A pair of gamma-ray photons – one possessed of a million times the energy of the other – arrived at virtually the same instant at NASA's orbiting Fermi Gamma-ray Space Telescope, where the Large Area Telescope, for which Stanford's Peter Michelson is principal investigator, detected them after a 7.3 billion year race across the universe. Some proponents of alternatives to Einstein's theory of gravity would have predicted that the more energetic would have interacted with more matter along the way and thus been much farther behind the less energetic one. They were wrong – Einstein wins this round.
Την Κυριακή, το Βήμα Science είχε μία συνέντευξη του καθηγητή και ακαδημαϊκού Δημήτρη Νανόπουλου με τίτλο: Φως στη «σκοτεινή ενέργεια». Στο άρθρο παρουσιάζονται κάποια βιογραφικά στοιχεία στην αρχή, ενώ στη συνέχεια της συνέντευξης η συζήτηση περνά στα τρέχοντα επιστημονικά ενδιαφέροντα του κ. Νανόπουλου.
Το πρώτο θέμα που θίγεται είναι το ζήτημα της εμφάνισης διασποράς στα φωτόνια υψηλής ενέργειας που έρχονται από πολύ μακριά εξαιτίας φαινομένων κβαντικής βαρύτητας, κάτι με το οποίο έχω ασχοληθεί αρκετά σ' αυτό το blog.
Μετά γίνεται μία συζήτηση για την προέλευση της κοσμολογικής σταθεράς ενώ στη συνέχεια η συζήτηση πάει στο εκπυρωτικό μοντέλο και σε διάφορες άλλες κοσμολογικές προτάσεις της M-theory.
Ευχάριστο διάλειμμα της συνέντευξης αποτελούν οι αναφορές στο Κοράνι που δίνει την ταχύτητα του φωτός (θα το αντέγραψαν σίγουρα από τον Αριστοτέλη) και η ερώτηση για το αν έχουν καταφέρει να φτιάξουν οι Αμερικάνοι και η NASA συσκευές αντιβαρύτητας...
Η συνέντευξη κλίνει με μία αναφορά στην αναζήτηση της Θεωρίας των Πάντων και της Υπερσυμμετρίας και τις σχετικές προσπάθειες που γίνονται στο CERN, όπου ο Δ. Νανόπουλος δεν ξεχνά να κατηγορήσει τον κορυφαίο θεωρητικό φυσικό Σάββα Δημόπουλο (μαζί με τον Hawking) ως τροχοπέδη στην πρόοδο της έρευνας, όπως φαίνεται στην παράθεση παρακάτω:
«Θα κάνω ένα άλμα οραματισμού: Εφόσον στον LΗC δημιουργούμε συνθήκες απαρχής του Σύμπαντος, μήπως θα μπορούσατε να πάρετε εκεί μετρήσεις ταχυτήτων διαθλασμένου φωτός,αντί να περιμένετε φωτόνια από μακρινούς γαλαξίες;».
«Πολύ, πολύ σωστό! Αν το έλεγα αυτό πριν από κάποια χρόνια, δεν θα το πίστευε κανένας. Τώρα όμως, που το λέτε, δεν είναι λάθος όραμα: όντως ο μηχανισμός είναι ο ίδιος, αλλά δεν έχουμε ακόμη επιταχυντές με την απαιτούμενη ενέργεια. Επίσης, εκτός από το τεχνικό ανέτοιμο του πράγματος, έχουμε να υπερκεράσουμε και τις εσωτερικές διαμάχες μεταξύ των φυσικών. Για παράδειγμα, η σχολή των Χόκινς- Δημόπουλου κ.ά. δεν δέχεται ακόμη κάτι τέτοιο ούτε ως δυνατότητα. Γενικά βρισκόμαστε στο ξεκίνημα μιας νέας θεώρησης της φυσικής. Θα χρειαστεί να σκύψουν επάνω της οι νέες γενιές φυσικών για να φτάσουμε στη επόμενη φάση, αυτή των κοσμογονικών ανακαλύψεων».
Αυτά με την συνέντευξη. Από όλα αυτά τα χαριτωμένα λοιπόν, εγώ θα ασχοληθώ με αυτό:
Μολονότι η διαδικασία μοιάζει με την ανάλυση του φωτός από το πρίσμα του Νεύτωνα, το φιλτράρισμα συχνοτήτων δίνει αλλαγές στην ταχύτητα με την οποία ταξιδεύει το φως. Απτά δείγματα είχαμε το 2007, όταν κατά τη διάρκεια πειράματος που έγινε από τα τηλεσκόπια ακτίνων γάμμα των Καναρίων Νήσων πήραμε μετρήσεις φωτονίων- προερχομένων από ενεργούς πυρήνες γαλαξιών που μας έδειχναν τέτοιες επιδράσεις στην ταχύτητα. Το συγκλονιστικό είναι ότι αυτές οι μετρήσεις έδιναν ακριβώς την κλίμακα που προβλέπει η Θεωρία Χορδών! Ηταν, άραγε, απλώς μια φοβερή σύμπτωση; Αποφασίσαμε να περιμένουμε και άλλες μετρήσεις.
Στα τέλη Δεκεμβρίου 2008 λάβαμε τις μετρήσεις του νέου πειράματος, που έγινε από το δορυφορικό τηλεσκόπιο ακτίνων γάμμα Fermi. Είχε συλλέξει φωτόνια ηλικίας 11 δισεκατομμυρίων ετών φωτός που... δείχνουν κλίμακα ταχυτήτων ακριβώς όμοια με εκείνη των Καναρίων Νήσων! Το πράγμα πλέον ξέφυγε από την πιθανότητα σύμπτωσης και πηγαίνει στη βεβαιότητα.
Διαβάζοντας τα παραπάνω κατάλαβα ότι είχαμε εξελίξεις στο συγκεκριμένο θέμα. Έψαξα λοιπόν στο arXiv όπου και βρήκα την εργασία των John Ellis, N. E. Mavromatos και D.V. Nanopoulos, με τίτλο: Probing a Possible Vacuum Refractive Index with γ-Ray Telescopes* και η οποία παρουσιάζεται ως *Addendum to ‘Derivation of a Vacuum Refractive Index in a Stringy Space-Time Foam Model’, Phys. Lett. B 665, 412 (2008).
Το abstract της εργασίας αναφέρει:
We have used a stringy model of quantum space-time foam to suggest that the vacuum may exhibit a non-trivial refractive index depending linearly on γ-ray energy: η − 1 ~ Eγ/MQG, where MQG is some mass scale typical of quantum gravity that may be ~ 10^18 GeV: see [1] and references therein. The MAGIC, HESS and Fermi γ-ray telescopes have recently probed the possible existence of such an energy-dependent vacuum refractive index. All find indications of time-lags for higher-energy photons, but cannot exclude the possibility that they are due to intrinsic delays at the sources. However, the MAGIC and HESS observations of time-lags in emissions from AGNs Mkn 501 and PKS 2155-304 are compatible with each other and a refractive index depending linearly on the γ-ray energy, with MQG ~ 10^18 GeV. We combine their results to estimate the time-lag Δt to be expected for the highest-energy photon from GRB 080916c measured by the Fermi telescope, which has an energy ~ 13.2 GeV, assuming the redshift z = 4.2 ± 0.3 measured by GROND. In the case of a refractive index depending linearly on the γ-ray energy we predict Δt = 25 ± 11 s. This is compatible with the time-lag Δt =< 16.5 s reported by the Fermi Collaboration, whereas the time-lag would be negligible in the case of a refractive index depending quadratically on the γ-ray energy. We suggest a strategy for future observations that could distinguish between a quantum-gravitational effect and other interpretations of the time-lags observed by the MAGIC, HESS and Fermi γ-ray telescopes.
Να θυμίσω ότι το αποτέλεσμα του HESS για τον AGN PKS 2155-304 που αναφέρεται παραπάνω, είναι αυτό στο οποίο είχα αναφερθεί πριν από λίγο καιρό εδώ, ενώ το αποτέλεσμα του MAGIC για τον Mkn 501 είναι αυτό για το οποίο είχα αναφερθεί εδώ, εδώ και εδώ (και εδώ, εδώ, εδώ). Το καινούριο λοιπόν στοιχείο είναι το GRB 080916c που είδε το Fermi. Αυτά λέει το abstract λοιπόν. Ας δούμε τι λέει το άρθρο και παρακάτω.
Διαβάζοντας το άρθρο, βλέπουμε αρχικά να παρουσιάζονται τα αποτελέσματα του MAGIC και του HESS, όπου θυμίζω ότι τα αποτελέσματα του HESS ήταν αρνητικά και απέκλειαν φαινόμενα διασποράς (με ένα σχετικό spin ώστε να μην σκοτώνουν το μοντέλο τους), τα οποία συμπληρώνονται από την παρατήρηση από το Fermi:
Finally, the Fermi Collaboration has made a preliminary report of a 4.5-second time delay between the onsets of high- (> 100 MeV) and low-energy (> 100 KeV) emissions, and a time-lag Δt = 16.5 s for a photon with energy $$\reverse\opaque 13.2^{+0.70}_{-1.54}GeV$$ from the GRB 080916c.
όπου παρατηρούμε ότι υπάρχει ένα time-lag 4.5s στις χαμηλές ενέργειες και ένα time-lag 16.5s στην υψηλότερη ενέργεια που παρατηρήθηκε. Να θυμίσω ότι το redshift του GRB είναι περίπου z=4.2 όπως αναφέρεται και παραπάνω.
Στην συνέχεια της εργασίας γίνεται μια αρκετά ειλικρινής αποδοχή του γεγονότος ότι τα δεδομένα ως έχουν, δεν μπορούν να αποδοθούν σε διασπορά στην ταχύτητα του φωτός εξαιτίας κβαντικών φαινομένων και ότι η πιθανότερη αιτία είναι φαινόμενα που συμβαίνουν στην πηγή.
The most conservative interpretations of the MAGIC, HESS and Fermi time-lags are that they are due to emission mechanisms at the sources...
These different possibilities limit the sensitivities of probes for quantum-gravity effects, and it is clear that they must all be taken into account and controlled before claiming a robust lower limit on any observable effect of space-time foam, and a fortiori before claiming the existence of any such effect.
Αυτό το ύφος υπάρχει σε όλη την εργασία και φυσικά δεν θα μπορούσε να συμβαίνει διαφορετικά, αφού τα δεδομένα δεν βοηθάνε:
The robust analysis in [9] of a sample of GRBs extending to large redshifts found indications of a red-shift independent intrinsic time-lag as well as fluctuations in the time-lags between different structures. After controlling for these effects, and performing a linear regression analysis in terms of the appropriate function of the redshift... no significant evidence was found for a redshift-dependent propagation effect...
The available sample of AGNs is still not large enough for a robust regression analysis. However, one can at least check for consistency between the available MAGIC and HESS results, and gauge the magnitude of possible intrinsic fluctuations in the AGN time-lags. Comparing the time-lag measured by MAGIC for Mkn 501at z = 0.034: Δt/E = 0.030±0.012 s/GeV, with that measured for PKS 2155-304 at z = 0.116: Δt/E = 0.030±0.027 s/GeV, we see that they are compatible with a common, energy-dependent intrinsic time-lag at the source.
