρόνος δεν είναι παρά μια λειτουργία της δικής μας “θολής” ανθρώπινης αντίληψης. Βλέπουμε τον κόσμο μέσα από ένα θαμπό γυαλί, παρακολουθούμε το θέατρο σκιών στην σπηλιά του Πλάτωνα. Σύμφωνα με τον Rovelli, η αδιαμφισβήτητη εμπειρία του χρόνου συνδέεται άρρηκτα με τον τρόπο που συμπεριφέρεται η θερμότητα. Στο βιβλίο του The Order of Time, αναρωτιέται γιατί είμαστε σε θέση να γνωρίζουμε μόνο το παρελθόν και όχι το μέλλον. Το κλειδί, όπως αφήνει να εννοηθεί, είναι η μονοκατευθυντήρια ροή θερμότητας από τα ζεστά αντικείμενα προς εκείνα που είναι πιο κρύα. Ένα παγάκι που πέφτει σε μία ζεστή κούπα καφέ θα ψύξει τον καφέ. Η διαδικασία όμως δεν είναι αναστρέψιμη: πρόκειται για μονόδρομο, όπως αποδεικνύεται από τον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής. 

Ο χρόνος, όπως τον βιώνουμε, είναι επίσης μονόδρομος. Το εξηγεί μάλιστα σε σχέση με την έννοια της εντροπίας -του μέτρου της αταξίας των πραγμάτων. Η εντροπία στο παρελθόν ήταν χαμηλότερη. Η εντροπία στο μέλλον είναι υψηλότερη, υπάρχει μεγαλύτερη αταξία, καθώς υπάρχουν περισσότερες δυνατότητες. Η τράπουλα του μέλλοντος είναι ανακατεμένη και γι’ αυτό αβέβαιη, σε αντίθεση με την τακτοποιημένη και πιο προβλέψιμη τράπουλα του παρελθόντος. Όμως η εντροπία, η θερμότητα, το παρελθόν και το μέλλον είναι ποιότητες που δεν ανήκουν στην θεμελιώδη γραμματική του κόσμου, αλλά στην δική μας επιφανειακή παρατήρηση του. “Αν παρατηρήσω την κατάσταση των πραγμάτων μικροσκοπικά,” γράφει ο Rovelli, “τότε οι διαφορές μεταξύ παρελθόντος και μέλλοντος εξαφανίζονται…στην στοιχειώδη γραμματική των πραγμάτων δεν υφίσταται διάκριση μεταξύ αίτιου και αιτιατού.”

Ο Rovelli θεωρεί πως δεν υπάρχει αντίφαση μεταξύ μιας άποψης του σύμπαντος όπου η ανθρώπινη ζωή είναι μικρή και άνευ σημασίας, και τις καθημερινές χαρές και οδύνες μας. Ή μεταξύ της “ψυχρής επιστήμης” και τον εσώτερο, πνευματικό βίο μας. “Είμαστε μέρος της φύσης, κι έτσι η χαρά και η λύπη είναι πτυχές της ίδιας της φύσης, η φύση είναι πολύ πιο πλούσια από ένα μάτσο άτομα και μόρια.”

Σε ένα σημείο του Επτά σύντομα μαθήματα  Φυσικής συγκρίνει την φυσική με την ποίηση: και τα δύο προσπαθούν να περιγράψουν το αόρατο. Θα μπορούσε να προσθέσει κανείς πως η φυσική, όταν εγκαταλείπει την μητρική της γλώσσα των μαθηματικών εξισώσεων, βασίζεται κυρίως σε μεταφορές και αναλογίες.

Προκειμένου να γίνουν κατανοητά αυτά θα πρέπει να διαβάσετε τα βιβλία του Rovelli.

Πηγές: Lifo (Guardian) – The Illusion of Time και ένα άρθρο στο Memory

Κατηγορίες:
Φυσική & Φιλοσοφία

Η πυραυλική εξίσωση του Τσιολκόφσκι

| 0 ΣΧΟΛΙΑ

 

 

Ένας από τους πρώτους οραματιστές των διαστημικών ταξιδιών υπήρξε ο Ρώσος Κονσταντίν Τσιολκόφσκι (Konstantin Tsiolkovsky 1857-1935). Ο Τσιολκόφσκι, εμπνευσμένος από τα μυθιστορήματα επιστημονικής φαντασίας του Ιουλίου Βερν, ανακάλυψε μόνος του τα μαθηματικά, την φυσική και την μηχανική των πυραύλων.

Το 1903 δημοσίευσε την διάσημη πυραυλική του εξίσωση, που δείχνει ότι η σχέση της μεταβολής της ταχύτητας ενός πυραύλου και των καυσίμων που απαιτούνται γι αυτή τη μεταβολή είναι εκθετική. Θα νόμιζε κανείς ότι για να διπλασιαστεί η ταχύτητα ενός πυραύλου απλά θα πρέπει να διπλασιάσει την κατανάλωση των καυσίμων. Όμως, στην πραγματικότητα, η ποσότητα των καυσίμων που απαιτείται για να αυξηθεί η ταχύτητα του πυραύλου, αυξάνεται εκθετικά με την μεταβολή της ταχύτητας.

