Τα 4’ που (δεν) ανατρέπουν τη Φυσική και η ομιλία Νανόπουλου.

Το προηγούμενο ποστ για την ομιλία του Νανόπουλου, καθώς και το αρχικό για τα αποτελέσματα του MAGIC, τα έγραψα με αφορμή το δημοσίευμα της Καθημερινής «Τα 4’ που ανατρέπουν τη Φυσική» και το σχετικό ντόρο που έγινε γύρω από το θέμα. Στο πρώτο ποστ ανέπτυξα τους προβληματισμούς μου για το τι σημαίνει η θεωρία Νανόπουλου και κατά πόσο είναι η μοναδική εξήγηση των παρατηρησιακών δεδομένων. Στο δεύτερο ποστ παρουσίασα τα σχετικά με την ομιλία που έδωσε ο Νανόπουλος στο τμήμα Φυσικής στις 5.12.07 και γιατί η ερμηνεία που δίνουν στα παρατηρησιακά δεδομένα δεν είναι η μοναδική και η πιο λογική. Ουσιαστικά και τα δύο ποστς ήταν απάντηση (σε δύο χρόνους) στο άρθρο της Καθημερινής και πρακτικά η ομιλία Νανόπουλου ενίσχυσε τα επιχειρήματά μου.

Ομολογώ ότι, όπως μου παραπονέθηκαν, και τα δύο (ίσως περισσότερο το δεύτερο) κείμενα ήταν πολύ τεχνικά και χανόταν το ζουμί για αυτόν που δεν έχει επαφή μ’ αυτά τα πράγματα. Για να πω την αλήθεια, τα έγραψα απευθυνόμενος κυρίως στους φοιτητές του τμήματος Φυσικής. Το άρθρο της Καθημερινής όμως απευθύνθηκε κυρίως στον μη ειδικό αναγνώστη. Έτσι αποφάσισα να κάνω μία περίληψη του τελευταίου ποστ όπου εξηγώ γιατί τα 4 λεπτά του Νανόπουλου, δεν ανατρέπουν τη Φυσική και γιατί το υπουργείο παιδείας γλίτωσε την αλλαγή και των βιβλίων φυσικής προς το παρόν. Δηλαδή, παρακάτω θα προσπαθήσω να παρουσιάσω πως έχουν τα πράγματα με απλές αναφορές και χωρίς πολλά τεχνικά σημεία και καμιά περαιτέρω εξήγηση όπου αυτό είναι δυνατό.

Το προηγούμενο ποστ μου είναι χωρισμένο σε 3 μέρη. Το πρώτο μέρος αφορά τα «κοσμικά» της εκδήλωσης, τα οποία είναι και τα λιγότερο ενδιαφέροντα (αλλά διασκεδαστικά). Το δεύτερο μέρος, τα «επιστημονικά», είναι μια περίληψη του τι ειπώθηκε στην ομιλία, με επισήμανση στα σημαντικότερα και πιο ενδιαφέροντα σημεία. Αυτά μπορεί κανείς να τα δει και στα σχετικά βίντεο στο τέλος του ποστ, όπου τα δύο πρώτα βίντεο είναι από την ομιλία και το τρίτο είναι οι ερωτήσεις. Αυτά νομίζω ότι μπορεί να τα παρακολουθήσει ο οποιοσδήποτε. Το τρίτο μέρος με τίτλο «Ακτινοβολίες 101» είναι μάλλον και το λιγότερο προσβάσημο, αλλά είναι και το κομμάτι όπου εξηγώ γιατί υπάρχει καλύτερη εξήγηση των παρατηρήσεων από την εξήγηση Νανόπουλου. Μία εξήγηση που βασίζεται στην κλασσική Φυσική και δεν την ανατρέπει.