Φυσικά οι άνθρωποι δεν μένουν εκεί. Ελέγχουν και την θετική για τη θεωρία τους υπόθεση, που είναι και το βασικό αντικείμενο της εργασίας. Υποθέτοντας ότι τελικά η όποια χρονική διαφορά βλέπουν ανάμεσα στα φωτόνια χαμηλών και υψηλών ενεργειών οφείλεται αποκλειστικά σε διασπορά και όχι σε εσωτερικές διεργασίες της πηγής, βγάζουν μία σχέση για την διασπορά η οποία είναι:
$$\reverse\opaque \Delta t/E_{\gamma}=(0.43\pm0.19)\times K(z)s/GeV$$
όπου
$$\reverse\opaque K(z)\equiv \int^z_0\frac{(1+z)dz}{\sqrt{\Omega_{\Lambda}+\Omega_m(1+z)^3}}$$.
Αυτή τη σχέση εφαρμόζουν για το GRB 080916c που είδε το Fermi, ώστε να δουν πόσο κοντά είναι το αποτέλεσμα που βγάζει το θεωρητικό μοντέλο με αυτό που μετρήθηκε. Το αποτέλεσμα που δίνει λοιπόν η παραπάνω σχέση είναι Δt = 25 ± 11 s, ενώ αυτό που μετρήθηκε είναι 16.5 s, όπου όλα αυτά υπολογίζονται για το φωτόνιο υψηλότερης ενέργειας που είναι περίπου 13.2 GeV. Το σχόλιο που γίνεται για αυτό το αποτέλεσμα έχει ενδιαφέρον:
The consistency between this Fermi measurement and the best-fit estimate is striking, but one should keep in mind that all or part of the 16.5 s time-lag of this highest-energy photon could be due to intrinsic effects. Indeed, the 4.5-second time-lag observed for ~ 100 MeV photons could not be explained by a propagation effect that depends linearly on the energy.
Από την εργασία αυτή θέλω να παραθέσω ακόμα δύο σημεία που με βρίσκουν απόλυτα σύμφωνο:
If the apparent consistency between the available AGN and GRB data would persist, it would provide much more convincing evidence for a possible linearly energy-dependent propagation effect than could either AGN or the GRB data alone, since the sources are so different in nature. However, ‘extraordinary claims require extraordinary evidence’, so for the moment we can applaud the efforts of the MAGIC, HESS and Fermi Collaborations to date, wish them good fortune in the future, and stress the advantages of a combined analysis of AGNs and GRBs.
We close by repeating that, with measurements of only a few AGN flares from MAGIC and HESS, it is not possible to disentangle with any certainty intrinsic source effects from propagation effects. For this one would need statistically significant populations of AGN data. Unfortunately the occurrence of fast flares in AGNs is currently unpredictable, and since no correlation has yet been established with observations in other energy bands that could be used as a trigger signal, only serendipitous detections are currently possible. However, the encouraging news from the GRB front, in particular from the Fermi γ-ray telescope, leads to the hope that there will soon be many more observations of energetic photons from GRBs like 080916c, which could play an increasingly important role in future quantum gravity tests. In particular, the different redshifts of GRB data could help disentangle source and propagation effects, and the different energy ranges of the GRB and AGN data could help distinguish between different possible energy dependences.
Η εργασία αφιερώνει ακόμα ένα κομμάτι στην ανάλυση του ενδεχομένου να έχουμε τετραγωνική εξάρτηση της διασποράς από την ενέργεια (τα παραπάνω είναι για γραμμική εξάρτηση), όπου καταλήγει ότι αποκλείεται αυτό το ενδεχόμενο από τις παρατηρήσεις, ενώ γίνεται και μια διερεύνηση των κριτηρίων που πρέπει να ικανοποιούνται από τα διάφορα μοντέλα κβαντικής βαρύτητας που προβλέπουν διασπορά στην ταχύτητα του φωτός με βάση διάφορα constrains που υπάρχουν.
Λίγο πολύ, αυτά λέει το συγκεκριμένο paper και πραγματικά δεν νομίζω ότι μπορεί να διαφωνήσει κανένας με όλα αυτά και το ύφος ή το πρίσμα μέσα από το οποίο διατυπώνονται. Η απορία λοιπόν που έχω εγώ μετά από όλα τα παραπάνω είναι: που κολλάει η φράση "Το πράγμα πλέον ξέφυγε από την πιθανότητα σύμπτωσης και πηγαίνει στη βεβαιότητα";
Πραγματικά δεν καταλαβαίνω. Το μόνο που μπορώ να υποθέσω είναι ότι τα papers τα γράφει ο Μαυρόματος, γιατί διαφορετικά θα το είχε πάρει το Νόμπελ και θα ευχαριστούσε την ακαδημία στα acknowledgements.
Ok, πείτε με σπαστικό, αλλά αυτός ο παρλαπιπισμός μου τη δίνει στα νεύρα. Anyway, δεν φταίει και αποκλειστικά ο Νανόπουλος εδώ που τα λέμε. Παίζει ρόλο και το σε ποιους απευθύνεσαι. Σιγά μην τα έκανε αλλού αυτά. Αλλά εδώ τα κρίνουμε όλα με όρους star-system.
Με την ευκαιρία, θα ήθελα να αναφερθώ σε ακόμα ένα σημείο σχετικά με τους μηχανισμούς ακτινοβολίας των AGNs και των GRBs. Κάπου στην εργασία, αναφέρεται ότι:
The most conservative interpretations of the MAGIC, HESS and Fermi time-lags are that they are due to emission mechanisms at the sources. The mechanisms leading to γ-ray emissions from AGNs and GRBs are surely different. However, it is possible that there may be some common systematic effect leading to higher-energy photons being emitted later.
Αυτό, το ότι δηλαδή οι μηχανισμοί εκπομπής ακτινοβολίας ανάμεσα στους AGNs και τα GRBs είναι διαφορετικοί, δεν είναι ακριβές. Γενικά οι εκλάμψεις ακτίνων γάμμα (GRBs) είναι αρκετά σύνθετα φαινόμενα, αλλά υπάρχουν ενδείξεις ότι μπορούν να χωριστούν σε δύο κλάσεις που τα διαφοροποιούν και ως προς τον μηχανισμό. Στην πρώτη κατηγορία έχουμε τα short GRBs, που πιστεύουμε ότι οφείλονται σε φαινόμενα όπως οι συγκρούσεις αστέρων νετρονίων, ενώ στη δεύτερη κατηγορία έχουμε τα long GRBs, που πιστεύουμε ότι οφείλονται στις εκρήξεις αστέρων που έχουν φτάσει στο τέλος της ζωής τους και πάνε να φτιάξουν κάποιον αστέρα νετρονίων ή μία μαύρη τρύπα. Στα long GRBs λοιπόν, αυτό που έχουμε είναι υλικό που εκτινάσσεται με σχετικιστικές ταχύτητες, το οποίο ή συναντά στρώματα του αστέρα που κινούνται πιο αργά ή συναντά το μεσοαστρικό υλικό με αποτέλεσμα να δημιουργούνται κρουστικά κύματα. Ακόμα, πολλές φορές η εκροή αυτού του υλικού εμφανίζεται να γίνεται υπό την μορφή jet. Αυτό που συμβαίνει λοιπόν με τα κρουστικά κύματα είναι η επιτάχυνση φορτισμένων σωματιδίων σε μεγάλες ενέργειες, τα οποία μετά ακτινοβολούν την ενέργειά τους ως synchrotron ακτινοβολία ή ως ακτινοβολία αντίστροφου σκεδασμού Compton. Μάλιστα η περιπλοκότητα του prompt emission αποδίδεται ακριβώς στην δημιουργία σύνθετων internal shocks κατά την έκρηξη. Όλα αυτά λοιπόν είναι ο ίδιος μηχανισμός ακτινοβολίας που έχουμε και στους ενεργούς γαλαξίες. Αυτό που αλλάζει είναι ο τρόπος που παράγονται, η δυναμική και η δομή των κρουστικών κυμάτων που έχουμε στις δύο περιπτώσεις. Φυσικά τα πράγματα δεν είναι απλά, αλλά η βασική φυσική του μηχανισμού είναι η ίδια και εδώ που τα λέμε, δεν θα μπορούσε και να είναι διαφορετικά.
Πρέπει να ομολογήσω ότι μου έκαναν φοβερή εντύπωση τα άρθρα στη Wikipedia για τα GRBs και τους μηχανισμούς ακτινοβολίας. Δεν το περίμενα να είναι τόσο αναλυτικά και ενημερωμένα και με τόση φυσική. Αξίζει να τα δει κανείς μαζί με τις αναφορές που έχουν στο τέλος και όποιος ενδιαφέρεται να δει μερικά πράγματα παραπάνω σε σχέση με το GRB 080916c και τα παραπάνω μοντέλα, μπορεί να κοιτάξει στο arXiv αυτά τα άρθρα. Το θέμα έχει πάάάρα πολύ ενδιαφέρον και είναι από τα πολύ hot αστροφυσικά θέματα.
Τέλος, πρέπει να πω ότι το paper [1], στο Physics Letters B, είναι ωραίο paperάκι και αξίζει να το κοιτάξει κανείς, κυρίως για τον τρόπου που παρουσιάζει με απλή φυσική και διαισθητικά το πώς προκύπτει ο effective δείκτης διάθλασης από την αλληλεπίδραση των φωτονίων με τα D-particles σε αναλογία με το πώς προκύπτει από την αλληλεπίδραση του φωτός με τα άτομα ενός μέσου [30].
Αυτά τα ολίγα λοιπόν.
------------------------------------------------
[1] J. Ellis, N. E. Mavromatos and D. V. Nanopoulos, Phys. Lett. B 665, 412 (2008).
[6] J. Albert et al. (MAGIC Collaboration), J. Ellis, N. E. Mavromatos, D. V. Nanopoulos, A. S. Sakharov, and E. K. G. Sarkisyan, Phys. Lett. B in press 668, 253-257 (2008).
[7] F. Aharonian et al. [HESS Collaboration], Phys. Rev. Lett. 101, 170402 (2008).
[8] Fermi Collaboration, to be published, as reported in talks by A. Bouvier, Texas Symposium on Relativistic Astrophysics, December 8 - 12 2008, Vancouver (Canada); C. Dermer, J. McEnery and S. Ritz, 213th American Astronomical Society meeting, January 4 - 8 2009, Long Beach, California (USA), http://aas.org/meetings/aas213/. See also:
http://www.sciencenews.org/view/generic/id/39228/title/New window on the high-energy universe.
[9] J. R. Ellis, N. E. Mavromatos, D. V. Nanopoulos, A. S. Sakharov and E. K. G. Sarkisyan, Astropart. Phys. 25, 402 (2006) [Astropart. Phys. 29, 158 (2008)]
[30] R.P. Feynman, R.B. Leighton and M. Sands, The Feynman Lectures on Physics Vol. 2, (Addison-Wesley, Reading Mass. 1977).
Craig Hogan, from the University of Chicago, has written several papers predicting a noise that gravitational wave interferometers would be able to detect. This noise would be a signature of Planck-scale uncertainty if a certain type of holography was realized in Nature. The GEO600 interferometer near Hannover, Germany, would due to its construction details be particularly well suited to detect this noise.