Σχέδια του Κονσταντίν Τσιολκόφσκι

Η εκθετική σχέση κατέστησε σαφές ότι για να κινηθεί ο πύραυλος όλο και πιο γρήγορα και να αποδράσει από τη Γη, απαιτούνται τεράστιες ποσότητες καυσίμων.
Χάρη σ’ αυτή την εξίσωση ο Τσιολκόφσκι μπόρεσε για πρώτη φορά να εκτιμήσει πόσα καύσιμα απαιτούνταν για ένα ταξίδι στη Σελήνη, πολύ πριν γίνει πραγματικότητα το όραμά του.
Η πυραυλική εξίσωση του Τσιολκόφκι στην απλούστερή της μορφή, συνήθως γράφεται ως \Delta V = - u_{\sigma \chi} \ln \frac{m}{m_{0}}  ή
όπου
ΔV η μεταβολή της ταχύτητας του πυραύλου στο χρονικό διάστημα Δt
m0 η μάζα του πυραύλου την χρονική στιγμή t=t0
m η μάζα του πυραύλου την χρονική στιγμή t=t0+Δt
uσχ η σχετική ταχύτητα με την οποία εκτοξεύεται η μάζα Δm του καυσίμου ως προς τον πύραυλο

Άσκηση: Αποδείξτε την πυραυλική εξίσωση του Τσιοκόλφσκι, αγνοώντας τις εξωτερικές δυνάμεις, εφαρμόζοντας την αρχή διατήρησης της ορμής.
Λύση:

Aρχή Διατήρησης Ορμής
\vec{P}_{t}=\vec{P}_{t+ \Delta t} \Rightarrow (m + \Delta m) \vec{V}=m(\vec{V} + \Delta \vec{V}) + \Delta m \, \vec{u}_{\kappa \alpha \upsilon \sigma}, όπου \vec{u}_{\kappa \alpha \upsilon \sigma} = \vec{V} + \Delta \vec{V} +\vec{u}_{\sigma \chi} η ταχύτητα με την οποία εκτοξεύεται η μάζα Δm του καυσίμου ως προς το έδαφος. Αντικαθιστώντας και κάνοντας τις απλοποιήσεις παίρνουμε:
0=m \Delta \vec{V} + \Delta m \, \vec{u}_{\sigma \chi}. Για Δt→0, ισχύει Δm=–dm, οπότε: 0=m \, d \vec{V} - d m \, \vec{u}_{\sigma \chi}
Τελικά, θεωρώντας θετική φορά προς τα αριστερά:
dV= - \frac{dm}{m} \vec{u}_{\sigma \chi}  ή V-V_{0} = \Delta V = - u_{\sigma \chi} \ln \frac{m}{m_{0}}.

 

Ο Τσιολκόφσκι που θεωρείται ο πατέρας της διαστημικής εξερεύνησης και της αστροναυτικής, πίστευε ότι ο αποικισμός του διαστήματος θα οδηγήσει στην τελειοποίηση της ανθρωπότητας, ακόμη και στην αθανασία.
Σε μια εποχή όπου η μεγαλύτερη ταχύτητα που μπορούσε να αναπτύξει κανείς ήταν 24 km/h χρησιμοποιώντας ένα άλογο, ο Τσιολκόφσκι σχεδίαζε πυραύλους που θα διεύφευγαν στον διάστημα και έκανε τα πιο τρελά όνειρα για την εποχή του: να πατήσει τα πόδια του στην επιφάνεια των αστεροειδών, να σηκώσει στα χέρια του μια πέτρα από τη Σελήνη, να παρατηρήσει από κοντά τον Άρη, να κατεβεί στους δορυφόρους του ή ακόμα και στην επιφάνειά του.
Πίστευε πως ναι μεν η Γη είναι το λίκνο μας, αλλά κανείς δεν μπορεί να ζει για πάντα στο λίκνο!

Πηγή

Κατηγορίες:
Φυσική & Φιλοσοφία

Ανακαλύφθηκε ένα σπάνιο «εξωτικό» σωματίδιο με τέσσερα κουάρκ

| 0 ΣΧΟΛΙΑ

Οι φυσικοί ανακάλυψαν, με τη βοήθεια του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Πυρηνικών Ερευνών (CERN), ακόμη ένα σπάνιο σωματίδιο που αποτελείται από τέσσερα κουάρκ. Πρόκειται για το 62ο σωματίδιο (αδρόνιο) που ανακαλύπτεται στον μεγάλο επιταχυντή.

Η ανακοίνωση έγινε προ ημερών από τον σωματιδιακό φυσικό Ιβάν Πολιάκοφ του Πανεπιστημίου Syracuse της Νέας Υόρκης στη διάρκεια διαδικτυακού συνεδρίου της Ευρωπαϊκής Φυσικής Εταιρείας, σύμφωνα με το «Nature». Η ανακάλυψη έγινε από τον ίδιο, σε συνεργασία με τον Βάνια Μπελιάγιεφ του Ινστιτούτου Θεωρητικής και Πειραματικής Φυσικής στη Μόσχα.