Πριν μπω στο επίμαχο ζήτημα, καλό είναι να πω δύο λόγια για την μεγάλη εικόνα. Όπως έγραψα και σε ένα σχόλιο στο προηγούμενο ποστ, αυτή τη στιγμή είναι σε εξέλιξη στον χώρο της φυσικής μια «μάχη». Η μάχη για την σωστή επέκταση των θεωριών μας. Ο λόγος που γίνεται αυτό είναι ότι βλέπουμε πως οι θεωρίες μας έχουν κάποια όρια (όρια ως προς την δυνατότητα να μας δίνουν απαντήσεις) και είμαστε σε σημείο όπου μπορούμε να ελέγξουμε ποιος είναι ο σωστός δρόμος. Το μεγάλο πρόβλημα λοιπόν είναι με την ασυμβατότητα της Θεωρίας της Σχετικότητας και της Κβαντομηχανικής. Αυτές οι δύο θεωρίες είναι οι θεμέλιοι λίθοι της κατανόησής μας για το Σύμπαν, αλλά παραδοσιακά η μεν Σχετικότητα αφορά τις μεγάλες κλίμακες όπου η βαρύτητα παίζει το σημαντικό ρόλο, η δε Κβαντομηχανική αφορά τις μικρές κλίμακες, όπου κυριαρχεί η κβαντική φύση των πραγμάτων και η βαρύτητα είναι ασθενής και δεν παίζει ρόλο. Μέχρι τώρα, αυτές οι δύο περιοχές δεν συναντιόντουσαν και οι θεωρίες μας, μας δίνανε καλές περιγραφές. Αυτό όμως με την εξέλιξη της κοσμολογίας έχει αλλάξει, αφού ανιχνεύοντας το νεαρό σύμπαν, κοιτάμε περιοχές όπου είναι μεν αρκετά μικρές για να επιδέχονται κβαντική περιγραφή, αλλά από την άλλη σ’ αυτές τις περιοχές η βαρύτητα είναι πολύ σημαντική. Για να λυθεί αυτό το πρόβλημα, έχουν πέσει στο τραπέζι αρκετές θεωρίες και η κάθε μία έχει τη δικιά της φιλοσοφία. Το στοίχημα λοιπόν είναι να δούμε ποια είναι στο σωστό δρόμο. Το πρόβλημα με όλα αυτά είναι ότι η Φυσική παρουσιάζει αλλαγές μόνο στις πολύ ακραίες καταστάσεις, που σημαίνει ότι όταν τα πράγματα είναι συνηθισμένα η διαφοροποίηση είναι πολύ μικρή. Απίστευτα πολύ μικρή. Γι’ αυτό το λόγο φτιάχνουμε επιταχυντές που επιταχύνουν σωματίδια σε τεράστιες ενέργειες και γι’ αυτό κοιτάμε αντικείμενα που βρίσκονται σε τεράστιες αποστάσεις. Τι θα αλλάξει όμως; Για την καθημερινότητα μας, μάλλον τίποτα (εκτός και αν μας φάει καμία μαύρη τρύπα από το LHC). Θα αλλάξει όμως ο τρόπος που βλέπουμε το σύμπαν και η αντίληψη που έχουμε γι’ αυτό και αυτό θα γίνει διαφορετικά, ανάλογα με το ποιο μοντέλο θα επικρατήσει. Θα μπορέσουμε να μιλήσουμε για το τι γινόταν πριν την μεγάλη έκρηξη ή ακόμα και να δούμε αν ήταν έκρηξη ή όχι. Θα κατανοήσουμε καλύτερα την φύση των πραγμάτων. Όπως λέει μια πολύ ωραία φράση: «Δεν θα σου φέρει ψωμί στο τραπέζι, αλλά θα αλλάξει τον τρόπο που βλέπεις το Συμπάν». Επιστρέφοντας λοιπόν στη συγκεκριμένη περίπτωση, το ζήτημα είναι: Είδε τελικά το τηλεσκόπιο MAGIC κάτι που κρύβει πληροφορία για το ποια θεωρία είναι στο σωστό δρόμο ή όχι; Όπως φαίνεται, μάλλον όχι και αυτό θα προσπάθησα να εξηγήσω στο προηγούμενό μου ποστ.