Ένα πολύ ενδιαφέρων post στο Backreaction σχετικά με την πιθανότητα ανίχνευσης με τη βοήθεια ανιχνευτών βαρυτικών κυμάτων, φαινομένων που προκύπτουν από κβαντική βαρύτητα. Δεν έχω διαβάσει τα σχετικά papers, αλλά από αυτά που διάβασα στο Backreaction το θέμα φαίνεται να έχει ψωμί, αν και είναι ακόμα νωρίς και υπάρχουν κάποια ανοιχτά ζητήματα του τύπου των θεωριών DSR (Deformed Special Relativity).
1st Mediterranean Conference in Classical and Quantum Gravity
First announcement
Dear Colleagues,
We are happy to announce the 1st Mediterranean Conference in Classical and Quantum Gravity (MCCQG). The conference will take place at the Orthodox Academy of Crete in Kolymbari (Greece) from Monday, September 14th to Friday, September 18th, 2009. The purpose of the conference will be to discuss the present status and latest developments in the classical and quantum treatment of gravitational systems and in related subjects, e.g. classical gravity and alternative theories, quantum gravity, cosmology, black holes, gravitational waves, strings and branes. The program will consist of invited plenary talks and contributed talks in parallel sessions.
Advisory Committee:
Ignatios Antoniadis (CERN, Switzerland) Orfeu Bertolami (IST, Lisbon, Portugal) Loriano Bonora (SISSA, Trieste, Italy) George Contopoulos (Academy of Athens, Greece) Ruth Durrer (Geneva University, Switzerland) Enrique Gaztanaga (IEEC, Barcelona, Spain) Gabriela Gonzalez (Louisiana State University, Baton Rouge, USA) Marc Henneaux (Brussels University, Belgium) Roman Jackiw (MIT, USA) Claus Kiefer (Cologne University, Germany) Stefano Liberati (SISSA, Trieste, Italy) Ofer Lahav (University College London, UK) Roy Maartens (University of Portsmouth, UK) Don Marolf (UC Santa Barbara, USA) Hermann Nicolai (AEI, Potsdam, Germany) Augusto Sagnotti (Scuola Normale Superiore, Pisa, Italy) Mairi Sakellariadou (King's College London, UK) Jorge Zanelli (CECS, Valdivia, Chile)
Organizing Committee:
Spyros Basilakos (RCAAM, Academy of Athens) Mariano Cadoni (University of Cagliari and INFN Cagliari) Marco Cavagliΰ (University of Mississippi) Theodosios Christodoulakis (University of Athens) Elias Vagenas (RCAAM, Academy of Athens)
is now open for registration and abstract submission. Further information on the conference program, conference venue and travel to Kolymbari can be found at the above website.
Please encourage other interested colleagues to apply.
We are looking forward to welcoming you at the MCCQG.
Πριν από λίγο καιρό, σε μία από τις συναντήσεις της Ομάδας Θεωρητικής Αστροφυσικής του Πανεπιστημίου Αθηνών, αναφέρθηκε μία εργασία της ομάδας του H.E.S.S. που είχε ως αντικείμενο το θέμα της εμφάνισης διασποράς ανάλογα με την ενέργεια που έχουν τα φωτόνια των ακτίνων γάμμα που μας έρχονται από πηγές σε κοσμολογικές αποστάσεις, εξαιτίας διορθώσεων στην ειδική σχετικότητα από φαινόμενα κβαντικής βαρύτητας.
In the past few decades, several models have predicted an energy-dependence of the speed of light in the context of quantum gravity. For cosmological sources such as active galaxies, this minuscule effect can add up to measurable photon-energy dependent time lags. In this paper a search for such time lags during the H.E.S.S. observations of the exceptional very high energy flare of the active galaxy PKS 2155-304 on 28 July in 2006 is presented. Since no significant time lag is found, lower limits on the energy scale of speed of light modifications are derived.
Καταρχάς πρέπει να πούμε κάποια στοιχεία για τον PKS 2155-304. O PKS 2155-304 είναι ένας ενεργός γαλαξίας, που ανήκει στην κατηγορία των BL Lac αντικειμένων με ισχυρή εκπομπή από τα ραδιοκύματα μέχρι τις ακτίνες γάμμα υψηλής ενέργειας (τα BL Lac αντικείμενα, είναι οι ραδιογαλαξίες που έχουν στραμμένο το jet τους προς τα εμάς). Βρίσκεται σε απόσταση z = 0.117 και παρουσιάζει έντονες εκλάμψεις. Σε σχέση με τους Mkn 421 και Mkn 501 (που βρίσκονται σε απόσταση z = 0.03), o PKS 2155-304 βρίσκεται 4 φορές μακρύτερα και άρα θα περίμενε κανείς τα φαινόμενα διασποράς από τις κβαντικές διορθώσεις να είναι πιο έντονα από ότι στον Mkn 501 στην ίδια περιοχή ενεργειών.
Να θυμίσω εδώ ότι:
For Mkn 501, an indication of higher energy photons lagging the lower energy ones was reported during a flare in 2005 by the MAGIC collaboration [17]. This dispersion was recently quantified to |ξ| ~ 30 [18]. Since the signal is however also marginally consistent with zero dispersion, limits of |ξ| < 60 and |ζ| < 2.2×10^17 were derived [18].
Οι παράμετροι ξ και ζ που αναφέρονται παραπάνω είναι ουσιαστικά ελεύθερες παράμετροι που ποσοτικοποιούν την διασπορά για τον γραμμικό και τον τετραγωνικό όρο αντίστοιχα ως προς την ενέργεια του Planck, σύμφωνα με τη σχέση:
$$\reverse\opaque c'=c\left(1+\xi\frac{E}{E_p}+\zeta\frac{E^2}{E_p^2}\right).$$
Το παραπάνω (η αναφορά για |ξ| ~ 30) είναι το αποτέλεσμα της ομάδας του MAGIC και της ομάδας Νανόπουλου για τα 4 λεπτά καθυστέρηση στα φωτόνια που παρατηρήθηκαν από μία έκλαμψη του Mkn 501, στο οποίο έχω αναφερθεί και στο παρελθόν.
Σ’ αυτή τη νέα δουλεία του H.E.S.S., στην οποία αναφέρομαι τώρα, μελετήθηκε λοιπόν μία έκλαμψη του PKS 2155-304, που καταγράφηκε στις 28 Ιουλίου του 2006. Τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης, όπως δίνονται στο άρθρο στο PRL είναι:
The measured limits on the energy dispersion translate into limits on the energy scale of speed of light modifications. For a linear dispersion in energy, Eq. 2 yields |ξ| < 17 (or |ξ|^−1 Ep > 7.2 ×10^17 GeV) for the limit obtained with the MCCF method, at 95% confidence. The linear dispersion limits obtained from the Wavelet analysis yields a limit of |ξ| < 23 (or |ξ|^−1 Ep > 5.2 ×10^17 GeV), confirming this result. These limits are the most constraining limits from time-of-flight measurements to date. For a quadratic dispersion in energy, the MCCF method yields |ζ| < 7.3 ×10^19 (or |ζ|^−1/2 Ep > 1.4 ×10^9 GeV) with Eq. 3.
This measurement opens a new redshift range for population studies of time delays from active galaxies, which are needed to rule out the possibility of time delay cancellation. For a final verdict on this question further VHE observations of active galaxies are needed. However, the result already shows that the time delay reported for Mkn 501 in [18], if considered significant, cannot be attributed to speed of light modifications. Current and future instruments such as Fermi for gamma ray bursts, or the proposed Cherenkov Telescope Array for active galaxies, will further improve the sensitivity of time-of-flight measurements, perhaps one day revealing deviations from Einstein’s postulate.
Είναι λοιπόν ξεκάθαρο ότι αυτά τα αποτελέσματα αποκλείουν την πιθανότητα, η διασπορά που παρατηρήθηκε στα φωτόνια της συγκεκριμένης έκλαμψης του Mkn 501 να οφείλεται σε φαινόμενα κβαντικής βαρύτητας, όπως είχα αναφέρει και στο παρελθόν, ενώ γίνεται πιο πιθανό οι διασπορά να οφείλεται σε φαινόμενα που έχουν να κάνουν με την ίδια την πηγή. Φυσικά, όπως αναφέρουν και από το H.E.S.S. collaboration, με τα νέα όργανα που έχουμε για να παρατηρούμε τους ενεργούς γαλαξίες, ανοίγει το παράθυρο στην δυνατότητα παρατήρησης αποκλίσεων από την Lorentz Invariance.
[17] J. Albert et al. (MAGIC Collaboration), Ap. J. 669, 862 (2007).
[18] J. Albert et al. (MAGIC Collaboration), J. Ellis, N. E. Mavromatos, D. V. Nanopoulos, A. S. Sakharov, and E. K. G. Sarkisyan, Phys. Lett. B in press 668, 253-257 (2008).
Χμ... είχα καιρό να γράψω ένα post καθαρής φυσικής... :)
Κατά βάση όμως, στο post Ομιλία Δ. Νανόπουλου 5/12/07 εξηγούσα σχετικά αναλυτικά γιατί δεν έχει νόημα η συσχέτιση της θεωρίας των Ellis, Mavromatos και Nanopoulos με τις παρατηρήσεις των ενεργών γαλαξιακών πυρήνων από το MAGIC και ότι δεν μπορεί να ελεγχθεί η πρόβλεψη σχέσης διασποράς για τα φωτόνια από τέτοιες παρατηρήσεις.
Με δύο λόγια (για λεπτομέρειες δείτε την κατάλληλη παράγραφο του αρχικού post) προκειμένου να ελεγχθεί από τους χρόνους άφιξης η σχέση διασποράς που προτείνετε από τη θεωρία Νανόπουλου, δηλαδή για να ελεγχθεί ότι τα φωτόνια των ακτίνων γάμμα κινούνται με διαφορετική ταχύτητα ανάλογα με την ενέργειά τους, πρέπει να υποθέσουμε ότι όλα τα φωτόνια, όλων των ενεργειών, ξεκίνησαν ταυτόχρονα από την πηγή και άρα η όποια διαφορά στους χρόνους άφιξης πρέπει να οφείλεται στην διαφορά στην ταχύτητα.
Αυτή όμως η εικόνα δεν έχει καμία σχέση με αυτά που ξέρουμε για το πως παράγονται τα φωτόνια γάμμα στους ενεργούς γαλαξίες, όπως εξηγώ εδώ. Συγκεκριμένα, σύμφωνα με την επικρατούσα θεωρία του Synchrotron Self Compton (SSC) τα φωτόνια παράγονται σε διαφορετικούς χρόνους, ανάλογα με τα χαρακτηριστικά της επιτάχυνσης των ηλεκτρονίων (τα οποία και φτιάχνουν τα φωτόνια), και άλλες φορές εκπέμπονται πρώτα τα υψηλής ενέργειας φωτόνια ενώ άλλες φορές εκπέμπονται πρώτα τα χαμηλής ενέργειας φωτόνια.
