«Θεωρία» που προκαλεί τη φυσική του Einstein για την ταχύτητα του φωτός θα μπορούσε να ελεγχθεί σύντομα

Η υπόθεση ότι η ταχύτητα του φωτός είναι και πάντοτε υπήρχε σταθερή, αποτελεί υποστύλωμα πολλών θεωριών στη φυσική, όπως τη θεωρία της Γενικής Σχετικότητας του Einstein. Ιδιαίτερα, παίζει ρόλο σε μοντέλα που περιγράφουν το τι συνέβη στο πολύ πρώιμο σύμπαν, κλάσματα δευτερολέπτου μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Υπάρχουν όμως ερευνητές οι οποίοι υποστήριξαν ότι η ταχύτητα του φωτός θα μπορούσε να είναι πολύ μεγαλύτερη σε αυτό το πρώιμο σύμπαν. Τώρα, ένας από τους γεννήτορες αυτής της «θεωρίας», ο καθηγητής João Magueijo από το Imperial College του Λονδίνου, συνεργαζόμενος με τον Dr Niayesh Afshordiαπό το Περιμετρικό Ινστιτούτο του Καναδά, διατύπωσε μια πρόβλεψη που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τον έλεγχο της εγκυρότητας της «θεωρίας».

The_History_of_the_Universe

Όλες οι δομές στο σύμπαν, για παράδειγμα οι γαλαξίες, διαμορφώνονται από διακυμάνσεις στο πρώιμο σύμπαν – ελάχιστα μικρές διαφοροποιήσεις της πυκνότητας από μια περιοχή σε άλλη. Μια καταγραφή αυτών των αρχέγονων διακυμάνσεων αποτυπώνεται στην κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου – ένα χάρτη του αρχαιότερου φωτός στο σύμπαν – με τη μορφή ενός «φασματικού δείκτη».

Εργαζόμενοι με την «θεωρία» τους, ότι οι διακυμάνσεις επηρεάστηκαν από μια μεταβαλλόμενη ταχύτητα του φωτός, ο καθηγητής João Magueijo και ο Dr Niayesh Afshordi τώρα χρησιμοποίησαν ένα μοντέλο για να βγάλουν μια καλή τιμή στον φασματικό δείκτη. Η προβλεπόμενη εικόνα και το μοντέλο στο οποίο βασίζεται δημοσιεύεται στο περιοδικό Physical Review D.

Οι κοσμολόγοι, πρόσφατα, έφθασαν σε μια από τις περισσότερο από ποτέ ακριβείς αναγνώσεις αυτής της τιμής, έτσι που οι προβλέψεις θα μπορούσαν σύντομα να ελεγχθούν – είτε επιβεβαιώνοντας ή απορρίπτοντας το μοντέλο του πρώιμου σύμπαντος της ομάδας. Η τιμή τους είναι πολύ συγκεκριμένη: 0,96478. Αυτή είναι κοντά στην τρέχουσα εκτίμηση των αναγνώσεων της κοσμικής μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου, η οποία τη θέτει γύρω στο 0,968, με κάποιο περιθώριο λάθους.

Μια Ριζοσπαστική Ιδέα

«Η θεωρία, την οποία προτείναμε πρώτα στα τέλη της δεκαετίας του 1990, έφθασε τώρα σε ένα σημείο ωριμότητας – έχει προταθεί μια ελέγξιμη πρόβλεψη. Εάν οι παρατηρήσεις στο κοντινό μέλλον βρουν ότι είναι ακριβές αυτό το νούμερο, αυτό θα μπορούσε να οδηγήσει σε τροποποίηση της θεωρίας βαρύτητας του Einstein», λέει ο καθηγητής Magueijo. «Η ιδέα ότι η ταχύτητα του φωτός θα μπορούσε να είναι μεταβαλλόμενη ήταν μια ριζοσπαστική όταν πρωτο-προτάθηκε, αλλά με μια αριθμητική πρόβλεψη, γίνεται κάτι που οι φυσικοί μπορούν πραγματικά να ελέγξουν. Αν επιβεβαιωθεί, θα σημαίνει ότι οι νόμοι της φύσης δεν ήταν πάντα οι ίδιοι με αυτούς που είναι σήμερα».

