The Big Bang theory, η συνωμοσία...

...ή πως να χάσεις τον χρόνο σου εξηγώντας απλά πράγματα σε άσχετους ειδήμονες που δεν έχουν τον θεό τους.

Αυτό το post είναι συνέχεια της χθεσινής χιουμοριστικής ανάρτησης. Είναι η δεύτερη φορά που γράφω κάτι σχετικά με το forum.atheia.gr και δυστυχώς και αυτή τη φορά αφορμή είναι κάτι αρνητικό. Έχει ανοίξει μια συζήτηση εκεί, στην ενότητα Επιστήμη, για το κατά πόσο είναι σωστή η θεωρία του Big Bang με αφορμή μια αντίστοιχη συζήτηση στο forum του pyles.tv, όπου ένας ηλεκτρολόγος μηχανολόγος, ο Πάνος, υποστηρίζει το Plasma-Electric Universe και επιτίθεται σε όλη την Φυσική (Σχετικότητα, Physical Cosmology, Αστροφυσική, Φυσική Υψηλών Ενεργειών, κλπ). Οι ενστάσεις που διατυπώνονται στο forum απέναντι στο μοντέλο του Big Bang σε κάποια σημεία μάλιστα ξεφεύγουν και προς τη λογική:

...Ειλικρινά, η θεωρία του Big Bang μοιάζει τρελή.
...Προτιμώ αυτό το μοντέλο από το να δικαιωθούν οι θεολόγοι με την δημιουργία εκ του μηδενός.
...παντως και εγω ειμαι κατα του μηδενος (δημιουργια απο το μηδεν) και οχι γιατι το υποστηριζει ο χριστιανισμος αλλα μου την σπαει το μηδεν
...Η κοσμολογία πλάσματος είναι σίγουρα πιό τεκμηριωμένη από την παρωχημένη "θεοκρατική" ιδέα του Big Bang. Είναι παράταιρο σ'ένα φόρουμ αθεΐας να υποστηρίζεται το "Big Bang"!
...Με θετική διάθεση θέλω να πω σε όλους ότι κάθε θεωρία "μη" Big Bang είναι πιό κοντά στις αθεϊστικές αντιλήψεις μας. Δεν κατανοώ αυτή την υποστήριξη του Big Bang από την πλειοψηφία.

Το θέμα φυσικά το ανέλαβαν ο Dr. Reason και ο Γιατρός του ΙΚΑ και έχουν κάνει πολύ καλή δουλειά θα έλεγα με αρκετές εύστοχες παρατηρήσεις. Εγώ απλά θέλω να πω δύο πραγματάκια τόσο επί της αρχής, όσο και για κάποια τεχνικά ζητήματα που ένας που δεν ασχολείται με την Αστροφυσική είναι λογικό να μην τα ξέρει και γι' αυτό δεν έχουν επισημανθεί.

1. Σχετικά με το Woo

Τι είναι Woo λοιπόν; Αυτό είναι σχετικό και εξαρτάται από το context στο οποίο το βάζεις. Για παράδειγμα, την εποχή του Newton η αλχημεία και η αστρολογία δεν ήταν Woo και αντιμετωπίζονταν ισότιμα με την Αστρονομία και τα Μαθηματικά. Αντίστοιχα, στο τέλος του 19ου αιώνα, οι θεωρίες του Φωτοφόρου Αιθέρα ήταν ένα σοβαρό επιστημονικό θέμα. Σήμερα η συζήτηση γύρω από τον Φωτοφόρο Αιθέρα είναι οριστικά Woo. Υπάρχουν πράγματα λοιπόν που η επιστήμη τα ξεπερνά τελεσίδικα. Το Steady State Universe των Fred Hoyle, Thomas Gold, Hermann Bondi κλπ είναι αντίστοιχα ένα κοσμολογικό μοντέλο που έπαιζε μέχρι πριν λίγες δεκαετίες, αφού στηριζόταν σε σοβαρή Φυσική, αλλά τελικά ξεπεράστηκε από τις παρατηρήσεις. Σε αυτή την περίπτωση, δεν μπορεί να μιλήσει κανείς καθαρά για Woo. Εδώ μιλάμε απλά για ένα μοντέλο που περιέχει σοβαρές Φυσικές διαδικασίες, το οποίο όμως απέτυχε. Αντίστοιχη περίπτωση είναι μάλλον και η αρχική διατύπωση του Plasma Cosmology. Η διαφορά εδώ είναι ότι οι υποστηρικτές του (τουλάχιστον στη συζήτηση στο forum.atheia.gr) φαίνεται να αρνούνται όλη την υπόλοιπη Φυσική εκτός από τον κλασσικό ηλεκτρομαγνητισμό και την φυσική πλάσματος (όπου και εκεί έχω τα ερωτηματικά μου στο κατά πόσο αναφέρονται σε φυσική πλάσματος ή την δικιά τους "φυσική πλάσματος"). Είναι πάντως τραγικά αστείος ο ισχυρισμός που διατυπώνεται ότι η Αστροφυσική αγνοεί την Φυσική Πλάσματος, αν σκεφτεί κανείς πόσο άρρηκτα συνδεδεμένη είναι η Αστροφυσική με το Πλάσμα και ότι ουσιαστικά αποτελεί το ευρύτερο πεδίο έρευνας πάνω στο Πλάσμα. Anyway, πάμε παρακάτω.

2. Big Bang, είναι απλά μια θεωρία... και την είπε και παπάς.
Που να σου πει ο παπάς στο αυτί και ο Διάκος στο κεφάλι... ή κάτι τέτοιο.

Είναι πολύ LOL να διατυπώνεται μια τέτοια ένσταση σε ένα φόρουμ αθεΐας, όπου λατρεύεται αντίστοιχα η θεωρία της Εξέλιξης, σχεδόν σαν ευαγγέλιο. Μην με παρεξηγήσει κανείς, η Εξέλιξη τα σπάει (scientifcally speaking), αλλά έχω την αίσθηση ότι κάποιο περίεργο rationalizing πρέπει να συμβαίνει στο μυαλό κάποιον για να μπορούν να αποδέχονται την Εξέλιξη εφαρμόζοντας όλα τα επιστημονικά κριτήρια που πρέπει και μετά να πετάνε το Big Bang από το παράθυρο επειδή "μιλάει" για "δημιουργία" και είναι παπαδο-θεωρία. Ή απλά η Εξέλιξη είναι popular στους άθεους και στην πραγματικότητα δεν το πιάνουν το επιστημονικό κομμάτι ή δεν έχουν καταλάβει τι είναι το μοντέλο του Big Bang ή όλα τα παραπάνω.

Καταρχήν λοιπόν, η θεωρία του Big Bang, όπως έχει επισημανθεί και στη συζήτηση στο forum, είναι ένα μοντέλο που περιγράφει την εξέλιξη του Σύμπαντος με τον χρόνο. Είναι ένα μοντέλο που περιέχει ένα πλήθος από διαδικασίες που διαμόρφωσαν την εξέλιξη του σύμπαντος και την εικόνα που παρατηρούμε σήμερα και έδρασαν σε διαφορετικές χρονικές περιόδους. Δεν είναι απλά μία δήλωση για το Σύμπαν. Μπορεί η θεωρία να ξεκινά με το μαθηματικό μοντέλο του Friedman για ένα διαστελλόμενο σύμπαν όπως προκύπτει από τις εξισώσεις πεδίου της Σχετικότητας, αλλά δεν είναι μόνο αυτό. Btw, ναι, ο πρώτος που το διατύπωσε δεν ήταν ο Lemaître(ο παπάς ουουουουο 666 ουου) ο οποίος το ανακάλυψε ανεξάρτητα από τον Friedman μερικά χρόνια αργότερα. Το ότι ο δεύτερος έγινε πιο γνωστός οφείλεται στο ότι η δικιά του εργασία συνέπεσε με την παρατήρηση του Hubble για την απομάκρυνση των γαλαξιών. Άρα δεν μιλάμε για την θεωρία ενός παπά, αλλά για ένα μαθηματικό μοντέλο, get over it.

Το μοντέλο αυτό για το Σύμπαν όπως είπα, μπορεί να έχει ως κύρια πρότασή του το ότι το Σύμπαν διαστέλλεται, συνοδεύεται όμως και από έναν τεράστιο όγκο Αστροφυσικών παρατηρήσεων σε όλες τις κλίμακες. Δεν είναι κάτι που ήρθε από το πουθενά και στέκεται στο πουθενά. Φυσικά το Big Bang, εκτός από τις επιτυχίες του έχει και τα ανοιχτά του προβλήματα, από τα οποία άλλα είναι λιγότερο ή περισσότερο σοβαρά και για τα οποία προτείνονται διάφορες λύσεις.