Ε, ωραία... και τώρα που κολλάει αυτή η συζήτηση;
Την αρχική εργασία τους οι Ellis, Mavromatos και Nanopoulos την είχαν καταθέσει στο περιοδικό Physical Review Letters όπου και τελικά δεν προχώρησε σε δημοσίευση (προφανώς). Αφού λοιπόν δεν δημοσιεύθηκε εκεί η εργασία, κατατέθηκε και θα δημοσιευθεί στο περιοδικό Physics Letters B (και από Science Direct) αφού έγιναν κάποιες μικροαλλαγές, οι οποίες σχετίζονται και με την εκπεφρασμένη αναφορά της πιθανότητας να μην έχει νόημα η ανάλυσή τους αν στην πηγή η ακτινοβολία παράγεται με το modified Synchrotron Self Compton. Φυσικά δεν ξέρουμε άλλον μηχανισμό παραγωγής της ακτινοβολίας από τους AGNs (άλλον από το SSC) και αυτός ο μηχανισμός κολλάει πολύ καλά με το σύνολο των παρατηρήσεων, οπότε η υπόθεση είναι λίγο τι κάνει νιάου νιάου. Φυσικά δεν είναι παράλογο που οι Ellis, Mavromatos και Nanopoulos δεν αφήνουν την ιδέα του έλεγχου με το MAGIC να πεθάνει. Δεν συζητάμε άλλωστε για την ίδια τη θεωρία τους, αλλά για το κατά πόσο μπορεί να ελεγχθεί από τους AGNs.
Οπότε σε αυτό το σημείο θα έλεγα όπου φυσικά αυτό το Myth Busted είναι ποιοτικά διαφορετικό από το προηγούμενο, αφού αφορά μόνο τον ισχυρισμό περί Probing Quantum Gravity with MAGIC.
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.
Αυτό το ποστ είναι συνέχεια του αρχικού ποστ που είχα γράψει για το MAGIC και την σχετική δουλειά των Ellis, Mavromatos και Nanopoulos για τη διασπορά των φωτονίων διαφορετικών ενεργειών και φυσικά είναι συνέχεια και του προηγούμενου χιουμοριστικού ποστ. Όπως φαίνεται λοιπόν και παρακάτω, η ΔΑΠ κάλεσε τον Δ. Νανόπουλο να δώσει μία ομιλία την Τετάρτη 5 Δεκεμβρίου στο τμήμα Φυσικής της Αθήνας. Αρχικά θα κάνω μία δημοσιογραφική παρουσίαση των όσων έγιναν κυρίως για όσους δεν παραβρέθηκαν, όπου θα αναφερθώ στα επιστημονικά στοιχεία, αλλά και στα «κοσμικά» της εκδήλωσης. Στη συνέχεια θα κάνω μία σχετικά αναλυτική παρουσίαση της αστροφυσικής πίσω από τις μετρήσεις του MAGIC, του τι αποτελεί common wisdom για την κοινότητα που δουλεύει στους ενεργούς γαλαξιακούς πυρήνες (AGNs) και έχει σχέση με αυτά που βλέπουμε στις ακτίνες Χ και τις ακτίνες γ και τελικά τι μπορεί να σημαίνει αυτό για το αποτέλεσμα της ομάδας του Νανόπουλου. Τα τελευταία είναι και προϊόντα κατ’ ιδίαν συζητήσεων των τελευταίων ημερών καθώς και της σημερινής (7/12/07) παρουσίασης του Α. Μαστιχιάδη στα πλαίσια των συναντήσεων της Ομάδας Θεωρητικής Αστροφυσικής, όπου αναφέρθηκε ως έκπληξη (εκ του τρόπου με τον οποίο υπέπεσε στην αντίληψή μας) και ένα ενδιαφέρον παρατηρησιακό αποτέλεσμα.
---«Κοσμικά»---
Το πρωί της Τετάρτης λοιπόν, ανέβηκα στο πανεπιστήμιο χωρίς να έχω ξεκαθαρίσει αν θα παρακολουθούσα τελικά την ομιλία του Νανόπουλου ή όχι. Δεν περίμενα να ακούσω κάτι ενδιαφέρον, αφού ήμουν σίγουρος ότι δεν θα έμπαινε και πολύ βαθιά στα σημαντικά σημεία της όλης υπόθεσης με την διασπορά των φωτονίων. Πηγαίνοντας προς το αμφιθέατρο Αριστοτέλης, κατά τις 10:50, παρατήρησα ότι αρκετός κόσμος κατευθυνόταν για την ομιλία. Δεν είναι μια εικόνα που βλέπεις συχνά στο Φυσικό της Αθήνας, αφού από τη μεριά των φοιτητών είναι πιο συνήθης η αδιαφορία. Αλλά αυτή η περίπτωση ήταν διαφορετική με πολλές έννοιες. Από την μία την οργάνωση και το promotion το έκανε η ΔΑΠ (με την φοβερή αφίσα του Νανόπουλου δίπλα στις αφίσες του Μαζονάκι και της εκδρομής στην Αράχοβα) και από την άλλη ο ομιλητής ήταν celebrity. Τέλος πάντων, φτάνοντας στον Αριστοτέλη με περίμενε η πρώτη «απογοήτευση». Εκεί υπήρχε το κλασσικό τραπεζάκι της ΔΑΠ, με τα κλασσικά ηχεία και το κλασσικό στερεοφωνικό, όπου όμως δεν έπαιζε κλασσική μουσική. Λίγο παρακάτω στην είσοδο του αμφιθεάτρου, υπήρχε μια σχετική ουρά όπου γινόταν ο έλεγχος όσων πήγαιναν να παρακολουθήσουν, ώστε να μπουν πρώτα όσοι είχαν δηλώσει συμμετοχή για το event. Πραγματικά, αν υπήρχε και παρκαδόρος έξω, δεν θα διέφερε σε τίποτα από το μαγαζί που τραγουδά ο Μαζονάκις (και αυτό ήταν και το αστείο που λέγαμε μεταξύ μας). Κάπου εκεί, παρακολουθώντας τον πανικό από τον κόσμο που μαζευόταν και εν μέσω συζητήσεων με φίλους και του σχετικού χαβαλέ, αποφάσισα ότι δεν άξιζε να μπω στην διαδικασία.
Αξίζει εδώ να αναφέρω, γιατί σχολιάστηκε μετά και έγινε συζήτηση πάνω σ’ αυτό, ότι η αρχική ανακοίνωση της ΔΑΠ έλεγε ότι η εκδήλωση ήταν στις 11:00. Η αφίσες που υπήρχαν την ημέρα της εκδήλωσης έλεγαν 11:30 και οι προσκλήσεις που μοιράστηκαν στους καθηγητές έλεγαν 12:00. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα αρκετοί καθηγητές που ήθελαν να παρακολουθήσουν την εκδήλωση, τελικά επειδή το αμφιθέατρο είχε γεμίσει από τις 11:20, να μην μπορέσουν να μπουν ούτε ως όρθιοι. Η πλάκα είναι ότι ο Λόντος που ήρθε λίγο μετά τις 12:00 και λίγο πριν την άφιξη του Νανόπουλου, μας βρήκε να καθόμαστε έξω από την είσοδο και άρχισε να μας κάνει παράπονα. Τέλος πάντων, γύρω στις 12:15 εμφανίστηκε και ο ομιλητής κάνοντας θεαματική είσοδο συνοδευόμενος από τον Λαχανά και μερικά μεγάλα κεφάλια της ΔΑΠ (ή τουλάχιστον έτσι φαίνονταν το λίγο που τους πρόσεξα). Μπήκαν μέσα, όπου γινόταν το αδιαχώρητο, και ξεκίνησε η τελετή και εγώ ξεκίνησα να φύγω. Περπατώντας λοιπόν στο διάδρομο, με βλέπει μία φίλη και με ρωτάει, «Είδες τι μοιράσανε για την ομιλία του Νανόπουλου;» και μου δείχνει ένα χαρτί. Ο τίτλος του κειμένου έλεγε: «ΣΥΓΧΡΟΝΗ ΚΟΣΜΟΓΟΝΙΑ Ή Η ΚΑΤΑΡΡΕΥΣΗ ΤΟΥ ΥΠΑΡΚΤΟΥ ΣΚΟΤΑΔΙΣΜΟΥ». Αυτό ήταν. Αμέσως σκάφτηκα ότι ίσως και να άξιζε να παρακολουθήσω την ομιλία τελικά.
---«Επιστημονικά»---
Η ομιλία, στο μεγαλύτερο μέρος της, ήταν μία εισαγωγή στην σύγχρονη κοσμολογία. Το επίπεδο ήταν εισαγωγικό και τα πράγματα παρουσιαζόντουσαν περιγραφικά, δηλαδή ήταν προσαρμοσμένη η ομιλία στους φοιτητές των μικρών ετών, που ήταν και το μεγαλύτερο ποσοστό των ατόμων που παρακολούθησαν την διάλεξη. Αξίζει να αναγνωρίσουμε στον Νανόπουλο ότι είναι αρκετά ενθουσιώδης ομιλητής και αυτόν τον ενθουσιασμό τον μεταφέρει καλά στο ακροατήριο. Όπως και να έχει, αυτό το κομμάτι της ομιλίας ήταν και το λιγότερο ενδιαφέρον για εμένα, που περίμενα να ξεκινήσει να αναφέρεται στα αποτελέσματά τους και τα αποτελέσματα του MAGIC και ακόμα περισσότερο περίμενα την ώρα των ερωτήσεων. Συνολικά, αυτή η περιγραφή της σύγχρονης κοσμολογίας πρέπει να κράτησε γύρω στη μία ώρα, ενώ η παρουσίαση των επίμαχων αποτελεσμάτων κράτησε γύρω στα 10-15 λεπτά.
Μέσα σ’ αυτό το δεκάλεπτο, παρουσίασε περιγραφικά το βασικό τους αποτέλεσμα της εξάρτησης της ταχύτητας διάδοσης των φωτονίων ανάλογα με την ενέργειά τους και το αποτέλεσμα της ανάλυσης της έκλαμψης που μέτρησε το MAGIC και φαίνεται να επιβεβαιώνει το μοντέλο τους. Συγκεκριμένα είπε ότι η αλληλεπίδραση των φωτονίων με τις κβαντικές διακυμάνσεις του κενού εισάγουν μια ενεργή μετρική (effective metric) η οποία έχει ως αποτέλεσμα, όταν τα φωτόνια διαδίδονται σ’ αυτή, να παρουσιάζουν διασπορά ανάλογα με την ενέργειά τους (το κενό έχει μη τετριμμένο δείκτη διάθλασης). Σε σχετικές ερωτήσεις πάνω σ’ αυτό το σημείο, που έγιναν αργότερα, διευκρίνισε ότι το μοντέλο τους δεν καταρρίπτει την θεωρία της σχετικότητας (πράγμα το οποίο τόνισε σχετικά έντονα, αδειάζοντας κάπως άκομψα το άρθρο της Καθημερινής), αλλά ουσιαστικά εισάγει την έννοια του μη τετριμμένου κενού στο οποίο διαδίδονται τα φωτόνια. Δηλαδή είπε ότι το φαινόμενο δεν είναι εγγενές, αλλά ενεργό. Ακόμα σε κάποιο σημείο επισήμανε ότι το c είναι η ταχύτητα του φωτός όπως την ξέρουμε στο όριο των χαμηλών ενεργειών και αποτελεί το άνω όριο των ταχυτήτων που έχουμε για τα φωτόνια, αφού η ταχύτητα ελαττώνεται όσο αυξάνει η ενέργεια. Μάλιστα είπε ότι αν θεωρήσουμε μονοχρωματικό φως τότε τα πράγματα είναι ακριβώς όπως τα ξέρουμε. Αυτό όμως έρχεται σε αντίθεση με το αποτέλεσμα τους (Ellis, Mavromatos & Nanopoulos 1999, Ellis, Mavromatos & Nanopoulos 1999, Ford 1995, Yu & Ford 1999) που αναφέρω και στο πρώτο άρθρο για το MAGIC, ότι δηλαδή ακόμα και φωτόνια της ίδιας ενέργειας μπορούν να εμφανίζουν διασπορά.