Ας δούμε πρώτα, λίγο σύντομα, τι λέει η θεωρία του Νανόπουλου. Βασιζόμενη σε μία από τις προτεινόμενες θεωρίες χορδών, η θεωρία του Νανόπουλου εισάγει μια διόρθωση στην ταχύτητα του φωτός καθώς αυτό κινείται στον χωρόχρονο, η οποία εξαρτάτε από την ενέργεια των φωτονίων. Έτσι τα φωτόνια με μεγαλύτερη ενέργεια κινούνται πιο αργά από τα φωτόνια με μικρότερη ενέργεια. Αυτό πρακτικά σημαίνει ότι αν δύο φωτόνια ξεκινήσουν από κάπου μαζί με κατεύθυνση προς εμάς, τότε το πιο γρήγορο φωτόνιο θα φτάσει εδώ πρώτο, δηλαδή θα δούμε πρώτα το φωτόνιο χαμηλής ενέργειας και μετά το φωτόνιο υψηλής ενέργειας. Το ερώτημα είναι, πόσο έντονο είναι αυτό το φαινόμενο; Το φαινόμενο είναι πολύ αμυδρό. Δεν υπάρχει πείραμα πάνω στη γη που να μπορεί να ξεχωρίσει την διαφορά στον χρόνο άφιξης των δύο φωτονίων, αφού η διαφορά στις ταχύτητες είναι απειροελάχιστη. Αν δύο αυτοκίνητα κινούνται στην εθνική, η απόσταση μεταξύ τους αυξάνει πιο γρήγορα όσο πιο μεγάλη είναι η σχετική τους ταχύτητα. Έτσι για μικρές διαφορές πρέπει να τους δόσεις περισσότερο χρόνο για να απομακρυνθούν ή αλλιώς να τα αφήσεις να προχωρήσουν σε μεγαλύτερη απόσταση. Έτσι για να είναι ορατό το αποτέλεσμα της διόρθωσης από τη θεωρία του Νανόπουλου, πρέπει να δούμε φωτόνια που να φτάνουν από πολύ μακριά και να έχουν όσο γίνεται πιο μεγάλες σχετικές διαφορές στις ταχύτητές τους. Δηλαδή πρέπει να δούμε ακτίνες γ να έρχονται από μακρινούς γαλαξίες. Τέτοια φωτόνια είδα το τηλεσκόπιο MAGIC.

Τι είδε όμως ακριβώς το MAGIC; Το MAGIC παρατηρούσε έναν ενεργό γαλαξία. Για το τι είναι ένας ενεργός γαλαξίας μπορεί κανείς να διαβάσει το σχετικό άρθρο στην βικιπαιδεία. Αυτό που μας ενδιαφέρει εδώ είναι ότι αυτοί οι γαλαξίες είναι αρκετά μακριά και ότι εκπέμπουν σε όλες σχεδόν τις συχνότητες, από τα ραδιοκύματα, στο ορατό, στις ακτίνες Χ μέχρι τις ακτίνες γ. Η εκπομπή τους είναι συνεχής και αυτή τη συνεχή εκπομπή την λέμε υπόβαθρο. Κάποιες φορές όμως, η εκπομπή τους γίνεται ξαφνικά πολύ πιο έντονη, δηλαδή αυξάνει ο αριθμός των φωτονίων που μας στέλνουν. Αυτό το φαινόμενο λέγεται έκλαμψη. Μία τέτοια έκλαμψη στις ακτίνες γ είδε και το MAGIC. Συγκεκριμένα, είδε αρχικά μια αύξηση στην ροή φωτονίων γ σε χαμηλές ενέργειες και σταδιακά με την πάροδο του χρόνου, είδε την αύξηση αυτή να προχωράει σε όλο και μεγαλύτερες ενέργειες, μέχρι που τέλειωσε η έκλαμψη μετά από 4 λεπτά.

Η εξήγηση σύμφωνα με την θεωρία του Νανόπουλου είναι ότι για την δεδομένη απόσταση του γαλαξία από εμάς και για τις ενέργειες των φωτονίων που είδαμε, τα 4 λεπτά οφείλονται στην διαφορά της ταχύτητας που έχουν τα φωτόνια μεταξύ τους. Αλλά το ερώτημα είναι, είναι αυτή μία ρεαλιστική εξήγηση και είναι η μοναδική που μπορούμε να δώσουμε; Η απάντηση είναι όχι.

