Ρίχνοντας μπάλες κανονιού από τον Πύργο της Πίζας, ο Γαλιλαίος έδειχνε τις επιπτώσεις της βαρύτητας, την οποία ο Ισαάκ Νεύτων είχε παρατηρήσει βλέποντας το μήλο να πέφτει από τη μηλιά. Αλλά τι θα γινόταν αν τα αντικείμενα σε ελεύθερη πτώση ήταν δισεκατομμύρια φορές μικρότερα;
Οι επιστήμονες έριξαν μεμονωμένα άτομα για να δοκιμάσουν μία από τις κεντρικές θεωρίες του Αϊνστάιν σχετικά με το πώς λειτουργεί η βαρύτητα σε μικροσκοπική κλίμακα, δείχνοντας για πρώτη φορά πώς επηρεάζει μια βασική ιδιότητα των μικροσκοπικών σωματιδίων, όπως αναφέρει δημοσίευμα των Times του Λονδίνου.
Το πείραμα χαιρετίζεται από την επιστημονική κοινότητα ως ορόσημο στις προσπάθειες ενός αιώνα για την κατανόηση της λειτουργίας της βαρύτητας στον κβαντικό κόσμο των ατόμων και των υποατομικών σωματιδίων. Σύμφωνα με τους ερευνητές, ίσως είναι ένα βήμα στην οικοδόμηση μιας γέφυρας μεταξύ των δύο κεντρικών πυλώνων της Φυσικής.
Ο πρώτος είναι η Θεωρία της Γενικής Σχετικότητας, η οποία περιγράφει πώς η βαρύτητα διαμορφώνει τον ιστό του Σύμπαντος και επηρεάζει αντικείμενα στην τεράστια κλίμακα των πλανητών και των γαλαξιών. Η δεύτερη είναι η κβαντική θεωρία, που περιγράφει τη συμπεριφορά του φωτός και της ύλης στη μικροσκοπική κλίμακα των φωτονίων, των ατόμων, των πρωτονίων και των ηλεκτρονίων.
Η εύρεση ενός τρόπου ενοποίησης αυτών των δύο θεωριών συνιστά το Αγιο Δισκοπότηρο της Φυσικής, όπως αναφέρουν οι Times – αλλά παραμένουν σαν δύο κομμάτια παζλ που οι επιστήμονες δεν μπορούν ακόμη να συνδέσουν απόλυτα.
Μια διεθνής ομάδα επιστημόνων με επικεφαλής τον βραβευμένο με Νομπέλ φυσικό σερ Ρότζερ Πένροουζ «παρατήρησε πρώτη φορά μια προβλεπόμενη επίδραση της βαρύτητας σε ένα κβαντικό αντικείμενο σε ελεύθερη πτώση», με τα αποτελέσματα της έρευνας να δημοσιεύονται στο επιστημονικό περιοδικό Science Advances.
Σύμφωνα με αυτά, «μια θεμελιώδης αρχή στην καρδιά της θεωρίας της βαρύτητας του Αϊνστάιν παραμένει συνεπής με τη συμπεριφορά της ύλης στον κβαντικό κόσμο», όπως αναφέρει στους Times μέσω ανακοίνωσης το Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης.
Μέσα σε ένα ακίνητο ασανσέρ τα πόδια του επιβάτη είναι σταθερά στο πάτωμα λόγω της βαρύτητας. Ενα αντικείμενο σε ελεύθερη πτώση μέσα στο ασανσέρ κινείται προς το πάτωμα με ταχύτητα 9,8 μέτρων ανά δευτερόλεπτο στο τετράγωνο (m/s²). Αν ο ίδιος ανελκυστήρας στο βαθύ Διάστημα επιτάχυνε προς τα πάνω με 9,8 m/s², τα πόδια του επιβάτη του θα ήταν κολλημένα στο πάτωμα και το αντικείμενο θα έπεφτε στο πάτωμα με τον ίδιο ακριβώς τρόπο.