Εκτός από το ότι δεν είναι λάθος η σχετικότητα, ο Νανόπουλος τόνισε έντονα και το ενδεχόμενο το αποτέλεσμα του MAGIC να είναι απλά μια συγκυρία και τελικά να μην υπάρχει το φαινόμενο της διασποράς. Και πάνω σ’ αυτό έκανε ακόμα δύο σχόλια. Το πρώτο, χαριτολογώντας, ήταν ότι μπορεί αυτή τη στιγμή κάποιος Ιάπωνας να δουλεύει πάνω σε ένα μοντέλο που να εξηγεί τη μέτρηση του MAGIC με κλασσική φυσική. Το δεύτερο ήταν ότι αν παρατηρηθεί ακόμα μία έκλαμψη που να παρουσιάζει την ίδια συμπεριφορά και να συμπίπτει η χρονική καθυστέρηση με αυτό που περιμένουν από το μοντέλο τους, τότε θα είναι γελοιότητα κάποιος να ισχυριστεί ότι θα είναι φαινόμενο που θα οφείλεται στην πηγή. Παρακάτω θα δούμε γιατί και τα δύο αυτά σχόλια είναι άστοχα.
Μία από τις ενδιαφέρουσες ερωτήσεις ήταν και το τι θα σήμαινε η επαλήθευση του μοντέλου τους που βασίζετε στην non-critical string theory για τις υπόλοιπες μορφές της string theory και τις αντίστοιχες κοσμολογίες. Η απάντηση του Νανόπουλου ήταν ότι δεν υπάρχει καμία ασυμβατότητα ανάμεσα στη θεωρία τους και τις άλλες θεωρίες, πράγμα το οποίο δεν ισχύει. Κάποιος ρώτησε για την Loop Quantum Gravity η οποία προβλέπει αντίστοιχα φαινόμενα, για να πάρει την απάντηση ότι δεν μπορεί να εκφράσει δημόσια τη γνώμη του για την LQG και ότι την διασπορά την είχαν προτείνει πρώτοι πριν 10 χρόνια, πολύ πριν από αυτούς που κάνουν LQG.
Η τελευταία ενδιαφέρουσα ερώτηση ήταν η ερώτηση του Α. Μαστιχιάδη (αναπληρωτής καθηγητής του τομέα Αστροφυσικής), ο οποίος μπήκε και στην ουσία του θέματος. Αρχικά ανέφερε ότι η δραστηριότητα των ενεργών γαλαξιακών πυρήνων είναι συνεχής, παρουσιάζοντας εκλάμψεις τις οποίες παρατηρούμε στις ακτίνες γ αλλά και στις ακτίνες Χ. Ακόμα, αυτές οι εκλάμψεις εμφανίζονται να είναι συσχετισμένες χρονικά, δηλαδή η χρονική εξέλιξη των ακτίνων Χ είναι η ίδια με την χρονική εξέλιξη των ακτίνων γ, ενώ οι χρονικές διάρκειές τους κυμαίνονται από περίπου 15 λεπτά μέχρι αρκετές ώρες. Τέλος, άλλες εκλάμψεις εμφανίζονται πρώτα στις χαμηλές ενέργειες και μετά στις υψηλές, ενώ άλλες εμφανίζονται πρώτα στις υψηλές και μετά στις χαμηλές. Η ερώτηση που έκανε λοιπόν ο Μαστιχιάδης ήταν, δεδομένου ότι ο Mkn 501 και ο Mkn 421 είναι δύο αρκετά μελετημένοι ενεργοί γαλαξίες και υπάρχει μεγάλος αριθμός δεδομένων, ειδικότερα από τον Mkn 421, γιατί δεν χρησιμοποιήθηκαν και άλλες εκλάμψεις στην διερεύνηση που κάνανε και συγκεκριμένα εκλάμψεις από τον Mkn 421 που είναι ένα καλύτερα μελετημένο φυσικό αντικείμενο και βρίσκεται και στην ίδια απόσταση με τον Mkn 501;
Η απάντηση σ’ αυτή την ερώτηση ήταν ότι αν και δεν είναι πειραματικός, πιστεύει ότι δεν θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν άλλες εκλάμψεις για αυτή τη διερεύνηση, γιατί η συγκεκριμένη έκλαμψη ήταν υπό μία έννοια μοναδική και είχε πολύ συγκεκριμένες ιδιότητες (???) για τις οποίες παρέπεμψε στο αρχικό χαρτί του MAGIC. Από εκεί και πέρα, είπε πως το HESS ψάχνει για αντίστοιχες εκλάμψεις ώστε να κάνουν περαιτέρω ελέγχους της θεωρίας τους.
Με αυτά περίπου (ακολούθησε και θεϊκή ερώτηση του Γραμματικάκη, αλλά δεν είναι του παρόντος) έκλεισε το επιστημονικό κομμάτι της ομιλίας του Νανόπουλου. Μετά ακολούθησαν κάποια σχόλια για την έρευνα στην Ελλάδα, τα οποία ανήκουν σε άλλη συζήτηση.
---«Ακτινοβολίες 101»---
Ας δούμε λοιπόν τι περίπου συμβαίνει στους ενεργούς γαλαξίες και πως περίπου παίρνουμε ακτινοβολία από αυτούς. Καταρχήν ξέρουμε ότι στα κέντρα των ενεργών γαλαξιών υπάρχουν γιγαντιαίες μελανές οπές στις οποίες γίνεται πρόσπτωση υλικού από την γύρω περιοχή με αποτέλεσμα τον σχηματισμό δίσκου προσαύξησης. Εκτός από τον δίσκο, οι μελανές οπές έχουν και πίδακες, στους οποίους το υλικό κινείτε με σχετικιστικές ταχύτητες. Οι πίδακες αυτοί μεταφέρουν τεράστια ποσά ενέργειας από το κέντρο του ενεργού γαλαξία προς τα έξω, σε τεράστιες αποστάσεις. Τέλος, η εικόνα συμπληρώνεται με την παρουσία ισχυρών μαγνητικών πεδίων.
Το υλικό λοιπόν που υπάρχει στους πίδακες είναι φυσικά σε κατάσταση πλάσματος, δηλαδή αποτελείται από φορτισμένα σωματίδια, θετικά και αρνητικά, όπου τα θετικά είναι κυρίως πρωτόνια και τα αρνητικά είναι ηλεκτρόνια. Αυτή η εικόνα μας δίνει και έναν πρώτο μηχανισμό ακτινοβολίας. Όταν έχουμε φορτισμένα σωματίδια μέσα σε μαγνητικό πεδίο, τότε αυτά ακτινοβολούν ακτινοβολία σύγχροτρον, επειδή η παρουσία του μαγνητικού πεδίου αναγκάζει τα φορτισμένα σωματίδια να επιταχύνονται (τα επιταχυνόμενα φορτία ακτινοβολούν) αφού τα οδηγεί σε ελικοειδή τροχιές. Η ενέργεια (δηλαδή η συχνότητα) της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας είναι $$\reverse\opaque \nu \propto \gamma^2 B$$ όπου το γ είναι ο παράγοντας Lorentz και Β η ένταση του μαγνητικού πεδίου. Τα τυπικά χαρακτηριστικά που βλέπουμε στους ενεργούς γαλαξιακούς πυρήνες τοποθετούν την περιοχή εκπομπής της σύγχροτρον ακτινοβολίας στις ακτίνες Χ. Εδώ πρέπει να επισημάνω ότι τα σωματίδια που κατεξοχήν ακτινοβολούν είναι τα ηλεκτρόνια και ο λόγος είναι ότι ο ρυθμός ακτινοβολίας ενός φορτισμένου σωματιδίου είναι αντιστρόφως ανάλογος με το τετράγωνο της μάζας του σωματιδίου. Δεδομένου ότι ο λόγος της μάζας του πρωτονίου προς τη μάζα του ηλεκτρονίου είναι της τάξης του 1000 (btw, google proton mass over electron mass) είναι σαφές ότι η ακτινοβολία των πρωτονίων είναι αμελητέα. Άρα όπως είπαμε, τα ηλεκτρόνια παρουσία του μαγνητικού πεδίου ακτινοβολούν με ρυθμό $$\reverse\opaque \frac{dE}{dt} \propto \gamma^2 B^2$$.
Τα ηλεκτρόνια όμως μπορούν να κάνουν και κάτι ακόμα. Αν ένα ηλεκτρόνιο είναι σχετικιστικό, τότε μπορεί να σκεδάσει ένα φωτόνιο χαμηλής ενέργειας σε φωτόνιο υψηλότερης ενέργειας. Η διαδικασία αυτή λέγεται αντίστροφος σκεδασμός Compton και τα παραγόμενα φωτόνια έχουν ενέργεια $$\reverse\opaque \nu_{final} \propto \gamma^2 \nu_0$$ όπου και πάλι το γ είναι ο παράγοντας Lorentz των ηλεκτρονίων. Έτσι αν έχουμε ένα πεδίο φωτονίων και ένα πληθυσμό σχετικιστικών ηλεκτρονίων, τότε ο ρυθμός εκπομπής ακτινοβολίας με αυτή τη διαδικασία θα είναι $$\reverse\opaque \frac{dE}{dt} \propto \gamma^2 U_{ph}$$, όπου $$\reverse\opaque U_{ph}$$ είναι η πυκνότητα ενέργειας των φωτονίων.
Οι δύο παραπάνω διαδικασίες μας προσφέρουν τον μηχανισμό για να έχουμε παραγωγή ακτινοβολίας από τις ακτίνες Χ μέχρι τις ακτίνες γ στους πίδακες των ενεργών γαλαξιών, αρκεί να υπάρχουν ηλεκτρόνια αρκετά υψηλής ενέργειας. Και το πιο ενδιαφέρον είναι ότι έχουμε μια διαδικασία δύο σε ένα. Από τη μία τα σχετικιστικά ηλεκτρόνια ακτινοβολούν, λόγω του μαγνητικού πεδίου, ακτινοβολία σύγχροτρον στις ακτίνες Χ. Από την άλλη, κάποια από τα φωτόνια των ακτίνων Χ κάνουν αντίστροφο σκεδασμό Compton με τα σχετικιστικά ηλεκτρόνια και παράγουν ακτινοβολία γ. Αυτό ακριβώς είναι το μοντέλο Synchrotron Self Compton (SSC).
Η παραπάνω διαδικασία όπως την περιγράψαμε ήταν και η πρώτη προσέγγιση να ερμηνευτεί το φάσμα των AGNs στις υψηλές ενέργειες. Δηλαδή αρχικά, θεωρούσαν ότι με κάποιο τρόπο έχεις μια ενεργειακή κατανομή ηλεκτρονίων σε μια περιοχή του πίδακά σου, όπου υπάρχει και το κατάλληλο μαγνητικό πεδίο και αυτά τα υλικά θα σου δώσουν το τελικό φάσμα όπως φαίνεται στο σχήμα.