Το ζήτημα που φαίνεται να προβλημάτισε περισσότερο τους αμφισβητίες στο forum.atheia.gr είναι το θέμα της σκοτεινής ύλης (που για την κοσμολογία του Big Bang δεν είναι και το σημαντικότερο κατά τη γνώμη μου). Το θέμα της σκοτεινής ύλης όμως, δεν προέκυψε στα πλαίσια του Big Bang. Είναι ένα ζήτημα που προέκυψε από την γαλαξιακή δυναμική και συγκεκριμένα τις καμπύλες περιστροφής των γαλαξιών. Αρκετά αργότερα έγινε σημαντικό για την κοσμολογία, όταν προέκυψε το ζήτημα του σχηματισμού των δομών στο σύμπαν. Το ζήτημα της σκοτεινής ύλης φυσικά δεν είναι καθαρά θεωρητικό. Υπάρχουν και σημαντικές παρατηρήσεις, τόσο σε επίπεδο γαλαξιών, όσο και σε επίπεδο σμηνών γαλαξιών. Μέσα στους γαλαξίες μπορούμε να συμπεράνουμε την σκοτεινή ύλη από την δυναμική των τροχιών των αστέρων (και τους νόμους για την κίνηση του Newton). Σε επίπεδο γαλαξιακών σμηνών μπορούμε να συμπεράνουμε την ύπαρξη σκοτεινής ύλης από την δυναμική της κίνησης των γαλαξιών στο σμήνος. Μπορούμε να συμπεράνουμε την ύπαρξη σκοτεινής ύλης και να διερευνήσουμε την κατανομή της από την καμπύλωση του φωτός (micro-lensing) σύμφωνα με τη γενική σχετικότητα και τέλος έχουμε και τις περιπτώσεις όπως το Bullet Cluster, όπου βλέπουμε στα δύο συγκρουόμενα γαλαξιακά σμήνη τον σαφή διαχωρισμό της βαρυονικής ύλης από την μη βαρυονική ύλη.

Θα επιστρέψω όμως στην αρχή, δηλαδή στη διαστολή του Σύμπαντος και την επαλήθευσή ή την απόρριψή της. Το πρώτο δεδομένο υπέρ της θεώρησης ότι το Σύμπαν διαστέλλεται είναι η παρατήρηση ότι οι γαλαξίες παρουσιάζουν στα φάσματά τους ερυθρομετάθεση η οποία είναι και ανάλογη της απόστασης. Αυτό χαρακτηρίζεται και ως ο θεμέλιος λίθος του Big Bang, μαζί με το κοσμικό υπόβαθρο μικροκυματικής ακτινοβολίας και την νουκλεοσύνθεση με τα οποία δεν θα ασχοληθώ. Οι εναλλακτικές του Big Bang προτάσεις λοιπόν, προσπαθούν να αποδώσουν την ερυθρομετάθεση σε κάποιον άλλον μηχανισμό, όπως είναι αυτός του κουρασμένου φωτός, όπου το φως σκεδάζεται και χάνει ενέργεια. Ο φίλος ηλεκτρολόγος Πάνος και η Plasma Cosmology αποδίδουν λοιπόν την παρατηρούμενη ερυθρομετάθεση σε μια αντίστοιχη διαδικασία που συμβαίνει από την σκέδαση του φωτός από το πλάσμα που υπάρχει παντού κλπ. Πολύ όμορφα. Εγώ λέω ότι πράγματι συμβαίνει κάτι τέτοιο και σε έναν βαθμό συνυπολογίζεται στις εκτιμήσεις, όπως είναι για παράδειγμα το Wolf effect.

Πριν συνεχίσω, να εξηγήσω λίγο που οφείλεται η ερυθρομετάθεση σε ένα διαστελλόμενο Σύμπαν.
Καθώς ο χώρος ανάμεσα στους γαλαξίες διαστέλλεται, το φως που κινείται χάνει ενέργεια για να μπορέσει να ξεπεράσει τη διαστολή (είναι σαν να προσπαθεί να τρέξει κόντρα στο "ρέμα" της διαστολής) ή για να πω ένα πιο μηχανιστικό παράδειγμα το ίδιο το φως ως κύμα τεντώνεται από τη διαστολή του χώρου και έτσι μεγαλώνει το μήκος κύματός του. Αυτό το φαινόμενο είναι ανεξάρτητο από το μήκος κύματος της αρχικής ακτινοβολίας και εξαρτάτε μόνο από την ίδια τη διαστολή.

Το πρώτο λοιπόν ερώτημα για τους εναλλακτικούς μηχανισμούς είναι: με ποιον τρόπο θα μπορούσε αυτή η σκέδαση του φωτός να προκαλεί ερυθρομετάθεση ανεξάρτητη από το μήκος κύματος;

Το δεύτερο ερώτημα είναι: αφού ο όγκος των δεδομένων που έχουμε σε μέτρηση αποστάσεων ανεξάρτητα της ερυθρομετάθεσης (για παράδειγμα τα SN Ia), δείχνει ότι ικανοποιείται ο νόμος του Hubble, με ποιον μηχανισμό η ερυθρομετάθεση από σκέδαση θα μπορούσε να αλλάζει με την απόσταση σύμφωνα με τον νόμο αυτό;

Πριν μπει κάποιος στη διαδικασία να ψάξει για απαντήσεις στα παραπάνω ερωτήματα, θα τον βγάλω από τον κόπο εγώ. Η ερυθρομετάθεση των φασματικών γραμμών δεν είναι το μόνο εργαλείο που έχουμε που μετρά την διαστολή του σύμπαντος. Το φως μπορούμε να το θεωρήσουμε ως ένα ρολόι, αφού ουσιαστικά είναι μια ταλάντωση του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου. Έτσι λοιπόν, όπως η διαστολή έχει επιπτώσεις στο φως και συγκεκριμένα στην συχνότητά του (την χρονομέτρησή του δηλαδή) έτσι έχει επίπτωση και στην χρονομέτρηση της οποιασδήποτε άλλης διαδικασίας. Με απλά λόγια λόγο της διαστολής, εκτός από ερυθρομετάθεση στο φως, θα βλέπουμε όλες τις χρονικά μεταβαλλόμενες διαδικασίες να συμβαίνουν λίγο πιο αργά, σαν να έχουν πάθει "ερυθρομετάθεση" και ο παράγοντας της καθυστέρησης θα είναι ίδιος με αυτόν του φωτός. Αυτό το φαινόμενο έχει παρατηρηθεί στα SN Ia από τα τέλη της δεκαετίας του 90, όπου η χρονική εξέλιξη των φαινομένων παρουσιάζει time dilation. Όποιος θέλει, μπορεί να παρακολουθήσει την εξέλιξη της κοσμολογίας με την βοήθεια των supernova στο πολύ όμορφο άρθρο του Robert Kirsner, Foundations of Supernova Cosmology, ο οποίος btw είναι και γαμώ τα άτομα και τον είχα γνωρίσει σε ένα Onassis Lectures που είχα πάει πριν λίγα χρόνια (btw δείτε τα videos).

Με λίγα λόγια, η διαστολή του σύμπαντος ως γεωμετρική ιδιότητα του χώρου είναι πειραματικά επιβεβαιωμένο δεδομένο με περισσότερους από έναν τρόπους. Sorry υπερασπιστές του Plasma Cosmology και αρνητές του Big Bang.

3. Περισσότερο Electric-Plasma Universe

Στη συζήτηση του forum.atheia.gr ειπώθηκαν πολλά που δείχνουν ότι δεν υπάρχει και πολύ επαφή με την Φυσική από αυτούς που τα είπαν, όπως για παράδειγμα το ότι από την ηλεκτροχημεία προκύπτει ότι δεν μπορούν να υπάρχουν οι Αστέρες Νετρονίων, αφού τα νετρόνια δεν μπορούν να συνυπάρχουν πολλά μαζί ή κάτι τέτοιο και αυτό έχει να κάνει με την απαγορευτική αρχή του Pauli ή ότι οι κίνηση των αστέρων στο κέντρο του γαλαξία στην περιοχή του Sgr A* μπορεί να εξηγηθεί με Biot-Savart. Κουκουρούκου. Δεν θα ασχοληθώ με αυτά, αλλά ούτε και με την επίθεση στην Σχετικότητα και το Standard Model. Και αν και όσα έχω αναφέρει παραπάνω σκοτώνουν το Electric-Plasma Universe, θα συνεχίσω λίγο ακόμα σε ένα-δύο σημεία.