Το πρόβλημα αυτής της ερμηνείας είναι ότι βασίζεται σε δύο στοιχεία. Το πρώτο είναι ότι τα φωτόνια ξεκίνησαν από ακριβώς το ίδιο σημείο και το δεύτερο είναι ότι ξεκίνησαν ακριβώς την ίδια στιγμή. Η πρώτη υπόθεση μπορεί να αντικρουστεί αν αναλογιστεί κανείς ότι οι διαστάσεις των πηγών αυτής της ακτινοβολίας είναι τέτοιες που θα μπορούσαν να προκαλέσουν μία διαφορά της τάξης των τεσσάρων λεπτών. Για παράδειγμα, για να διανύσει την απόσταση Γης – Ήλιου (που είναι της τάξης των τυπικών διαστάσεων των πηγών της ακτινοβολίας στους ενεργούς γαλαξίες) το φως χρειάζεται περίπου 8 λεπτά. Άρα αν ξεκινήσει ένα φωτόνιο από τη Γη και από τον Ήλιο ταυτόχρονα προς την ίδια κατεύθυνση, τότε το ένα θα φτάσει 8 λεπτά μετά το άλλο. Αυτό όμως δεν είναι και το ισχυρό αντεπιχείρημα που μπορεί να καταρρίψει την ερμηνεία Νανόπουλου, αφού μπαίνουν στο πρόβλημα κάποια σχετικιστικά φαινόμενα που μπορούν να αμβλύνουν την χωρική απόσταση. Το ισχυρό αντεπιχείρημα αφορά την υπόθεση του ταυτόχρονου και έχει να κάνει με την φυσική του μηχανισμού παραγωγής της ακτινοβολίας στους ενεργούς γαλαξίες.

Ξέρουμε λοιπόν αρκετά καλά τον μηχανισμό με τον οποίο παράγεται η ακτινοβολία στις πηγές αυτές και τα τελευταία δέκα χρόνια υπάρχει ένα μοντέλο (τουλάχιστον ένα το οποίο γνωρίζω εγώ) που περιγράφει την συμπεριφορά που παρατηρούμε στις εκλάμψεις των ενεργών γαλαξιών. Και αυτό το μοντέλο περιγράφει και τις εκλάμψεις που βλέπουμε να έρχονται πρώτα τα φωτόνια των χαμηλών ενεργειών και μετά των υψηλών, αλλά και τις εκλάμψεις στις οποίες βλέπουμε πρώτα τα φωτόνια των υψηλών ενεργειών και μετά των χαμηλών (για τις οποίες η θεωρία του Νανόπουλου δεν μπορεί να πει τίποτα αφού έρχονται σε πλήρη αντίθεση). Το μοντέλο αυτό έχει προταθεί από τους Μαστιχιάδη και Kirk και είναι αυτό που περιγράφω στο προηγούμενό μου ποστ. Ο λόγος λοιπόν της διαφοράς στον χρόνο άφιξης των φωτονίων είναι ότι τα φωτόνια διαφορετικών ενεργειών εκπέμπονται σε διαφορετικές στιγμές με έναν μηχανισμό που βασίζεται στη γνωστή φυσική.

Αυτό που ήθελα να δείξω κλείνοντας το προηγούμενό μου ποστ με τις παραθέσεις από την αρχική δημοσίευση του MAGIC, ήταν ότι τον μηχανισμό που αναφέρω παραπάνω τον γνώριζαν πολύ καλά και με αυτόν είχαν ερμηνεύσει αρχικά τα αποτελέσματά τους οι άνθρωποι του MAGIC. Άρα μάλλον η όλη ιστορία ήταν απλά ένα παιχνίδι εντυπώσεων που ο καθένας μπορεί να κάνει τις υποθέσεις του για το που αποσκοπούσε.

Πρέπει να επισημάνω ακόμα ότι υπάρχει κόσμος στα Ελληνικά πανεπιστήμια που κάνει πολύ καλή δουλειά και προωθεί την έρευνα και έχει αξιόλογη διεθνή παρουσία, όπως υπάρχουν και Έλληνες του εξωτερικού που έχουν σημαντική συνεισφορά και διεθνή αναγνώριση στα πεδία τους. Δεν είναι όμως stars. Τα πράγματα δεν είναι πάντα όπως φαίνονται.

Ελπίζω αυτή η παρουσίαση της κατάστασης γύρω από το συγκεκριμένο θέμα να είναι πιο κατανοητή. Όποιος ενδιαφέρεται για περισσότερες τεχνικές λεπτομέρειες μπορεί να ανατρέξει στα δύο προηγούμενα πόστς ή να ρωτήσει τις απορίες του.
Επειδή όμως αυτό είναι το τρίτο ποστ πάνω στο συγκεκριμένο θέμα, θεωρώ ότι το έχω εξαντλήσει μέχρι να παρουσιαστούν περεταίρω στοιχεία.