Φυσικά η παραπάνω εικόνα δεν είναι σε καμία περίπτωση πλήρης και ο λόγος είναι ότι είναι τεχνητός ο τρόπος με τον οποία βάζεις τα ηλεκτρόνια στο σύστημα. Η εικόνα αυτή όμως ήταν αρκετή για να περιγράψει πλήρως την κατάσταση «ηρεμίας» των AGNs, όπου δεν παρατηρούνται δυναμικά φαινόμενα. Για την περιγραφή όμως δυναμικών φαινομένων, όπως οι εκλάμψεις, ήταν απαραίτητη μία πιο ρεαλιστική περιγραφή, που να λαμβάνει υπόψη της δυναμικούς μηχανισμούς όπως τις απώλειες των ηλεκτρονίων λόγω ακτινοβολίας καθώς και τους πιθανούς μηχανισμούς επιτάχυνσης των ηλεκτρονίων. Την λύση στο ζήτημα της επιτάχυνσης, την δίνουν τα κρουστικά κύματα. Όταν έχεις ένα κρουστικό κύμα που διαδίδεται μέσα σε ένα πλάσμα παρουσία μαγνητικού πεδίου, υπάρχει η δυνατότητα τα ηλεκτρόνια που βρίσκονται στο δρόμο του κύματος να επιταχυνθούν ουσιαστικά από τη σκέδασή τους με το κύμα. Χονδρικά η διαδικασία είναι ανάλογη με το μπαλάκι που κερδίζει κινητική ενέργεια όταν το χτυπά η ρακέτα. Η διαφορά είναι ότι το κύμα κυνηγά τα ηλεκτρόνια και τα «χτυπάει» συνέχεια, επιταχύνοντας τα συνέχεια. Η επιτάχυνση με αυτή τη διαδικασία λέγετε επιτάχυνση Fermi. Τα πράγματα είναι ακόμα πιο δραματικά όταν το κρουστικό κύμα κινείται με σχετικιστικές ταχύτητες, οπότε και τα ηλεκτρόνια φτάνουν σε πολύ υψηλές ενέργειες.
Λαμβάνοντας υπόψη όλα τα παραπάνω, οι Α. Μαστιχιάδης και J.G. Kirk παρουσίασαν ένα μοντέλο για τη μεταβλητότητα που παρατηρείται στους πίδακες των ενεργών γαλαξιακών πυρήνων, Kirk & Mastichiadis (1999), Kirk & Mastichiadis (2002). Το μοντέλο αυτό προβλέπει τις παρακάτω συμπεριφορές για τις εκλάμψεις:
1. Αν η χρονική κλίμακα στην οποία επιταχύνονται τα ηλεκτρόνια από το κρουστικό κύμα είναι πολύ μικρότερη από την χρονική κλίμακα στην οποία ψύχονται (λόγω ακτινοβολίας), τότε η μεταβολή του φασματικού δείκτη “α” ως προς την έντασης της έκλαμψης έχει τη μορφή:
Στο σχήμα βλέπουμε πάνω δεξιά την μεταβολή της έντασης ως συνάρτηση του χρόνου, κάτω αριστερά βλέπουμε τον φασματικό δείκτη ως συνάρτηση του χρόνου (το φάσμα είναι νόμος δύναμης της μορφής $$\reverse\opaque F_{\nu}\propto \nu^{\alpha}$$) και κάτω δεξιά βλέπουμε τον φασματικό δείκτη ως συνάρτηση της έντασης. Τα βελάκια υποδεικνύουν ότι καθώς εξελίσσεται η έκλαμψη, η τροχιά έχει φορά κατά τη φορά των δεικτών του ρολογιού. Το γεγονός ότι σ’ αυτή την περίπτωση έχουμε πολύ μικρό χρόνο επιτάχυνσης σε σχέση με το χρόνο ψύξης σημαίνει ότι τα ηλεκτρόνια θα επιταχυνθούν σχεδόν ακαριαία στις τελικές τους ενέργειες και από εκεί και πέρα επειδή ο χρόνος ψύξης αυξάνει όσο μικρότερη είναι η ενέργεια των ηλεκτρονίων, τα ηλεκτρόνια υψηλότερης ενέργειας ακτινοβολούν πρώτα και άρα σε εμάς θα φτάσουν πρώτα τα φωτόνια υψηλότερης ενέργειας και μετά τα χαμηλότερης. Αυτό το φαινόμενο έχει παρατηρηθεί αρκετές φορές και σε αρκετές πηγές.
2. Αν η χρονική κλίμακα της επιτάχυνσης είναι της ίδιας τάξης μεγέθους με τον χρόνο ψύξης, τότε έχουμε για την μεταβολή του φασματικού δείκτη:
όπου τα σχήματα είναι όπως και παραπάνω. Σ’ αυτή την περίπτωση βλέπουμε ότι τα βελάκια υποδεικνύουν την ανάποδη τροχιά στο διάγραμμα του φασματικού δείκτη ως προς την ένταση. Πρακτικά το ότι ο χρόνος επιτάχυνσης είναι συγκρίσιμος με τον χρόνο ψύξης σημαίνει ότι καθώς κερδίζουν ενέργεια τα ηλεκτρόνια με αυτόν τον αργό ρυθμό, στον ίδιο χρόνο έχουν την δυνατότητα να ακτινοβολήσουν. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να ακτινοβολούν τα ηλεκτρόνια πρώτα στις χαμηλές ενέργειες και μετα στις υψηλές. Δηλαδή εδώ θα βλέπαμε πρώτα τα φωτόνια χαμηλής ενέργειας και μετά με καθυστέρηση τα φωτόνια υψηλότερης ενέργειας.
Όλα τα παραπάνω ισχύουν τόσο στις ακτίνες Χ όσο και στις ακτίνες γ, με μικρές διαφοροποιήσεις. Αυτό σημαίνει ότι επειδή ακριβώς την όλη δουλειά την κάνει ο ίδιος πληθυσμός ηλεκτρονίων, η μεταβλητότητα στις ακτίνες Χ θα πρέπει να είναι συσχετισμένη χρονικά με την μεταβλητότητα στις ακτίνες γ. Αυτή ακριβώς η συμπεριφορά γενικά παρατηρείται.
---«Επιστροφή στο MAGIC»---
Επιστρέφοντας στις παρατηρήσεις του MAGIC, στην παράγραφο 4.4 του αρχικού χαρτιού γίνεται αναφορά στην χρονική εξέλιξη της βασικής έκλαμψης που μας απασχολεί (9 Ιουλίου) και στη συνέχεια γίνεται περεταίρω αναφορά στην παράγραφο 5.3 όπου γίνεται και μία σχετική ερμηνεία των αποτελεσμάτων της έκλαμψης. Εκεί λοιπόν διαβάζουμε:
4.4 Intra-night spectral variations.
As discussed in section 3.3, during the active nights of June 30 and July 9 the VHE emission of Mrk 501 can be divided into a “stable” (pre-burst) and “variable” (in-burst) part. In order to study potential changes in the spectral shape, we derived the differential photon spectrum for the two parts of each night (Fig. 5). Since each spectrum is based on <1/2 hr exposure this procedure certainly increases the statistical errors. The four spectra were fitted with the log-parabolic function in eq. 6, which is preferred over the simple PL function (see sect. 4.3). The results of the fit, as well as other relevant information (e.g., net observing time, significance of the signal, goodness of fit) are reported in Table 8. The spectra and the corresponding fits are plotted in Fig. 15. In both nights, there is marginal (1σ) evidence for a spectral hardening during the flare.
We also studied the time-evolution of the hardness ratio, defined as the ratio F(1.2-10 TeV)/F(0.25-1.2 TeV) and which is computed directly from the LCs shown in Fig. 6 and Fig. 7. The resulting graph is shown in Fig. 16. The hardness ratios for the pre-burst and in-burst part are quantified by means of a constant fit. In both nights the hardness ratio is somewhat larger (1-2σ) in the in-burst than in the pre-burst part, in agreement with the observed spectral hardening (see Fig. 15). It is worth noting that the hardness ratios for the pre-burst and in-burst time windows of June 30 are statistically compatible with being constant, those of July 9 are much less so, as shown in the insets of Fig. 16. The evolution of the hardness ratio with the emitted flux above 0.25 TeV is shown in Fig. 17. Both nights show some evidence for a larger spread in the in-burst part than in the pre-burst part.
The evolution of the in-burst points from June 30, however, is somewhat chaotic, while the evolution of the in-burst points from July 9 shows a clear loop pattern rotating counterclockwise. The physical interpretation of this feature is given in section 5.3. Concluding, a spectral hardening with increased emission characterizes the VHE emission of Mrk 501 also at short timescales.
Fig. 17 - Hardness ratio F(1.2 - 10 TeV)/F(0.25 - 1.2 TeV) vs F(> 0.25 TeV) for the nights of June 30 and July 9. Horizontal and vertical bars denote 1σ statistical uncertainties. Black open squares and red open circles denote pre-burst (’stable’) and in-burst (’variable’) emission respectively. The numbers inside the markers denote the position of the points in the LCs. The consecutive (in time) points of the in-burst LC are connected by red lines for better clarity.
και συνεχίζουν στην ενότητα 5:
5.3. Interpretation of the spectral shape variations
The observed correlation between spectral shape and (bolometric) luminosity is naturally accounted for in the SSC(*) scenario. Pian et al (1998); Tavecchio et al (2001) discuss the SED variations of Mrk 501 during the giant 1997 flare. During the 1997 flare the 0.1-200 keV band synchrotron spectrum became exceptionally flat (photon spectral index a<1), peaking at > 100 keV – a shift to higher frequencies by a factor of 100 from previous, more quiescent states. The VHE data (from the Whipple, HEGRA, and CAT telescopes) showed a progressive hardening from the baseline state (a>2) through a more active state to a flaring state (a~2). In the SSC scenario, these flux-dependent spectral changes implied that a drastic change in the electron spectrum caused the increase in emitted power: a freshly injected electron population has a flatter high-energy slope and a higher maximum energy than an aging population, which cause a shift of the SED to higher frequencies.
In section 4.4 we reported that the spectrum of Mrk 501 not only hardens on long time
scales, with the overall emitted flux, but also during the shorter events of June 30 and July 9. The burst from July 9 showed a remarkable variability, and the evolution of the hardness ratio with the flux (right-hand plot of Fig 17) contains valuable information about the dynamics of the source. In the pre-burst phase, the hardness ratio does not vary significantly; Yet during the burst phase, it varies following a clear loop pattern rotating counterclockwise. As pointed out by Kirk & Mastichiadis (1999)(**), one expects to have this behaviour for a flare where the variability, acceleration and cooling timescales are similar; which implies that, during this flare, the dynamics of the system is dominated by the acceleration processes, rather than by the cooling processes. Consequently, the emission propagates from lower to higher energy, so the lower energy photons lead the higher energy ones (that is the so-called hard lag). This indeed agrees well with the argumentation given in section 5.2, where the time delay between E>1.2 TeV and E<0.25 TeV is shown to be consistent with the gradual acceleration of the electrons.
In a systematic study performed by Gliozzi et al (2006) using X-ray data from 1998 to 2004, this behaviour was not observed on more typical (longer) flares, where actually the opposite behaviour (clockwise rotation) was indicated. This might point to the fact that these physical processes might be responsible only for the shortest flux variations, and not for the variability on longer timescales
Τα παραπάνω και σε συνδυασμό με μερικά ακόμα στοιχεία, όπως το correlation των ακτίνων Χ με τις ακτίνες γ και την περιοχή του φάσματος του Mkn 501 στην οποία βρίσκονται οι δύο εκλάμψεις, υποδεικνύουν ξεκάθαρα ότι η επίμαχη έκλαμψη της 9ης Ιουνίου είναι ένα φαινόμενο με καθαρά κλασσική εξήγηση. Εξήγηση που υπάρχει στην πιάτσα εδώ και αρκετό καιρό και δεν χρειάζεται κάποιος Ιάπωνας να την ανακαλύψει. Εξήγηση που θα είναι ενδεχομένως σε θέση να ερμηνεύσει και την επόμενη υποψήφια έκλαμψη είτε έρχονται πρώτα οι υψηλές ενέργειες, είτε έρχονται πρώτα οι χαμηλές, χωρίς να φτάνει κανένας στα όρια της γελοιότητας.