Το θέμα του Electric-Plasma Universe με είχε απασχολήσει και παλαιότερα όταν είχε γίνει ένας σχετικός ντόρος με έναν αστεροειδή, τον 2007 TU24, ο οποίος σύμφωνα με το Pasma Universe θα μπορούσε να μας πηδήξει όλους. Επανερχόμενος στο θέμα, με αφορμή τον φίλο ηλεκτρολόγο Πάνο και αυτά που έχει γράψει στο forum.atheia.gr, θα αναφερθώ σε δύο σημεία. Το ένα έχει να κάνει με την φυσική του πλάσματος και το άλλο με τις αστροφυσικές παρατηρήσεις.

Σύμφωνα με το μοντέλο του Electric-Plasma Universe (EU από εδώ και πέρα γιατί βαρέθηκα να το γράφω), το σύμπαν είναι γεμάτο από πλάσμα. Χαίρω πολύ, αυτό είναι γνωστό στην Αστροφυσική. Το πλάσμα όμως είναι ηλεκτρικά ουδέτερο, αφού έχει το ίδιο αρνητικό φορτίο σε ηλεκτρόνια με το θετικό φορτίο σε ιόντα. Όπως είχα εξηγήσει τότε στο θέμα με τον 2007 TU24, οι ιδιότητες και η δομή του πλάσματος είναι τέτοια ώστε τα ηλεκτρικά πεδία μέσα στο πλάσμα να μην μπορούν να γίνουν αισθητά πέρα από μερικές φορές το μήκος Debye. Το ηλεκτρικό πεδίο μπορεί ενδεχομένως να παίξει κάποιο ρόλο σε περιπτώσεις όπου έχουμε έντονα χρονικά μεταβαλλόμενα φαινόμενα, όπως είναι για παράδειγμα οι γεωμαγνητικές καταιγίδες ή οι εκλάμψεις στον Ήλιο ή τέτοια εκρηκτικά φαινόμενα, αλλά όχι σε στάσιμες καταστάσεις όπως είναι για παράδειγμα ο Ηλιακός Άνεμος ή τα νέφη ιονισμένου αερίου που υπάρχουν στον διαστρικό χώρο και τον διαγαλαξιακό χώρο. Για τον λόγο αυτό φαίνεται ότι οι υποστηρικτές του EU έχουν υιοθετήσει την έννοια του Real-Plasma και του Pseudo-Plasma. Το δικό μας το καλό και το άλλο το κακό...
Το μαγνητικό πεδίο από την άλλη είναι διαφορετική ιστορία. Από τις ιδιότητες του πλάσματος μπορούν πράγματι να προκύψουν πολύ ισχυρά ρεύματα και μαγνητικά πεδία κάτω από τις κατάλληλες συνθήκες και το μαγνητικό πεδίο γενικά κυριαρχεί στο πλάσμα. Το ερώτημα είναι λοιπόν, μπορούμε και αν ναι, πως μπορούμε να εκτιμήσουμε την ένταση του μαγνητικού πεδίου στον διαστρικό χώρο και τελικά ποια είναι αυτή;

Η απάντηση είναι ότι μπορούμε με διάφορους φυσικούς μηχανισμούς να εκτιμήσουμε το μαγνητικό πεδίο και το έχουμε κάνει. Ένας από τους μηχανισμούς είναι το Faraday Rotation του επίπεδου πόλωσης του πολωμένου φωτός, καθώς αυτό διαδίδεται μέσα από διαστρικό πλάσμα σε συνδιασμό με την διασπορά του λόγο του πλάσματος. Ένας άλλος μηχανισμός είναι η πόλωση του Αστρικού Φωτός από την σκόνη που προσανατολίζετε ανάλογα με το πως είναι το γαλαξιακό μαγνητικό πεδίο. Ένας άλλος μηχανισμός είναι το Zeeman Effect που παρατηρείται στην εκπομπή των 21-cm του ατομικού υδρογόνου. Που οδηγούν όλες αυτές οι παρατηρήσεις; Οδηγούν στο ότι το μαγνητικό πεδίο στον γαλαξία μας για παράδειγμα είναι της τάξης τον μερικά x10^-10 Tesla το οποίο μπορεί να είναι κάπως ισχυρότερο σε μερικές περιοχές όπως τα μεσοαστρικά νέφη. Ενδεικτικά το μαγνητικό πεδίο της Γης είναι 5 τάξεις μεγέθους ισχυρότερο.
Με λίγα λόγια, υπάρχουν μετρήσεις που υποδεικνύουν ότι οι υποθέσεις του EU δεν επαληθεύονται. Φυσικά το πλάσμα και τα μαγνητικά πεδία παίζουν τεράστιο ρόλο στην Αστροφυσική, αλλά όχι τον ρόλο που το EU θα ήθελε.

Συμπέρασμα

Με τα παραπάνω ούτε καν ξύσαμε την επιφάνεια της Αστροφυσικής και των παρατηρησιακών δεδομένων που υπάρχουν. Και ποιο είναι το συμπέρασμα; Το συμπέρασμα είναι ότι προφανώς η Αστροφυσική και η Κοσμολογία δεν έχουν δώσει απαντήσεις σε όλα τα ερωτήματα. Φυσικά και δεν έχουν λυθεί όλα τα προβλήματα. Αλλά αυτός είναι ο τρόπος που δουλεύουν τα πράγματα και οι επιστήμες αυτές έχουν πάει πολύ μακριά και έχουν και ακόμα περισσότερο δρόμο να πάνε. Δεν υπάρχουν τελικές απαντήσεις και καμία θεωρία-μοντέλο δεν εξηγεί τα πάντα (ακόμα τουλάχιστον). Αν κάποιος ισχυρίζεται σήμερα ότι έχει μια τέτοια θεωρία-μοντέλο, τότε μάλλον δεν αξίζει μία γιατί θα είναι σχεδόν σίγουρα λάθος. Πέρα από αυτό, όλα τα μοντέλα έχουν το πεδίο εφαρμογής τους και έξω από αυτό δεν μπορούν να πουν τίποτα. Έτσι και το Big Bang. Όπως και να έχει όμως, αυτή τη στιγμή είναι το καλύτερο μοντέλο που έχουμε για την εξέλιξη του Σύμπαντος σύμφωνα με τις βασικές θεωρίες της φυσικής που έχουμε και με ένα τεράστιο φάσμα από παρατηρήσεις.

Αυτά τα ολίγα out of the top of my head.

----------------------------------------------------------
Update (Bibliography): Τελείως ενδεικτικά και σχεδόν random,

[1]M.S.Longair, High Energy Astrophysics, Volume 1,2, 1994 (CUP)
[2]R.P.Kirshner, Foundations of Supernova Cosmology, from "Dark energy-- observational and theoretical approaches", Pilar Ruiz-Lapuente (CUP) [arXiv:0910.0257 [astro-ph.CO]]
[3]Angela V.Olinto, Cosmological Magnetic Fields, from "Proceedings of the 3rd RESCEU Symposium, University of Tokyo, Nov. 10-13, 1997", K. Sato, T. Yanagida, and T. Shiromizu [arXiv:astro-ph/9807051]
[4]Bryan M. Gaensler, Revealing Cosmic Magnetism with Radio Polarimetry, proceedings of "From Planets to Dark Energy: the Modern Radio Universe", R. Beswick et al., (PoS) [arXiv:0712.2862v1 [astro-ph]]
[5]Elisabete M. de Gouveia Dal Pino, Cosmic Magnetic Fields: from Stars and Galaxies to the Primordial Universe, Procs. of the Sobral Conference on "The Sun, The Stars, The Universe and General Relativity", 2009, American Institute of Physics (AIP) Procs., NY, eds. M. Novello et al [arXiv:1003.3884 [astro-ph.CO]]
[6]P. J. E. Peebles, Open Problems in Cosmology [arXiv:astro-ph/0311435]
[7]P. J. E. Peebles, The Standard Cosmological Model, les Rencontres de Physique de la Vallee d Aosta (1998) ed. M. Greco [arXiv:astro-ph/9806201]
[8]Mark Trodden, Sean M. Carroll, TASI Lectures: Introduction to Cosmology [arXiv:astro-ph/0401547]
[9]Michael S. Turner, J. Anthony Tyson, Rev. Mod. Phys. 71, S145–S164 (1999), Cosmology at the millennium
[10]Living Reviews in Relativity: Physical Cosmology
[11]Living Reviews in Relativity: Experimental Foundations of Gravitation


2ο Update: Από τα σχόλια που έκανα και από τον Γιατρό του ΙΚΑ που ζωγράφισε στο forum με ένα πολύ καλό link:

1. Από ότι είδα στο forum, ο Πάνος έκανε ένα σχόλιο σε αυτά που έγραψα.