Η ελεγξιμότητα της «θεωρίας» της μεταβαλλόμενης ταχύτητας του φωτός την απομακρύνει από την κυρίαρχη σήμερα αντίπαλη θεωρία: τον (κοσμικό) πληθωρισμό. Ο πληθωρισμός υποστηρίζει ότι το πρώιμο σύμπαν πέρασε μέσα από μια εξαιρετικά γρήγορη φάση επέκτασης, πολύ ταχύτερη από ότι ο τρέχον ρυθμός επέκτασης του σύμπαντος.

Το πρόβλημα του ορίζοντα

Οι «θεωρίες» αυτές είναι απαραίτητες για να ξεπεραστεί αυτό που οι φυσικοί αποκαλούν «πρόβλημα του ορίζοντα». Το σύμπαν, όπως το βλέπουμε σήμερα να εμφανίζεται να είναι παντού σε γενικές γραμμές το ίδιο, για παράδειγμα έχει μια σχετικά ομοιογενή πυκνότητα. Αυτό θα μπορούσε να είναι αλήθεια εάν όλες οι περιοχές του σύμπαντος ήταν σε θέση να επηρεάζουν η μία την άλλη. Ωστόσο, αν η ταχύτητα του φωτός είναι πάντα η ίδια, τότε δεν έχει περάσει αρκετός χρόνος για να έχει ταξιδέψει το φως μέχρι την άκρη του σύμπαντος και να «εξισορροπήσει» την ενέργεια.

Ως μια αναλογία: για να θερμανθεί ένα δωμάτιο ομοιόμορφα, ο θερμός αέρας από τα θερμαντικά σώματα σε κάθε άκρο πρέπει να κινηθεί κατά μήκος του δωματίου και να ανακατευθεί πλήρως. Το πρόβλημα για το σύμπαν είναι ότι το «δωμάτιο» – το παρατηρούμενο μέγεθος του σύμπαντος – φαίνεται να είναι πολύ μεγάλο για αυτό που έχει συμβεί στο χρόνο από τότε που διαμορφώθηκε. Η «θεωρία» της μεταβαλλόμενης ταχύτητας του φωτός υποστηρίζει ότι η ταχύτητα του φωτός ήταν πολύ μεγαλύτερη στο πρώιμο σύμπαν, επιτρέποντας τα απομακρυσμένα άκρα να είναι συνδεδεμένα καθώς το σύμπαν επεκτείνονταν. Η ταχύτητα του φωτός μετά θα μειωνόταν με ένα προβλέψιμο τρόπο, καθώς η πυκνότητα του σύμπαντος άλλαζε. Η μεταβλητότητα αυτή οδήγησε την ομάδα στην πρόβλεψη που δημοσίευσε.

Η εναλλακτική θεωρία είναι ο πληθωρισμός, ο οποίος προσπαθεί να λύσει το πρόβλημα υποστηρίζοντας ότι το πολύ πρώιμο σύμπαν εξισορροπήθηκε όταν ήταν απίστευτα μικρό και μετά ξαφνικά επεκτάθηκε, με την ομοιομορφία που αποτυπώθηκε ήδη σε αυτό. Ενώ αυτό σημαίνει ότι: για να διατηρηθούν η ταχύτητα του φωτός και οι άλλοι νόμοι της φυσικής, όπως τους γνωρίζουμε, απαιτείται η επινόηση ενός «πεδίου inflaton» – ενός συνόλου συνθηκών που υπήρχαν μόνο στο εκείνο το χρόνο.

Πηγή Imperial College London

Advertisements