Ακόμα νομίζω ότι διακρίνεται και μια οπορτουνιστική διάθεση από το MAGIC, το οποίο πάνω στον ανταγωνισμό του με το HESS και στην προσπάθειά του να εξασφαλίσει την χρηματοδότηση για το MAGIC II, ίσως και να παρέσυρε και την ομάδα του Νανόπουλου σ’ αυτή την ιστορία.
Η όλη ιστορία μου θυμίζει λίγο την φράση: «Τα αποτελέσματα των πειραματικών τα πιστεύουν μόνο οι θεωρητικοί».
------------------------------------------- Update: Αξίζει να αναφέρω μερικά σημεία που μου επισημάνθηκαν. Ο Νεκτάριος Βλαχάκης (λέκτορας του τομέα Αστροφυσικής) μου επισήμανε ότι υπάρχει η άποψη ότι στους πίδακες, υπάρχουν και πληθυσμοί ποζιτρονίων, τα οποία και αυτά συνεισφέρουν στην εκπεμπόμενη ακτινοβολία σημαντικά. Ακόμα, οι ενέργειες που αναφέρω παραπάνω για τα φωτόνια, είναι στο σύστημα αναφοράς του υλικού που κινείται στον πίδακα. Το υλικό αυτό όμως κινείται σχετικιστικά και γι’ αυτό το λόγο υπάρχει και μια ενίσχυση της ενέργειας που βλέπουμε εμείς. Είναι δηλαδή δ φορές μεγαλύτερη, όπου δ είναι ο παράγοντας Doppler και είναι: $$\reverse\opaque \delta \equiv \frac{1}{\gamma(1-\beta cos\theta)}$$ όπου θ είναι η γωνία που σχηματίζει ο άξονας του πίδακα με εμάς. Τέλος η εικόνα των σχετικιστικών κρουστικών κυμάτων είναι αρκετά πιο περίπλοκη από αυτό που παρουσιάζω, αλλά απλά ήθελα να δώσω μια εικόνα του μηχανισμού.
Ακόμα θέλω να επισημάνω κάτι που ξέχασα να αναφέρω για τον μηχανισμό που δημιουργεί την έκλαμψη. Όπως αναφέρω και παραπάνω, υπάρχει ένας πληθυσμός ηλεκτρονίων, που έχουν κάποιο ενεργειακό φάσμα και αυτά ακτινοβολούν. Η έκλαμψη ενεργοποιείτε όταν αυξήσουμε την αριθμητική πυκνότητα των ηλεκτρονίων, δηλαδή όταν βάλουμε έξτρα ηλεκτρόνια στο σύστημα. Το μοντέλο δηλαδή θεωρεί ότι όπως κινείται το κρουστικό κύμα, συναντά μια αύξηση στην πυκνότητα και αυτό δημιουργεί την αύξηση στη ροή.
Το βίντεο της διάλεξης του Νανόπουλου.
Απόσπασμα από ομιλία του Δ. Νανόπουλου που δόθηκε στο Τμήμα Φυσικής του πανεπιστημίου Αθηνών στις 5 Δεκέμβρη 2007. Στο βίντεο υπάρχει το κομμάτι της ομιλίας που αναφέρετε στα δεδομένα του τηλεσκοπίου MAGIC και την θεωρία της ομάδας Νανόπουλου για την διασπορά του φωτός, καθώς και οι σχετικές ερωτήσεις. Το βίντεο είναι τραβηγμένο με ψηφιακή φωτογραφική κάμερα και γι’ αυτό έχει διακοπές (των μερικών δευτερολέπτων, αφού η κάμερα δεν μπορούσε να καταγράψει πάνω από 3’10”) στην ροή του. Επίσης οι μη ενδιαφέρουσες ερωτήσεις έχουν παραληφθεί.
Φαίνεται πως υπάρχουν κάποια ενδιαφέροντα νέα από το τηλεσκόπιο MAGIC.
Κατ’ αρχήν όμως λίγα πράγματα για το τηλεσκόπιο. Το MAGIC είναι ένα τηλεσκόπιο ακτίνων γ κατασκευασμένο στο La Palma στα Κανάρια νησιά.
The MAGIC Telescope Collaboration has built in 2001 - 2003 a large atmospheric imaging Cherenkov telescope, with a mirror surface of 236 m2 and photomultiplier tubes of optimal efficiency. With the accent on best light collection, cosmic gamma-rays at an energy threshold lower than any existing or planned terrestrial gamma-ray telescope become accessible. Their analysis is uncharted territory: coping with the hadronic background below 100 GeV presents a totally new challenge. Analysis methods require adapting to this low-energy domain; so far achieved has been a threshold of 70 GeV.
Η ιδέα πίσω από το τηλεσκόπιο είναι η εξής: ένα φωτόνιο γ ακτινοβολίας μπαίνοντας στην ατμόσφαιρα, παράγει έναν καταιγισμό δευτερευόντων σωματιδίων τα οποία είναι φορτισμένα. Αυτά τα σωματίδια, έχουν αρκετά μεγάλη ενέργεια και καθώς κινούνται στην ατμόσφαιρα παράγουν ακτινοβολία Cherenkov την οποία και ανιχνεύει το τηλεσκόπιο. Περισσότερες λεπτομέρειες μπορεί να βρει κανείς εδώ.
Data from a well known and much closer TeV blazar, Mkn501 (more), were recently re-analyzed for energy-dependent differences in arrival time. This source showed flux variations by an order of magnitude, and short-term fluctuations (flares) were observed with flux-doubling times as low as two minutes during two nights (for more details, see below and the manuscript). These flares were now subjected to a detailed analysis, using advanced statistical methods and all individual gamma-rays. The results confirmed the previous analysis, permitting to speculate about a possible sign of profound consequence: some models of quantum gravity predict an effect of energy-dependent arrival time, exactly the kind that was observed. The corresponding manuscript is being published (available as http://www.arxiv.org/abs/0708.2889).
Με απλά λόγια δηλαδή, σε μία από τις εκπομπές του Markarian 501 παρατηρήθηκε διαφορά στους χρόνους άφιξης ανάμεσα στα φωτόνια γ χαμηλότερης ενέργειας και στα φωτόνια γ υψηλότερης ενέργειας. Αυτή τη διαφορά, σύμφωνα με στατιστικές αναλύσεις, την αποδίδουν σε διασπορά των φωτονίων λόγω φαινομένων που προκύπτουν από τις διορθώσεις της κβαντικής βαρύτητας. Μία παρουσίαση της θεωρητικής ιδέας πίσω από όλα αυτά υπάρχει στην εργασία Astrophysical Probes of the Constancy of the Velocity of Light των Ellis et al. Από την εισαγωγή αυτής της εργασίας παραθέτω:
Initially in the context of a string approach (Amelino-Camelia et al. 1997), it has been argued that foamy effects might lead the quantum-gravitational vacuum to behave as a non-trivial medium, much like a plasma or other environment with non-trivial optical properties. Another possible example of such behaviour has been proposed within a canonical approach to quantum gravity (Gambini & Pullin 1999), and it has also been observed that quantum fluctuations in the light-cone are to be expected (Yu & Ford 1999). The basic intuition behind such suggestions is that quantum-gravitational fluctuations in the vacuum must in general be modified by the passage of an energetic particle, and that this recoil will be reflected in back-reaction effects on the propagating particle itself.
όπου οι συγγραφείς εξηγούν τον μηχανισμό που κρύβεται πίσω από το φαινόμενο. Δηλαδή λένε (και οι σχετικές αναφορές έχουν περισσότερες λεπτομέρειες) ότι ουσιαστικά ένα σωματίδιο υψηλής ενέργειας (όπως ένα φωτόνιο γ) καθώς διαδίδεται στο κβαντικό κενό (κβαντικός αφρός), υπάρχει η δυνατότητα να αλληλεπιδρά με τις διάφορες κβαντικές του διακυμάνσεις. Αυτό θα έχει ως αποτέλεσμα να αλλοιώνεται η κίνηση του σωματιδίου. Από αυτή τη διαδικασία μπορούν να προκύψουν τρεις τύποι φαινομένων:
Δηλαδή υπάρχει η δυνατότητα να παρατηρήσουμε διασπορά ανάλογα με την ενέργεια των φωτονίων, υπάρχει η δυνατότητα να παρατηρήσουμε διαφορά ανάλογα με την πόλωση των φωτονίων (διπλοθλαστικότητα) και τέλος υπάρχει η δυνατότητα να παρατηρηθεί διασπορά σε ένα κυματοπακέτο φωτονίων της ίδιας ενέργειας.
Στην συνέχεια της εργασίας αναφέρεται ότι αυτή η αλληλεπίδραση εισάγει μια διαταραχή στη γεωμετρία του επίπεδου χωρόχρονου υπό την μορφή μη διαγώνιων όρων στην γεωμετρία του Minkowski οι οποίοι όμως εξαρτώνται από την ενέργεια του φωτονίου γ (οι λεπτομέρειες προκύπτουν από την θεωρία χορδών και αναλύονται στις αναφορές του άρθρου). Αν τώρα γράψει κάποιος τις εξισώσεις του Maxwell για αυτή τη γεωμετρία οδηγείται σε κυμματικές εξισώσεις με επιπλέων όρο διάχυσης. Έχει ενδιαφέρων ότι μια παρόμοια ανάλυση υπάρχει και στο κλασσικό βιβλίο των Landau and Lifshitz, Classical Theory of Fields στη σελίδα 257. Από αυτές τις κυματικές εξισώσεις προκύπτει και η σχέση διασποράς που είναι της μορφής $$\reverse\opaque k^2-\omega^2-2\bar{U}k\omega=0$$ όπου το $$\reverse\opaque\bar{U}$$ είναι η ταχύτητα ανάκρουσης της "κβαντικής διαταραχής" από την αλληλεπίδραση με το φωτόνιο και είναι ανάλογη της ενέργειας του φωτονίου και κάποιας χαρακτηριστικής κλίμακας που προκύπτει από την θεωρία χορδών ($$\reverse\opaque\bar{U}\sim\frac{E}{E_{QG}}$$). Την παραπάνω σχέση διασποράς μπορούμε να την γράψουμε σε ένα γενικότερο πλαίσιο και στην μορφή $$\reverse\opaque c^2p^2=E^2\left(1+f(\frac{E}{E_{QG}})\right)$$ που θυμίζει τη γνωστή σχέση από την ειδική σχετικότητα $$\reverse\opaque c^2p^2=E^2$$ για τα φωτόνια. Σε ενέργειες $$\reverse\opaque E\ll E_{QG}$$ η τελευταία σχέση θα παίρνει τη μορφή της αρχικής σχέσης διασποράς ή ισοδύναμα εκφρασμένη ως προς την ταχύτητα $$\reverse\opaque c(E)=c\left(1-\frac{E}{E_{QG}}\right)$$.