Τα ουσιαστικά σημεία του είναι δύο. Το ένα έχει να κάνει με το redshift και στηρίζεται στις ενστάσεις του H. Arp και το άλλο έχει να κάνει με την σχετική διαφορά στην ισχύ των μαγνητικών δυνάμεων με τις βαρυτικές.

Καταρχήν ο Arp είναι οπαδός του Steady State Cosmology των Hoyle και Narlikar, σε μια παραλλαγή του που διατύπωσε ο Narlikar πιο μετά (Narlikar, Ann.Phys. 107, 325(1977)), γνωστό ως conformal gravity. Όπως φαίνεται και από το link που δίνει ο Πάνος στο forum, καμία σχέση με Plasma Cosmology.
Οι ενστάσεις του Arp λοιπόν, είναι πάνω στα παρατηρούμενα redshifts των Quasars, anomalus redshifts κλπ. και βασίζεται στο κοσμολογικό μοντέλο του Narlikar (Narlikar, J. & Arp, H., ApJ 405, 51(1993)). Ξεκινάμε λοιπόν από το θέμα των redshifts. Όπως αναφέρω και στο κείμενο, δεν είναι το redshift και ειδικά από τους Quasars, το μόνο στοιχείο που συνηγορεί με την διαστολή. Σήμερα, υπάρχει ένας τεράστιος όγκος δεδομένων από τα SN Ia που όχι μόνο τα συνδέουμε με κάποιο redshift σε φάσματα, αλλά βλέπουμε τον χρόνο να κυλάει πιο αργά σε συμφωνία με αυτό που θα περιμέναμε από τη διαστολή του σύμπαντος.
Ακόμα, το μοντέλο του Narlikar προβλέπει ότι οι μάζες θα εξαρτώνται από τον χρόνο (πράγμα που θυμίζει και ένα άλλο μοντέλο με το οποίο είχα ασχοληθεί) και συγκεκριμένα λέει ότι οι μάζες θα έχουν ρυθμό μεταβολής ανάλογο της σημερινής τιμής της σταθεράς του Hubble (\frac{\dot{m}}{m}~H_0 για τους κατέχοντες). Δηλαδή, αυτός ο ρυθμός είναι περίπου 2x10^-18 s^-1. Ένας τέτοιος ρυθμός μεταβολής αποκλείεται από τους περιορισμούς που έχουμε από το Lunar Laser Ranging experiment για 2 τάξεις μεγέθους. Άρα η κοσμολογία του Narlikar αποκλείεται από τα tests της βαρύτητας. Άσε που έχω τις επιφυλάξεις μου για το πως πάει από ευστάθεια το μοντέλο του. Άρα πάνε περίπατο και οι ενστάσεις του Arp.

Σχετικά με τη δεύτερη ένσταση, ο φίλος Πάνος ξεχνά ότι η βαρύτητα είναι ανάλογη και της μάζας και στην αστροφυσική οι μάζες είναι "πολύ" μεγάλες.

Αυτά ήταν για λόγους πληρότητας κυρίως και γιατί μου φάνηκε ενδιαφέρουσα η περίπτωση των Arp και Narlikar.
---------------------------

2. Να συμπληρώσω ότι ο Narlikar, όπως φαίνεται και σ' αυτό το paper (Narlikar et al., J.Astrophys.Astron.28,67(2007)), αποδέχεται την διαστολή του σύμπαντος και το όγκο των δεδομένων που την υποδεικνύουν και επιστρέφει στην αρχική μορφή του steady state cosmology των Hoyle, Bondi, Gold & Narlikar, και για την ακρίβεια μία νεότερη παραλλαγή του που προβλέπει και επιταχυνόμενη διαστολή (Quasi-Steady State Cosmology (QSSC), Hoyle, F., Burbidge, G., Narlikar, J. V. 1993, ApJ, 410, 437).

Από τα παραπάνω, εκεί που θέλω να σταθώ είναι στο ότι οι άνθρωποι αυτοί είναι σοβαροί επιστήμονες και προσπαθούν να παίρνουν υπόψη τους τα δεδομένα. Μπορεί να είχαν τις ενστάσεις τους για το Big Bang, αλλά όταν το θέμα της διαστολής έγινε αναπόφευκτο με βάση τα δεδομένα, το δέχτηκαν και πήγαν παρακάτω.
--------------------------------------

3. Και το link που δίνει ο Γιατρός είναι για το site του Edward Wright και συγκεκριμένα η σελίδα, Errors in the "The Big Bang Never Happened" όπου σχολιάζει την κριτική που κάνει στο βιβλίο του ο Eric Lerner (αυτουνού με το μανιφέστο ενάντια στο Big Bang) και επισημαίνει τα λάθη του. Στο ίδιο site, μπορεί να βρει κανείς την ιστορία με τα SN Ia και το redshift στα οποία αναφέρθηκα και μπορεί να βρει και μια σελίδα αφιερωμένη στο Steady State και Quasi-Steady State Cosmology των Hoyle και Narlikar που συζήτησα παραπάνω με τίτλο, Errors in the Steady State and Quasi-SS Models, όπου συζητάει και τα papers που αναφέρω παραπάνω και επισημαίνει μια όχι και τόσο τίμια στάση των συγγραφέων. Αξίζει να τα δει κανείς, γιατί έχουν πολύ ενδιαφέρον.

Για εμένα τουλάχιστον, το όλο θέμα είναι πολύ σαφές. Το Plasma Cosmology παίρνει δυναμικά τον πούλο.

Against Big Bang ή Δημοσιογραφία του Κώλου

Η αλήθεια είναι ότι τους την είχα στημένη...
Τους περίμενα στη γωνιά...
Και δυστυχώς ήταν συνεπείς στο ραντεβού τους.

Αποφάσισα λοιπόν σήμερα, να βγω να πιω έναν καφέ και να ρίξω μία ματιά στις κυριακάτικες εφημερίδες, περιμένοντας να δω τις γνωστές μπούρδες περί "Πειράματος του Θεού" και όλα τα σχετικά.
Αυτό που είδα όμως, ξεπερνούσε και την πιο τρελή φαντασία. Ο Richard Feynman ζει και μας κάνει και πλάκα (κάτι σαν τον Andy Kaufman).

Πηγή αυτής της συγκλονιστικής πληροφορίας, η έγκυρη εφημερίδα Ελευθεροτυπία και συγκεκριμένα το άρθρο της Γεωργίας Λινάρδου με τίτλο "Η μεγάλη αντι-Big Bang σχολή".

Το θέμα του άρθρου, όπως λέει και ο τίτλος, είναι ένα μανιφέστο κατά του Big Bang:

Όμως, ένα πρωτοφανές μανιφέστο που υπογράφεται από 33 σημαντικά στελέχη της παγκόσμιας επιστημονικής κοινότητας αμφισβητεί ότι ο κόσμος δημιουργήθηκε εξαιτίας του Big Bang και υποστηρίζει ότι η επικράτηση αυτής της θεωρίας, με απλά λόγια, έγινε για το χρήμα και μόνο!

Το άρθρο λοιπόν, μας πληροφορεί στο τέλος του, ότι το συγκεκριμένο μανιφέστο που "ξεκίνησε το 2004 και γιγαντώνεται" το υπογράφει και ο Richard Feynman:

Κατά τον Ρίτσαρντ Φέινμαν, που υπογράφει και ο ίδιος το μανιφέστο, «η επιστήμη είναι ο πολιτισμός της αμφιβολίας».

Το άρθρο, φυσικά, μας πληροφορεί και άλλα ενδιαφέροντα πράγματα, όπως:

Εκτός από τους αντι-Big Bang και ο Στίβεν Χόκινγκ αντιμετωπίζει τουλάχιστον με επιφυλακτικότητα το πείραμα του αιώνα. Εφτασε στο σημείο να βάλει στοίχημα 100 δολάρια (τόσο αστεία προφανώς αντιμετωπίζει την όλη ιστορία) με τον ερευνητή Χιγκς, που πιστεύει ότι το μποζόνιο, που έχει πάρει το όνομά του, είναι το «σωματίδιο του Θεού».