Ο μεγαλύτερος επιταχυντής του κόσμου έχει γίνει διάσημος για την ανακάλυψη του σωματιδίου (μποζονίου) του Χιγκς το 2012, όμως έχει βρει επίσης δεκάδες μη στοιχειώδη υποατομικά σωματίδια που λέγονται αδρόνια, τα οποία – όπως τα πρωτόνια και τα νετρόνια- αποτελούνται από κουάρκ.

Το Καθιερωμένο Πρότυπο (ή Μοντέλο) της σωματιδιακής Φυσικής, το οποίο περιγράφει τους θεμέλιους «λίθους» της ύλης και τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις που δρουν πάνω τους, περιλαμβάνει, μεταξύ άλλων, έξι «γεύσεις» κουάρκ, τα οποία σχηματίζουν σύνθετα σωματίδια (αδρόνια). Τα κουάρκ συγκρατούνται από την ισχυρή πυρηνική δύναμη, μία από τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις. Τα δύο συχνότερα κουάρκ είναι το «άνω» και το «κάτω», οι συνδυασμοί των οποίων δημιουργούν τα νετρόνια (ένα «άνω» και δύο «κάτω» κουάρκ) και τα πρωτόνια (δύο «άνω» και ένα «κάτω» κουάρκ).

Τα πρωτόνια είναι τα μοναδικά αδρόνια που από μόνα τους παραμένουν σταθερά, ενώ τα νετρόνια είναι σταθερά μόνο όταν βρίσκονται μέσα σε ατομικούς πυρήνες. Όλα τα άλλα αδρόνια σχηματίζονται μόνο παροδικά, από τη σύγκρουση άλλων σωματιδίων, και διασπώνται σε κλάσματα του δευτερολέπτου. Ο επιταχυντής LHC δημιουργεί νέα είδη αδρονίων προκαλώντας συγκρούσεις υψηλής ενέργειας μεταξύ πρωτονίων.

Τα περισσότερα νέα αδρόνια – όπως και το νέο που βρέθηκε- έχουν ανακαλυφθεί από τον LHCb, έναν από τους τέσσερις γιγάντιους ανιχνευτές που βρίσκονται στο κυκλικό τούνελ μήκους 27 χιλιομέτρων του μεγάλου επιταχυντή. Το νέο σωματίδιο -ένα αδρόνιο με τέσσερα κουάρκ- ονομάστηκε Tcc+. Έχει μάζα περίπου τετραπλάσια από ένα πρωτόνιο.

Τα σωματίδια με τέσσερα κουάρκ είναι πολύ ασυνήθιστα, καθώς τα περισσότερα γνωστά αδρόνια διαθέτουν δύο ή τρία κουάρκ. Το πρώτο σωματίδιο τεσσάρων κουάρκ είχε ανακαλυφθεί στην Ιαπωνία το 2003, ενώ στη συνέχεια βρέθηκαν περισσότερα στο CERN.

Το νέο σωματίδιο φαίνεται να είναι ακόμη πιο ξεχωριστό: Ενώ τα προηγούμενα αδρόνια με τέσσερα κουάρκ ήταν πιθανότατα δύο ζεύγη διπλών κουάρκ προσκολλημένα μεταξύ τους, το νέο αδρόνιο φαίνεται να αποτελείται από τέσσερα ξεχωριστά κουάρκ, κάτι που -εφόσον όντως ισχύει- θα είναι μία πρωτιά για τους επιστήμονες. Τέτοια αυθεντικά «τετρακουάρκ», σύμφωνα με τον Μπελιάγιεφ, πιθανώς υπήρχαν μόνο στη διάρκεια των πρώτων στιγμών του σύμπαντος, όταν όλη η ύλη ήταν συμπιεσμένη σε έναν υπερβολικά μικρό χώρο.

Η αναζήτηση νέων αδρονίων θα συνεχιστεί, καθώς δεκάδες διαφορετικοί συνδυασμοί κουάρκ μπορούν να «γεννήσουν» νέα αδρόνια. Εκτιμάται ότι υπάρχουν 50 πιθανά αδρόνια με δύο κουάρκ (έχουν βρεθεί όλα εκτός από ένα) και 75 με τρία κουάρκ (έχουν βρεθεί σχεδόν 50).

Τα στοιχειώδη σωματίδια διακρίνονται στα αδρόνια και στα λεπτόνια. Τα πρώτα μπορούν να μετέχουν και σε ισχυρές αλληλεπιδράσεις, ενώ τα λεπτόνια όχι. Τα αδρόνια πήραν το όνομά τους από τη λέξη αδρός (δυνατός), ενώ τα λεπτόνια από τη λέξη λεπτός (αδύνατος). Τα αδρόνια χωρίζονται στα βαρυόνια που είναι φερμιόνια και στα μεσόνια που είναι μποζόνια.

Πηγή

Κατηγορίες:
Φυσική & Φιλοσοφία
web design by