Με άλλα λόγια, εντός του ανελκυστήρα δεν θα υπήρχε διαφορά μεταξύ των επιδράσεων ενός βαρυτικού πεδίου και της επίδρασης της επιτάχυνσης. Αυτή είναι η «αρχή της ισοδυναμίας» του Αϊνστάιν. Οι επιστήμονες έχουν προβλέψει εδώ και καιρό ότι η αρχή αυτή θα πρέπει να έχει μια συγκεκριμένη επίδραση σε μικροσκοπική ατομική κλίμακα, αλλά δυσκολεύονταν να αποδείξουν τη θεωρία τους.
Το πείραμα
Σε ένα πείραμα στο Πανεπιστήμιο του Μπεν-Γκουριόν του Ισραήλ, ερευνητές από το Ηνωμένο Βασίλειο, το Ισραήλ, τη Γερμανία και τις ΗΠΑ εκμεταλλεύθηκαν μια ασυνήθιστη ιδιότητα των κβαντικών σωματιδίων: την ικανότητά τους να συμπεριφέρονται όχι μόνο σαν στερεά αντικείμενα, αλλά και σαν κύματα, με κυκλική κυματοειδή μορφή.
Αυτό, όπως αναφέρουν οι Times, αποδείχτηκε περίφημα με το πείραμα των «δύο σχισμών» (ή, πείραμα του Γιανγκ) του 19ου αιώνα, το οποίο έδειξε ότι τα σωματίδια μπορούν να ταξιδέψουν από το σημείο Α στο σημείο Β εμφανιζόμενα να ακολουθούν δύο διαδρομές ταυτόχρονα – εκδηλώνοντας και σωματιδιακή, και κυματική συμπεριφορά.
Οι επιστήμονες πήραν περίπου 20.000 άτομα ρουβιδίου που ψύχθηκαν σε ένα κλάσμα πάνω από την πιο χαμηλή δυνατή θερμοκρασία των -273,15 βαθμών Κελσίου, και έστειλαν κάθε άτομο σε μια διπλή διαδρομή. Χρησιμοποίησαν μαγνητισμό για να «παγώσουν» μία από αυτές τις διαδρομές, εφαρμόζοντας μια ανοδική δύναμη για να αντισταθμίσουν την καθοδική έλξη της βαρύτητας και να την κρατήσουν ακίνητη.
Και πάλι μέσω μαγνητισμού, ώθησαν την άλλη τροχιά προς τα πάνω και στη συνέχεια την άφησαν να πέσει ελεύθερα υπό την επίδραση της βαρύτητας – σαν μπάλα που πετιέται στον αέρα και πέφτει πίσω στη Γη. Ακολούθως, οι δύο τροχιές κάθε ατομικού σωματιδίου οδηγήθηκαν πίσω μαζί.
Η μελέτη διαπίστωσε ότι η επίδραση της ελεύθερης πτώσης μετατόπισε την «κβαντική φάση» μιας από τις διαδρομές, αφήνοντας την κυματοειδή μορφή της ελαφρώς εκτός συγχρονισμού σε σχέση με την αντίστοιχη της άλλης διαδρομής. Οι επιστήμονες αναφέρουν στους Times πως όταν οι δύο διαδρομές συνέκλιναν τα κύματα συγκρούονταν σαν συγκρουόμενοι κυματισμοί σε μια λίμνη.
Το ίδιο φαινόμενο παρατηρήθηκε και στα 20.000 άτομα ρουβιδίου, δημιουργώντας ένα μοτίβο παρεμβολής που θα μπορούσε να καταγραφεί από μια ευαίσθητη κάμερα. Τα ευρήματα του πειράματος επιβεβαιώνουν τις προβλέψεις σχετικά με την εφαρμογή της αρχής της ισοδυναμίας του Αϊνστάιν.
Οι επιστήμονες του Πανεπιστημίου Μπεν-Γκουριόν αναφέρουν στους Times ότι το πείραμα αποδεικνύει για πρώτη φορά πως οι δύο πυλώνες της σύγχρονης φυσικής –η Θεωρία της Σχετικότητας και οι αρχές της κβαντομηχανικής– ενοποιούνται σε ένα ενιαίο θεωρητικό πλαίσιο.
Ακολούθησε το Protagon στο Google News
Πρόσθεσε το Protagon ως προτιμώμενη πηγή στη Google