Μας πληροφορεί δηλαδή πόσο αστεία φαίνεται η ιστορία της απόδειξης του Big Bang από το πείραμα στο CERN στον S. Hawking (πράγμα που υπό μία έννοια δεν είναι λάθος, αφού το CERN δεν πάει να αποδείξει το Big Bang) και μας πληροφορεί ακόμα ότι ο P. Higgs πιστεύει ότι το μποζόνιο higgs είναι το "σωματίδιο του Θεού"...

Τι μας λέτε ρε παιδιά; Φοβερά πράγματα... που λέει και ο Λιακόπουλος!!!

Ε Λ Ε Ο Σ!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

Έλεος πια με την δημοσιογραφική μαλακία που σας δέρνει. Δεν σας μάθανε στη σχολή που βγάλατε ότι πρέπει να κάνετε έρευνα στα ρεπορτάζ σας;

Καταρχήν λοιπόν ο συγχωρεμένος ο Feynman έχει πεθάνει εδώ και 20 χρόνια και είμαι σίγουρος ότι αν ζούσε θα φασκέλωνε με χέρια και με πόδια αν διάβαζε το συγκεκριμένο άρθρο.

Κατά δεύτερον, ο S. Hawking μαζί με τον R. Penrose την δεκαετία του 70 θεμελίωσαν μία σειρά από θεωρήματα σχετικά με τις ανωμαλίες (singularity theorems) που ουσιαστικά προσέφεραν την θεωρητική θεμελίωση της δυνατότητας ύπαρξης των μελανών οπών και του Big Bang. Ακόμα, όλοι ξέρουν ότι οι S. Hawking είχε βάλει ακόμα ένα στοίχημα στο παρελθόν, αυτή τη φορά με τον Kip Thorne, για το ζήτημα της ύπαρξης των μελανών οπών. Ο Hawking είχε στοιχηματίσει λοιπόν ενάντια στην ύπαρξη των μελανών οπών (ναι ναι, αυτός που τις θεμελίωσε) και το στοίχημα ήταν ότι θα πλήρωνε μία ετήσια συνδρομή στο περιοδικό Penthouse στο όνομα του Thorne. Όπως λέει και ο ίδιος στο Χρονικό του Χρόνου:

This was a form of insurance policy for me. I have done a lot of work on black holes, and it would all be wasted if it turned out that black holes do not exist. But in that case, I would have the consolation of winning my bet, which would win me four years of the magazine Private Eye. If black holes do exist, Kip will get one year of Penthouse. When we made the bet in 1975, we were 80% certain that Cygnus was a black hole. By now, I would say that we are about 95% certain, but the bet has yet to be settled.

πράγμα το οποίο μας λέει πολλά για την λογική αυτών των στοιχημάτων.

Τέλος, η πρόταση "...με τον ερευνητή Χιγκς, που πιστεύει ότι το μποζόνιο higgs είναι το «σωματίδιο του Θεού»" είναι τόσο γελοία που είναι ανάξια σχολιασμού.

Φυσικά, η δημοσιογράφος, δεν μας δίνει καμία πηγή για το επικαλούμενο «μανιφέστο».

Με λίγο ψάξιμο, προκύπτει ο Eric Lerner, υποστηρικτής της θεωρίας του plasma universe ή electric universe και του plasma cosmology, ενώ το «μανιφέστο» μπορεί να το δει κανείς σε αυτή τη σελίδα. Ο καθένας μπορεί να βγάλει τα συμπεράσματά του για αυτή τη θεωρία και ειδικότερα σήμερα στην μετά WMAP εποχή. Εγώ απλά να θυμίσω ότι στις αρχές του χρόνου υπήρχε μία ιστορία σχετικά με τον αστεροειδή 2007 TU24 που θα πέρναγε κοντά από τη Γη (στην οποία αναφέρεται και ο Bad Astronomer) και η οποία ήταν βασισμένη στη θεωρία του electric universe ή κάποιας παραλλαγής της θεωρίας αυτής, όπως τουλάχιστον την αντιλαμβάνονταν κάποιοι.

Όπως και να έχει, το θέμα δεν είναι στη συγκεκριμένη θεωρία και τους υποστηρικτές της.

Το θέμα είναι η τραγική κατάσταση της «επιστημονικής δημοσιογραφίας» στην Ελλάδα, όπου ο κάθε άσχετος γράφει ότι του κατέβει στο κεφάλι ή ακόμα χειρότερα, εφαρμόζοντας καθιερωμένες τακτικές άλλων δημοσιογραφικών πεδίων, «δημιουργεί» ειδήσεις από το πουθενά, μαγειρεύοντας και εφαρμόζοντας κοπτοραπτική.

Επιτέλους, δεν μπορεί ο καθένας να ασχολείται με τη δημοσιογραφία πάνω σε επιστημονικά θέματα. Και αν στη Φυσική «δεν έγινε και τίποτα» (που προσωπικά θεωρώ ότι έγινε), όταν το θέμα είναι η Ιατρική ή η Οικολογία και το Περιβάλλον, τα πράγματα είναι σοβαρά.

Συγχαρητήρια λοιπόν στην Ελευθεροτυπία και την κ. Γεωργία Λινάρδου για την «πολύ καλή» δημοσιογραφική δουλειά.

Πέρασε ο 2007 TU24 και πάει...

Πέρασε ο 2007 TU24 και προφανώς δεν έγινε τίποτα. Η σχετική ανακοίνωση της NASA υπάρχει στο link NASA News Releases: Asteroid Zooms by Earth, από όπου παραθέτω:

As expected, Asteroid 2007 TU24 made its closest approach to Earth at 12:33 a.m. today, Jan. 29 (3:33 a.m. Eastern time), and is now headed away from our planet. At its closest point, the asteroid was 554,209 kilometers (344,370 miles) from Earth, or roughly 1.4 times the distance between the moon and Earth.

Το site έχει και μια παραπομπή στο παρακάτω video όπου ένας ειδικός του JPL εξηγεί μερικά πράγματα για την διέλευση του αστεροειδή.



Τέλος πάντων, πάει αυτό...

Η όλη ιστορία με τους αστεροειδείς είχε ακόμα ένα ενδιαφέρον γεγονός αυτές της ημέρες, σχεδόν ταυτόχρονα με την διέλευση του 2007 TU24. Με 1-2 μέρες διαφορά (31/01/2008) ο αστεροειδής 2007 WD5 θα πέρναγε "πολύ κοντά" από τον Άρη, με πιθανότητα να τον χτυπήσει. Σύμφωνα με το άρθρο The Planetary Society Weblog: WD5 most likely missed Mars, but we may never know, μάλλον ο αστεροειδής δεν έπεσε πάνω στον Άρη, αλλά η διέλευση ήταν σε τόσο κοντινή απόσταση (και με τέτοια αβεβαιότητα) που ο αστεροειδής 2007 WD5 θεωρείται χαμένος.

Ο WD5 είναι αρκετά μικρός (50 μέτρα διάμετρο) για να μπορεί να εντοπιστεί εύκολα με τηλεσκόπια τόσο μακριά από τη Γη και υπήρχε εξ' αρχής μία σχετική αβεβαιότητα στη θέση του, ενώ το γεγονός ότι πέρασε από τον Άρη σε απόσταση περίπου 6.5 φορές την ακτίνα του, σημαίνει ότι η τροχιά του έχει αλλάξει αρκετά με την διαδικασία που ονομάζεται gravity assist, δηλαδή η βαρύτητα του Άρη λειτούργησε σαν σφεντόνα αλλάζοντας την διεύθυνση και την ταχύτητα της κίνησης του αστεροειδή. Την διαδικασία αυτή χρησιμοποιούν συχνά τα διαστημόπλοια που στέλνουμε σε αποστολές στους εξωτερικούς πλανήτες και χρειάζονται μεγάλη ταχύτητα για να φτάσουν εκεί, οπότε ξέρουμε να υπολογίζουμε καλά τα αποτελέσματα από ένα τέτοιο gravity assist. Η διαφορά σ' αυτή την περίπτωση είναι στην αρχική αβεβαιότητα. Σύμφωνα με τις τελευταίες παρατηρήσεις του WD5, ο αστεροειδής πέρασε σε απόσταση από τον Άρη 6.5 φορές την ακτίνα του, με αβεβαιότητα όμως περίπου 2 ακτίνες Άρη. Αυτή η διαφορά είναι αρκετή για να μην μπορούμε να εκτιμήσουμε την τροχιά μετά την αλληλεπίδραση σύμφωνα και με αυτά που λέγαμε στο προηγούμενο ποστ.