Το άρθρο συνεχίζει και περιγράφει ποια θα είναι η αλλοίωση που θα υποστεί ένας παλμός φωτονίων με βάση τα παραπάνω και τι επιπτώσεις θα έχει στον παλμό η κοσμολογική διαστολή του σύμπαντος και καταλήγει με μια ανάλυση πηγών εκλάμψεων ακτίνων γ που μπορεί να είναι υποψήφιες για να δώσουν μετρήσιμο αποτέλεσμα του παραπάνω φαινομένου.
Αυτό που βρίσκω εγώ πολύ ενδιαφέρων σ' αυτή την ιστορία είναι ότι έχουμε μια πρώτη υποψία μέτρησης πειραματικά φαινομένων που σχετίζονται με την θεωρία χορδών. Αυτό το ενδεχόμενο είναι αρκετά σημαντικό και θέλει πολύ προσεκτικές κινήσεις και χαμηλούς τόνους. Άλλωστε υπάρχει πάντα το ενδεχόμενο το φαινόμενο να οφείλεται κάπου αλλού. Συγκεκριμένα η πρώτη ανακοίνωση της ομάδας του MAGIC αναφερόταν σε πιθανά αίτια σχετικά με την δομή και τους μηχανισμούς επιτάχυνσης σωματιδίων και παραγωγής ακτινοβολίας στους ενεργούς γαλαξιακούς πυρήνες.
Το μοντέλο για την ακτινοβολία σ' αυτές τις περιπτώσεις προβλέπει χονδρικά ότι έχεις έναν πληθυσμό ηλεκτρονίων τα οποία επιταχύνονται με κάποιο μηχανισμό επιτάχυνσης (κάποιο κρουστικό κύμα για παράδειγμα) και επειδή είναι μέσα σε μαγνητικό πεδίο παράγουν ακτινοβολία σύγχροτρον. Υπάρχει ακόμα και η δυνατότητα με αντίστροφο σκεδασμό Compton, τα ηλεκτρόνια να μετατρέψουν χαμηλότερης ενέργειας φωτόνια σε φωτόνια υψηλότερης ενέργειας. Έτσι παρατηρείτε συχνά το φαινόμενο να έχουμε ενίσχυση των φωτονίων σύγχροτρον με τη βοήθεια του αντίστροφου σκεδασμού Compton σε αρκετά υψηλές ενέργειες που φτάνουν ως και τις ενέργειες της ακτινοβολίας γ. Ο όλος μηχανισμός λέγετε self-Compton.
Η ιδέα λοιπόν της πρώτης ανακοίνωσης του MAGIC ήταν ότι μπορεί ο μηχανισμός της επιτάχυνσης να είναι τέτοιος ώστε να έχει διαφορετικούς χρόνους έναρξης η εκπομπή στις χαμηλότερες από ότι στις υψηλότερες ενέργειες. Δεν ξέρω πόσο πιθανό είναι ένα τέτοιο σενάριο, αλλά καλό είναι να είμαστε ανοιχτοί σε κάθε ενδεχόμενο.
Και γενικά αυτός ο σχετικός σκεπτικισμός επικρατεί και στην κοινότητα που ασχολείται με την κβαντική βαρύτητα. Ενδιαφέρον έχει το άρθρο της Bee Hossenfelder στο blog της Backreaction: MAGIC's observation of Gamma Ray bursts, όπου έχει γίνει και μία ενδιαφέρουσα συζήτηση.
Πραγματικά είναι τελείως άστοχα τα σχόλια του τύπου:
-Θα έλεγα ότι θα χρειαστεί να αλλάξουμε τα βιβλία της Φυσικής εάν η θεωρία μας είναι σωστή.
-Γίνονται όμως θεμελιακές αλλαγές και ο περιβόητος τύπος E=mc2 αλλάζει.
-Εάν τελικά αποδειχτεί ότι η ταχύτητα του φωτός δεν είναι σταθερή, τότε κλονίζονται σοβαρά όλα όσα γνωρίζαμε από τη Γενική θεωρία της Σχετικότητας και την κβαντική φυσική, και η Φυσική θα πρέπει να ξαναγραφεί από την αρχή προσεγγίζοντας το διαχρονικό όνειρο, το Ιερό Δισκοπότηρο, δεκάδων φυσικών επιστημόνων για τη δημιουργία της Θεωρίας των Πάντων.
και τέλος πάντων δίνουν λάθος εικόνα.
Όπως περιγράψαμε και παραπάνω το φαινόμενο δεν είναι και τόσο θεμελιώδες. Είναι effective. Δηλαδή όπως ακριβώς όταν το φως διαδίδετε μέσα στο γυαλί, η αλληλεπίδραση του φωτός με τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία των ατόμων προκαλεί μια φαινόμενη αλλαγή στην ταχύτητα διάδοσής του, έτσι και εδώ η αλληλεπίδραση του φωτός με τις "κβαντικές διακυμάνσεις" του κενού προκαλεί μια φαινόμενη αλλαγή στην ταχύτητα διάδοσης. Είναι πολύ σημαντικό το ότι για πρώτη φορά λόγω του φαινομένου αυτού μπορούμε να διαγνώσουμε κάποια πράγματα για τα "άτομα" (τις κβαντικές διακυμάνσεις και τη συμπεριφορά τους) αυτά και κατ' επέκταση να πάρουμε πληροφορίες για την θεωρία χορδών. Αλλά τα παραπάνω δεν συνιστούν θεμελιώδης αναδιατύπωση της ειδικής και της γενικής σχετικότητας.
Update2(13/10/07):Το κείμενο αναδημοσιεύεται στο μπλε κουαρκ από τον lazopolis, όπου έχει προσθέσει μερικά δικά του σχόλια και γίνεται και μια σχετική συζήτηση.
Την εβδομάδα που μας πέρασε, πραγματοποιήθηκε στη Μυτιλήνη το 4th Aegean Summer School με θέμα τις Μαύρες Τρύπες. Το σχολείο το οργάνωσε ο Αν.Καθηγητής Λευτέρης Παπαντωνόπουλος και τη γραμματειακή υποστήριξη την ανέλαβε η Φανή Σιάτρα, που ήταν και η ψυχή του σχολείου.
The Fourth Aegean Summer School is devoted this year to the physics of Black Holes. The main objective of the School is to bring together Physicists from different fields like Astrophysics, High Energy Physics, Relativity and Cosmology and in a relaxed and stimulated atmosphere discuss the nature and the properties of these mysterious objects of our Universe. It is also aimed at introducing postgraduate students and young researchers to this very challenging issue of Astrophysics, Relativity and Cosmology.
Various aspects of the Black Hole physics will be discussed: Black Holes as classical solutions of GR, Astrophysical Black Holes, Black Holes Thermodynamics, Perturbations of Black Holes and their Stability, Higher Dimensional Black Holes, Black Holes in Brane and String Theories, Black Holes and AdS/CFT Correspondence.
Συνολικά το σχολείο θα έλεγα ότι είχε επιτυχία. Ακουστήκαν κάποια ενδιαφέροντα πράγματα και επιπλέον περάσαμε και καλά. Τα θέματα που ήταν μέσα στα ενδιαφέροντα μου ήταν οι διαλέξεις του καθηγητή Neugebauer πάνω στο inverse scattering method και οι διαλέξεις των Κόκκοτα και Στεργιούλα που ήταν πάνω στα Quasi-normal modes of Black Holes του ενός και σε Numerical Simulations of Black Hole Formation του άλλου. Ιδιαίτερο ενδιαφέρων είχε το κομμάτι του Στεργιούλα που αναφερόταν στο πως υπολογίζεται η δημιουργία ενός event horizon ή ενός apparent horizon κατά την εξέλιξη του κώδικα. Είναι ένα πρόβλημα που με είχε απασχολήσει και εμένα παλιότερα στα πλαίσια των acoustic analogues of Black Holes (για τα οποία είχα κάνει και μία ομιλία στις συναντήσεις της Ομάδα Θεωρητικής Αστροφυσικής), δηλαδή το ζήτημα του ποια είναι τα κριτήρια και η διαδικασία που πρέπει να εφαρμόσεις για να διαπιστώσεις την ύπαρξη και να υπολογίσεις την θέση ενός ορίζοντα. Είναι ένα πραγματικά πολύ ενδιαφέρων θέμα.
Ενδιαφέρων είχαν και οι διαλέξεις του Carlip πάνω στο Black Hole Thermodynamics και της Παναγιώτας Καντή σχετικά με τα Black Holes in LHC. Το τελευταίο θέμα συγκεκριμένα προκάλεσε και κάποιες συζητήσεις, ειδικά μετά την ομιλία με θέμα "The Menace of Mini Black Holes?" του Y. C. Ong όπου παρουσιάστηκε μια τελευταία διαφάνεια με ένα deadline 15 ημερών... Σ' αυτό το ζήτημα όμως θα επανέλθω κάποια άλλη στιγμή γιατί έχει ενδιαφέρων. Btw, επιβεβαιώθηκαν και από κάποιους στο σχολείο οι φήμες σχετικά με μια ζημιά σε έναν ηλεκτρομαγνήτη του LHC, που θα κοστίσει μερικούς μήνες στο project. Τέλος, μου κίνησε την περιέργεια και η ομιλία του Alwxander Vikman με θέμα "Looking Beyond the Horizon" που είναι βασισμένη ουσιαστικά στο arXiv:hep-th/0604075v2 [JHEP 0609 (2006) 061].
Αυτά ήταν τα σχετικά με το σχολείο. Οι δραστηριότητες όμως ήταν πλούσιες και after school, όπου ο οργανωτικός ρόλος της Φανής ήταν επίσης σημαντικός. Το μουσικό καφενείο αναδείχθηκε σε σταθερό στέκι όπου συνωστιζόμασταν σχεδόν κάθε βράδυ. Αν ο ιδιοκτήτης δεν σκέφτεται να χρηματοδοτήσει το επόμενο σχολείο, μάλλον θα πρέπει να το σκεφτεί. Αν και στη Μυτιλήνη, η αλήθεια είναι ότι δεν τιμήσαμε και πολύ το ούζο, με εξαίρεση μια βραδιά που φάγαμε σε ένα ουζάδικο κοντά στον φάρο του λιμανιού (που ήταν και το μοναδικό βράδυ που δεν καταλήξαμε στο μουσικό καφενείο). Την τιμητική της είχε και η πρέφα όπου διαδραματίστηκαν και κάποιες σκηνές απείρου κάλλους με guest star τον Alexey Α., μία μπουκάλα ρετσίνα και... Κορυφαία στιγμή ήταν και το μεθύσι με ούζο του Burin, ο οποίος έδινε και ομιλία την επόμενη μέρα που τελικά εξελίχθηκε σε πολύ ενδιαφέρουσα...
Τέλος, στην λίστα των συμμετεχόντων υπάρχει και ο Salti Mustafa, ο οποίος από ότι κατάλαβα δεν εμφανίστηκε στο σχολείο. Λογικό το βρίσκω.
Τώρα είμαστε εν αναμονή των αρχείων .pdf με τις ομιλίες και των σχετικών φωτογραφιών από τις διάφορες "δραστηριότητες" του σχολείου. Το επόμενο θα γίνει σε 2 χρόνια και ακούγεται ότι θα είναι κρουαζιέρα στο Αιγαίο...