Το άρθρο στο "The Planetary Society Weblog" έχει και μερικά ακόμα ενδιαφέροντα πραγματάκια, που αξίζει να τα δει κανείς.

Η διέλευση του αστεροειδή 2007 TU24

Το Αστρονομικό γεγονός των ημερών είναι η διέλευση του αστεροειδή 2007 TU24, ο οποίος ήταν στο πλησιέστερο σημείο εχθές πριν το μεσημέρι ώρα Ελλάδος αν δεν κάνω λάθος. Τις προηγούμενες ημέρες είχα πάρει και το σχετικό e-mail, από τα ενημερωτικά που στέλνει το JPL(Jet Propulsion Laboratory) της NASA (αεριωθούμενο εργαστήριο προώθησης κατά μερικούς), που έλεγε:

Scientists are monitoring the orbit of asteroid 2007 TU24. The asteroid, believed to be between 150 meters (500 feet) and 610 meters (2,000 feet) in size, is expected to fly past Earth on Jan. 29, with its closest distance being about 537,500 kilometers (334,000 miles) at 12:33 a.m. Pacific time (3:33 a.m. Eastern time). It should be observable that night by amateur astronomers with modest-sized telescopes...

"This will be the closest approach by a known asteroid of this size or larger until 2027," said Don Yeomans, manager of the Near Earth Object Program Office at JPL. "As its closest approach is about one-and-a-half times the distance of Earth to the moon, there is no reason for concern. On the contrary, Mother Nature is providing us an excellent opportunity to perform scientific observations."

NASA detects and tracks asteroids and comets passing close to Earth. The Near Earth Object Observation Program, commonly called "Spaceguard," discovers, characterizes and computes trajectories for these objects to determine if any could be potentially hazardous to our planet.

Για να έχουμε και μια σχετική εικόνα του πόσο μακριά θα περάσει από τη Γη αυτός ο αστεροειδής, τα 540,000 χιλιόμετρα είναι περίπου 1.4 φορές η απόσταση Γης – Σελήνης, δηλαδή μιλάμε για μία αρκετά μεγάλη απόσταση.

Πολύ ενδιαφέροντα στοιχεία για αυτόν τον αστεροειδή, αλλά και για τους αστεροειδείς γενικότερα, το πόσο επικίνδυνοι είναι, την κλίμακα επικινδυνότητας (Torino scale) και τους πιο επικίνδυνους από αυτούς, μπορεί να βρει κανείς στο σχετικό site http://neo.jpl.nasa.gov. Ένα ακόμα ενδιαφέρων site που ασχολείται με αυτά τα πράγματα, αλλά και πολλά άλλα όπως ο Ηλιακός καιρός, η εμφάνιση κομητών ή πολικού σέλαος, όμορφα μετεωρολογικά φαινόμενα, η παρουσία μεγάλων ηλιακών κηλίδων και διάφορα άλλα είναι και το www.spaceweather.com.

Στο spaceweather.com μπορεί να δει κανείς εκτός από την τρέχουσα σελίδα, 30/01/2008 που παραπέμπει σε φωτογραφίες του αστεροειδή, και τις παλαιότερες, όπου αξίζει να δείτε την σελίδα για τις 29/01/2008 όπου παρουσιάζονται δύο θέματα σχετικά με δύο υπέροχα ατμοσφαιρικά φαινόμενα, το ένα για το Kern arc και το άλλο για τα Νacreous clouds, που είναι ουσιαστικά οπτικά φαινόμενα που οφείλονται στην αντανάκλαση του ηλιακού φωτός από παγοκρυστάλλους στην ατμόσφαιρα.

Επιστρέφοντας στο θέμα του αστεροειδή, μετά την χθεσινή του διέλευση, υπάρχουν και σχετικές φωτογραφίες που τράβηξαν διάφοροι ερασιτέχνες αστροφωτογράφοι και τις οποίες μπορεί να δει κανείς σ’ αυτό το forum.

Αυτά είναι τα σχετικά με την πραγματικότητας της διέλευσης του αστεροειδή, ο οποίος πρέπει να πω ότι δεν ήταν και από τους πιο δραματικούς που μας έχουν προβληματίσει, σε σύγκριση τουλάχιστον με την περίπτωση του Apophis.

Αυτό όμως δεν εμπόδισε κάποιους να καταστροφολογίσουν ασύστολα (και να συνεχίζουν να το κάνουν ακόμα και τώρα). Έτσι, κυκλοφόρησαν στο youtube διάφορα video (1, 2, 3...) σχετικά με την επερχόμενη αποκάλυψη, ενώ δημιουργήθηκε και σχετικό site για να παρακολουθήσει και να καταγράψει την καταστροφή (www.tu24.org). Φυσικά όλα αυτά είναι μπούρδες. Της κατάστασης επιλήφθηκε ο Phil Plait, γνωστός και ως Bad Astronomer, όπου με μία σειρά από άρθρα:

Asteroid to miss Earth January 29,
Repeat after me: Asteroid 2007 TU24 is no danger to Earth,
2007 TU24 miss distance update,
Asteroid 2007 TU24: No Danger to Earth,
2007 TU24: Told ya so,

καθώς και με ένα video στο youtube, ξεκαθάρισε κάποια πράγματα για την πραγματικότητα αυτού του αστεροειδή.

Παρακάτω παραθέτω δύο video, πρώτα το καταστροφολογικό και μετά του Phil Plait.

2007 TU24 Asteroid, Jan 29 2008


Asteroid 2007 TU24: No danger to Earth


Σε σχέση με το καταστροφολογικό video, αξίζει να διαβάσει όποιος δεν πείθεται από το video και μόνο του Phil και την λεπτομερή ανάλυση που κάνει στο άρθρο Repeat after me: Asteroid 2007 TU24 is no danger to Earth, όπου αντικρούει σημείο προς σημείο όλο το πρώτο video.

Πραγματικά χαίρομε που δεν το αντιλήφθηκε ο Χαρδαβέλας και ο Λιακόπουλος το όλο γεγονός, γιατί δεν θα το άντεχα. Συμπάσχω με τον Phil και τον κατανοώ απόλυτα.

Το καταστροφολογικό video πάντως, μου έδωσε αφορμή να πω δύο πραγματάκια για μερικά ενδιαφέροντα σημεία στα οποία αναφέρεται.

1. Η ακρίβεια της τροχιάς του αστεροειδή:
Πως προσδιορίζουμε την τροχιά ενός αστεροειδή όταν τον δούμε; Αυτό είναι ένα πάρα πολύ παλαιό πρόβλημα. Ένα από τα ζητούμενα για τους αστρονόμους ήταν να μπορούν να προσδιορίζουν την μελλοντική θέση ενός σώματος που παρατηρούσαν και δεν ήταν γνωστό από πριν. Προφανώς ο λόγος ήταν ότι αν δεν μπορούσαν να το κάνουν, το αντικείμενο μετά από αρκετό χρονικό διάστημα θα το έχαναν, ειδικά αν μιλάγαμε για σώματα τα οποία δεν ήταν δέσμια κοντά σε κάποιο μεγαλύτερο σώμα γνωστής τροχιάς. Για την λύση του προβλήματος λοιπόν, εφαρμόστηκαν διάφορες τεχνικές οι οποίες φυσικά στηρίζονταν στην εφαρμογή του νόμου του Νεύτωνα για την κίνηση και την παγκόσμια έλξη. Γενικά οι τροχιές που ακολουθούν τα σώματα στο ηλιακό σύστημα επηρεάζονται από τον Ήλιο και είναι 3ων συγκεκριμένων τύπων. Ελλειπτικές (δέσμιες), παραβολικές και υπερβολικές. Οι επιμέρους λεπτομέρειες των τροχιών εξαρτώνται από κάποια λίγα στοιχεία (συνολικά 6) τα οποία ονομάζονται τροχιακά στοιχεία και είναι για παράδειγμα η εκκεντρότητα της τροχιάς, η μέση ανωμαλία κ.α. Το ζητούμενο είναι λοιπόν να προσδιορίσουμε αυτά τα στοιχεία, γιατί όταν το κάνουμε θα ξέρουμε την τροχιά του αντικειμένου. Αυτός ο προσδιορισμός γίνετε με διαδοχικές παρατηρήσεις. Δηλαδή κοιτώντας την θέση στην οποία βρίσκεται το σώμα σε διαδοχικές χρονικές στιγμές, κάνουμε μια εκτίμηση των τιμών των τροχιακών στοιχείων μέχρι κάποια ακρίβεια. Με κάθε νέα παρατήρηση βελτιώνεται αυτή η ακρίβεια, πράγμα που μας επιτρέπει την ακριβέστερη εκτίμηση της θέσης του σώματος σε μεγαλύτερο βάθος χρόνου. Όπως είπαμε, τα τροχιακά στοιχεία είναι 6, ενώ με κάθε παρατήρηση που κάνουμε, προσδιορίζουμε δύο γωνίες σε κάποια χρονική στιγμή. Υπάρχει λοιπόν ένας ελάχιστος αριθμός παρατηρήσεων που πρέπει να κάνουμε ώστε να έχουμε μία εκτίμηση της τροχιάς του σώματος που μας ενδιαφέρει. Ιστορικά με το πρόβλημα αυτό ασχολήθηκαν δύο πολύ μεγάλα ονόματα της επιστήμης, ο Laplace (1780) και ο Gauss (1809), αλλά οι προσπάθειες ξεκινάνε από τον ίδιο τον Νεύτωνα, ο οποίος προσπάθησε να προσδιορίσει την τροχιά ενός κομήτη μέσα από 3 παρατηρήσεις. Την πρώτη πλήρη λύση έδωσε όμως ο Euler to 1744, ενώ με το πρόβλημα έχουν ασχοληθεί πολλοί άλλοι όπως ο Lagrange (σύγχρονα με τον Laplace) και ο Olbers (1797). Ο Gauss είναι από τις μεγαλύτερες ιδιοφυίες που πέρασαν από τα μαθηματικά. Η αφορμή για να ασχοληθεί με το συγκεκριμένο πρόβλημα ήταν η ανακάλυψη το 1801 του αστεροειδή Ceres. Μετά από μία αρχικά σύντομη παρατήρηση του από τον αστρονόμο G. Piazzi, σταμάτησε η συστηματική παρατήρησή του αστεροειδή, με αποτέλεσμα τελικά να χαθεί το αντικείμενο. Ο νεαρός τότε Gauss αποφάσισε να ασχοληθεί με το πρόβλημα, το οποίο και έλυσε σε σύντομο χρονικό διάστημα και εξέδωσε εκτιμήσεις για την θέση του αστεροειδή. Οι εκτιμήσεις του όμως διέφεραν από τις εκτιμήσεις άλλων αστρονόμων που είχαν ασχοληθεί με το πρόβλημα της θέσης του Ceres. Ο αστεροειδής τελικά βρέθηκε από τους αστρονόμους στην θέση που είχε εκτιμήσει ο Gauss.

2. Φορτισμένοι αστεροειδείς:
Μπορεί να υπάρξει ένας αστεροειδής με κάποιο θετικό ή αρνητικό φορτίο; Αυτή είναι μία ενδιαφέρουσα ερώτηση, για την απάντηση της οποίας πρέπει να ξέρουμε μερικά πραγματάκια για τα πλάσματα (την 4η κατάσταση της ύλης). Αρχικά λοιπόν πρέπει να πούμε τι είναι το πλάσμα. Χονδρικά, είναι ένα ηλεκτρικά ουδέτερο ρευστό που αποτελείται από θετικά και αρνητικά φορτία. Παράδειγμα πλάσματος είναι ο Ηλιακός άνεμος, μία ροή σωματιδίων από τον Ήλιο προς τα όρια του ηλιακού μας συστήματος, που γεμίζει τον διαπλανητικό χώρο. Ο Ηλιακός άνεμος αποτελείται κατά κύριο λόγο από πρωτόνια και ηλεκτρόνια. Φυσικά τα φορτία που υπάρχουν στο πλάσμα είναι ελεύθερα να κινηθούν, πράγμα το οποίο σημαίνει ότι αν υπάρξει κάποιο ηλεκτρικό πεδίο, τότε αυτά θα κινηθούν σχετικά εύκολα. Αυτό συνεπάγεται ότι γενικά τα πλάσματα έχουν μεγάλη ηλεκτρική αγωγιμότητα. Μέσα στο πλάσμα μπορεί να υπάρχει και μαγνητικό πεδίο. Συνέπια της ηλεκτρικής αγωγιμότητας του πλάσματος είναι ότι οι μαγνητικές δυναμικές γραμμές είναι «παγωμένες» μέσα στο πλάσμα, δηλαδή ότι ακολουθούν την κίνηση του ρευστού μέσα στο οποίο βρίσκονται. Αυτό έχει πολλές ενδιαφέρουσες συνέπιες, αλλά δεν θα ασχοληθούμε τώρα με αυτές.
Ας πούμε λοιπόν ότι έχουμε ένα φορτίο Q το οποίο για κάποιο λόγο το τοποθετούμε μέσα σε ένα πλάσμα. Τι θα συμβεί; Θα συμβεί κάτι φοβερό. Τα φορτία του πλάσματος γύρω από το φορτίο Q θα κινηθούν με τέτοιο τρόπο ώστε τελικά γύρο από το φορτίο Q θα έχει μαζευτεί ίση και αντίθετη ποσότητα φορτίου, δηλαδή –Q έτσι ώστε από ένα σημείο και μετά να μην είναι αισθητή η παρουσία του Q, δηλαδή να μην υπάρχει ηλεκτρικό πεδίο. Αυτό φυσικά είναι λογικό, αφού όσο υπάρχει πεδίο, τα φορτία θα κινούνται υπό την επίδρασή του, μέχρι να μην υπάρχει αυτό το πεδίο. Συγκεκριμένα αποδεικνύεται ότι το δυναμικό γύρο από το φορτίο Q θα πέφτει εκθετικά με την απόσταση με χαρακτηριστικό μήκος ελάττωσης του δυναμικού το μήκος Debye . Δηλαδή, σε απόσταση όσο μερικά μήκη Debye από το Q το φορτίο έχει «καλυφθεί» πλήρως. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται Debye screening. Αυτά ισχύουν για την περίπτωση ενός φορτίου όπως είναι για παράδειγμα ένα ιόν ή ακόμα και ένας φορτισμένος κόκκος σκόνης. Ας δούμε τι θα συμβεί αν έχουμε ένα πιο μεγάλο αντικείμενο, όπως μία μεγάλη πέτρα ή ένας αστεροειδής. Καταρχήν η ύλη από την οποία αποτελείται δεν μπορεί να είναι φορτισμένη, οπότε ξεκινάμε θεωρώντας το ουδέτερο. Η ερώτηση αρχικά είναι, μπορεί να φορτιστεί μέσα στο πλάσμα; Η απάντηση είναι ότι επειδή τα ηλεκτρόνια, που αποτελούν ουσιαστικά τα αρνητικά φορτία του πλάσματος, είναι πιο ελαφριά (έχουν μικρότερη μάζα) από τα θετικά φορτία (πρωτόνια ή και πιο βαριά ιόντα), αυτό συνεπάγεται ότι είναι και πιο κινητικά, δηλαδή κινούνται πιο γρήγορα και έχουν μεγαλύτερη συχνότητα συγκρούσεων με τα αντικείμενό μας. Άρα ο ρυθμός με τον οποίο θα πέφτουν αρνητικά φορτία στην επιφάνεια της πέτρας θα είναι μεγαλύτερος από τον ρυθμό των θετικών. Άρα θα φορτιστεί αρνητικά. Ναι, αλλά πόσο πολύ θα φορτιστεί; Η απάντηση είναι, τόσο ώστε να φτάσει στο σημείο να απωθεί τα εισερχόμενα ηλεκτρόνια. Φυσικά η κατάσταση θα είναι μία δυναμική ισορροπία προσθαφαίρεσης φορτίου καθώς θα πέφτουν θετικά και αρνητικά φορτία πάνω στην πέτρα. Χονδρικά λοιπόν η πέτρα θα φορτιστεί τόσο ώστε η κινητική ενέργεια ενός ηλεκτρονίου να είναι ίση με την δυναμική που πρέπει να ξεπεράσει, δηλαδή . Άρα το δυναμικό έξω από την πέτρα θα είναι χονδρικά . Από το δυναμικό μπορούμε να βρούμε και το πεδίο που είναι η παράγωγος ενώ από την συνθήκη ασυνέχειας στην επιφάνεια της πέτρας μπορούμε να βρούμε το επιφανειακό δέσμιο φορτίο. Φυσικά το αποτέλεσμα εξαρτάτε από το αν είναι αγωγός ή διηλεκτρικό το υλικό μας, αλλά το χονδρικό αποτέλεσμα είναι ότι υπάρχει ένα άνω όριο στο φορτίο που μπορεί να έχει ένα σώμα μέσα σε ένα πλάσμα που βασικά εξαρτάτε από τις ιδιότητες του πλάσματος (το μήκος Debye και την κινητική θερμοκρασία των ηλεκτρονίων). Έτσι για τα χαρακτηριστικά του Ηλιακού ανέμου, η επιφανειακή πυκνότητα φορτίου που μπορεί να έχει ένα σώμα είναι το πολύ της τάξης του και με δεδομένες τις διαστάσεις του συγκεκριμένου αστεροειδή, το συνολικό φορτίο του μπορεί να είναι της τάξης του (αν δεν έχω κάνει κάποιο λάθος). Φυσικά η επίδραση αυτού του φορτίου δεν ξεπερνά την κλίμακα των 10 μέτρων που είναι το μήκος Debye. Η όλη ανάλυση νομίζω ότι ξεκαθαρίζει και το γιατί δεν μπορεί να έχει ένας φορτισμένος αστεροειδής που περνά σε απόσταση 1.4 φορές την απόσταση Γης-Σελήνης την όποια ηλεκτρομαγνητική επίδραση εδώ.

3. Πολικό Σέλας:
Στο καταστροφολογικό video αναφέρετε σε κάποιο σημείο το πολικό σέλας ως παράδειγμα ενός «plasma discharge». Δεν είμαι σίγουρος τι εννοεί όταν λέει «plasma discharge», αλλά σίγουρα το πολικό σέλας δεν είναι κάτι τέτοιο. Όπως είπαμε και παραπάνω, από τον Ήλιο δεχόμαστε μια συνεχή ροή από φορτισμένα σωματίδια, τα οποία μπορούν να έχουν αρκετά υψηλή ενέργεια. Ακόμα είπαμε ότι μέσα στο πλάσμα υπάρχουν και μαγνητικά πεδία. Τα φορτισμένα σωματίδια λοιπόν που κινούνται μέσα στο πλάσμα παρουσία αυτών των μαγνητικών πεδίων, είναι αναγκασμένα να κάνουν ελικοειδείς τροχιές γύρω από τις μαγνητικές δυναμικές γραμμές. Αυτό οφείλεται στην δύναμη Lorentz που μαθαίνουμε στο σχολείο. Αυτή η δύναμη λειτουργεί ως κεντρομόλος και κρατάει τα φορτία σαν να είναι δεμένα με σκοινάκι πάνω στις δυναμικές γραμμές, ενώ από την άλλη τα φορτία κινούνται ελεύθερα κατά μήκος τους σαν χάντρες πάνω σε σύρμα. Οι μαγνητικές δυναμικές γραμμές λοιπόν καθορίζουν την κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων (φυσικά είναι μια σχέση αλληλεπίδρασης, αλλά οι λεπτομέρειες δεν μας ενδιαφέρουν αυτή τη στιγμή). Αυτές οι δυναμικές γραμμές έχουν μια πολύ ενδιαφέρουσα ιδιότητα, δεν μπορούν να τέμνονται. Επειδή λοιπόν δεν μπορούν να τέμνονται, όταν ένα φορτίο βρίσκετε σε μία δυναμική γραμμή, δεν μπορεί να μεταπηδήσει εύκολα σε μία άλλη. Όπως είπαμε, ο Ηλιακός άνεμος φεύγει από τον Ήλιο και φτάνει στη Γη. Όταν συναντά το μαγνητικό πεδίο της Γης αλληλεπιδρούν. Όπως είπαμε, τα μαγνητικά πεδία του Ηλιακού ανέμου δεν μπορούν να μπλεχτούν με το μαγνητικό πεδίο της Γης. Αυτό μας προστατεύει και από τα ενεργητικά σωματίδια που έρχονται από τον Ήλιο.

Υπάρχει όμως μια εναλλακτική στα παραπάνω. Μπορεί γενικά οι μαγνητικές δυναμικές γραμμές να μην μπορούν να μπλεχτούν, αλλά υπό κάποιες συνθήκες δύο μαγνητικές γραμμές που έρχονται πολύ κοντά μπορούν να ανταλλάξουν άκρα. Αυτή η διαδικασία λέγεται μαγνητική επανασύνδεση και συμβαίνει κοντά στους μαγνητικούς πόλους της Γης, από όπου διαρρέουν από τον Ηλιακό άνεμο φορτισμένα σωματίδια υψηλής ενέργειας προς τη Γη. Τα σωματίδια αυτά όταν συναντούν την ατμόσφαιρα άτομα ή μόρια, τα διεγείρουν και αυτά με τη σειρά τους όταν αποδιεγείρονται ακτινοβολούν. Για παράδειγμα τα πράσινα και κόκκινα χρώματα που βλέπουμε ψηλά στην ατμόσφαιρα οφείλονται σε άτομα οξυγόνου, ενώ κάποιες μπλε εκπομπές οφείλονται στο άζωτο. Το γεγονός ότι τα φορτισμένα σωματίδια ακολουθούν τις δυναμικές γραμμές του μαγνητικού πεδίου της Γης είναι που δίνει στο σέλας το χαρακτηριστικό σαν κουρτίνα σχήμα του.

4. Ηλεκτρικές καταιγίδες:
Στη σειρά The Feynman Lectures on Physics, στον δεύτερο τόμο, υπάρχει το κεφάλαιο 9 με τίτλο Electricity in the Atmosphere. Φυσικά όλη η σειρά είναι μια αριστουργηματική παρουσίαση της φυσικής, κάτι που χαρακτηρίζει τον Feynman, αλλά σ’ αυτό το κεφάλαιο, αυτό που έχει πολύ ενδιαφέρον είναι το πώς παρουσιάζει ένα θέμα το οποίο δεν άπτεται της βασικής φυσικής και είναι προφανώς τελείως εκτός του ερευνητικού του ενδιαφέροντος. Δεν θα μπω σε λεπτομέρειες του κεφαλαίου, το οποίο παρουσιάζει, στο βαθμό που ήταν τότε γνωστό, το πώς δουλεύουν οι ηλεκτρικές καταιγίδες και το πώς αυτές «φορτίζουν» τη Γη, αλλά απλά θα αναφέρω μερικά ενδιαφέροντα στοιχεία. Καταρχήν, στην ατμόσφαιρα υπάρχει μια κατακόρυφη βαθμίδα ηλεκτρικού δυναμικού, δηλαδή αλλάζει το δυναμικό με το ύψος. Η βαθμίδα αυτή είναι περίπου 100 Volt ανά μέτρο, δηλαδή σε ύψος για παράδειγμα 2 μέτρων πάνω από το έδαφος υπάρχει διαφορά δυναμικού με το έδαφος ίση με 200 Volt. Αυτή η βαθμίδα από κάποιο ύψος και πάνω ελαττώνεται. Πάντως, ανάμεσα στο έδαφος και σε ύψος 50 χιλιομέτρων υπάρχει διαφορά δυναμικού 400,000 Volts, με την Γη να έχει αρνητικό φορτίο και την ατμόσφαιρα σε εκείνο το ύψος θετικό. Ακόμα έχει μετρηθεί ότι υπάρχει ένα συνεχές ρεύμα από την ατμόσφαιρα προς τη Γη της τάξης των . Το συνολικό ρεύμα που φτάνει στη Γη είναι 1800 Ampere και η συνολική παραγόμενη ισχύς είναι 700 μεγαβάτ. Το ρεύμα αυτό οφείλεται στην αγωγιμότητα που προκαλεί στην ατμόσφαιρα ο ιονισμός των μορίων από την κοσμική ακτινοβολία (ένα αρκετά ασθενές φαινόμενο) και θα μπορούσε να εκφορτίσει τη Γη μέσα σε 30 λεπτά (το φορτίο της οποίας είναι περίπου 36,000 Coulomb). Φυσικά το σύστημα Γης-Ατμόσφαιρας είναι ηλεκτρικά ουδέτερο, αλλά απαιτείται κάποιος δραματικός μηχανισμός που να μπορεί να διαχωρίσει τα φορτία. Αυτός ο μηχανισμός είναι οι ηλεκτρικές καταιγίδες και η δουλεία γίνεται με την βοήθεια των κεραυνών. Σε όλη τη Γη χτυπάνε κατά μέσο όρο περίπου 100 κεραυνοί το δευτερόλεπτο που μεταφέρουν περίπου 20 Coulomb αρνητικό φορτίο στην επιφάνεια.

Εντυπωσιακό, ε; Προφανώς όλα αυτά δεν έχουν καμία σχέση με αστεροειδείς.