Γραβιτομαγνητικό φαινόμενο. Έργα του Φρεντερίκ Χένρι-Κουανιέ, Μαρσέιλα
Θα επιβεβαιωθεί το γραβιτομαγνητικό φαινόμενο;
15 Αυγούστου 2005
**Ο Φρεντερίκ Χένρι-Κουανιέ διαθέτει τώρα ένα ιστοσελίδα όπου παρουσιάζει και εξηγεί τα έργα του: **
http://toronto.dess-res.univ-mrs.fr/sitefred
Πηγές: http://einstein.stanford.edu και http://www.gravityprobeb.com
Το δορυφόρο της NASA Gravity Probe B ολοκληρώνει το πρώτο του έτος στο διάστημα
Ξεκινήστε με να απολαύσετε την εκτόξευση του συστήματος. Σας το υπόσχομαι, φαίνεται πραγματικό:
http://www.gravityprobeb.com/movies/launch01.mov
Η Γενική Σχετικότητα παρουσιάζει μία ιδιαίτερη ιδιότητα, που μπορεί να ανιχνευθεί, για παράδειγμα, στη «μετρική του Κερ» που χρησιμοποιείται για να περιγράψει μαζικά σώματα που στρέφονται. Όταν το σώμα έχει πολύ μεγάλη μάζα εμφανίζεται φαινόμενο που ονομάζεται «frame-dragging», δηλαδή «επιβολή στροφής στο σύστημα συντεταγμένων». Τι σημαίνει αυτό; Φανταστείτε ένα σύστημα που αποτελείται από δύο μάζες που είναι συνδεδεμένες με ένα ελατήριο. Μπορούμε να το επεκτείνουμε με δύο τρόπους:
-
Τοποθετώντας το σύστημα σε περιστροφή. Τότε θα εμφανιστεί η φυγόκεντρος δύναμη.
-
«Περιστρέφοντας το χώρο».
Πράγματι, άνθρωποι έθεσαν αυτή την ερώτηση πριν ακόμα να εμφανιστεί η θεωρία της Γενικής Σχετικότητας. Ο Νεύτωνας άρχισε με την υπόθεση της ύπαρξης ενός απόλυτου χώρου, ανεξάρτητου από κάθε περιεχόμενο. Αυτή είναι η διάσημη πείραμά του με το δοχείο (περιγράφεται στη δική μου κομικς «Cosmic Story»).
Αργότερα, ο φιλόσοφος Μάχ (1883) πρότεινε ότι ο χώρος (ο «αδρανειακός πλαίσιο αναφοράς», σε σχέση με τον οποίο πρέπει να εξεταστεί το κίνηση του νερού για να εμφανιστούν τα παρατηρούμενα φαινόμενα) ορίζεται τοπικά από το περιεχόμενό του (αντίθετα με τη θέση του Νεύτωνα). Ο Μάχ υποστήριζε ότι αν κλείσουμε ένα σύστημα δύο μαζών που είναι συνδεδεμένες με ένα ελατήριο, μέσα σε μία πολύ μαζική κορυφή και την περιστρέψουμε γρήγορα, θα εμφανιστεί μία «φυγόκεντρος δύναμη», όχι επειδή περιστρέφουμε τις μάζες, αλλά επειδή περιστρέφουμε τον «χώρο» στον οποίο βρίσκονται εμπλεγμένες. Το 1896, ενθάρρυνε τους αδελφούς Φριντλάντερ να πραγματοποιήσουν αυτό το πείραμα, το οποίο δεν είχε σημαντικά αποτελέσματα.
Σήμερα, οι επιστημονικοί πειραματιστές επαναφέρουν στη συζήτηση αυτή την ερώτηση για τη σχέση μεταξύ χώρου και ύλης. Ας θεωρήσουμε μία υποκριτική νευτρόνικη αστέρα (δηλαδή μία αστέρα με μάζα μικρότερη από 2,5 ηλιακές μάζες), τον οποίο παρατηρούμε (τα «πουλσάρ»). Στη γειτονιά του, ο χωροχρόνος μπορεί να περιγραφεί από τη «μετρική του Κερ», όπως η «μετρική του Σχβαρζσκίλντ» περιγράφει τον χωροχρόνο γύρω από ένα σώμα που δεν στρέφεται. Η ανάλυση αυτής της λύσης του Κερ της εξίσωσης του Αϊνστάιν οδηγεί σε πολύ περίεργα συμπεράσματα. Για παράδειγμα: αν θεωρήσουμε μία κυκλική τροχιά γύρω από το σώμα, με το ίδιο άξονα περιστροφής, η ταχύτητα του φωτός δεν θα είναι η ίδια αν ακολουθήσουμε το σώμα κατά τη στροφή του ή αν αντίθετα κινηθούμε εναντίον. Εδώ πάλι, φαίνεται ότι το σώμα «συνοδεύει τον χωροχρόνο μαζί του». Σε αυτό το φαινόμενο δόθηκε η ονομασία «frame-dragging».
Αυτό που ισχύει για μία νευτρόνικη αστέρα θα έπρεπε να ισχύει, στη Γενική Σχετικότητα, για οποιαδήποτε μάζα που στρέφεται, συμπεριλαμβανομένης και της Γης, με τη διαφορά ότι τα φαινόμενα είναι τότε αμελητέα. Μέχρι σήμερα, η μέτρησή τους ήταν αδύνατη, αλλά πρόσφατα βρέθηκε τρόπος να εμφανιστούν και αυτό ήταν το λόγος για την εκτόξευση του δορυφόρου «Gravity Probe B». Αυτά τα φαινόμενα ονομάζονται «γραβιτομαγνητικά», και αυτό αντιστοιχεί σε μία απλή αναλογία. Μία κινούμενη ηλεκτρική φορτίο δημιουργεί ένα μαγνητικό αποτέλεσμα (ένα μαγνητικό πεδίο). Αποφασίστηκε να λεχθεί, στη Γενική Σχετικότητα, ότι μία κινούμενη μάζα πρέπει να δημιουργεί ένα γραβιτομαγνητικό αποτέλεσμα (που θα εκφραστεί ως μία αλλαγή στο βαρυτικό πεδίο).
Η διαδικασία που υλοποιήθηκε από τη NASA, με τη συνεργασία του Πανεπιστημίου του Στάνφορντ, διαθέτει την απαιτούμενη ακρίβεια για να εντοπίσει τα φαινόμενα που προβλέπει η Γενική Σχετικότητα, τα οποία θα εκφραστούν ως μία μικρή μεταβολή στον άξονα περιστροφής των γυροσκοπίων που περιφέρονται γύρω από τη Γη σε υψόμετρο 720 χιλιομέτρων, σε μία πολική τροχιά (που διασχίζει τους πόλους). Η εξέταση αυτή έχει ως στόχο να δείξει πώς η παρουσία της Γης και η περιστροφή της επηρεάζουν και «καμπυλώνουν» το χωροχρόνο. (Στο άρθρο του site dragg: «επιβολή στροφής», warp: «καμπύλωση»).
Άλλες προβλέψεις.
Ο Φρεντερίκ Χένρι-Κουανιέ είναι καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Μεσογείου. Το τελευταίο έτος έχει δημοσιεύσει τα ακόλουθα:
Δημοσίευση σε επιστημονική επιστημονική επιτροπή: International Journal of Modern Physics A
[Σωματίδια και Πεδία; Βαρύτητα; Κοσμολογία; Πυρηνική Φυσική], Τόμος 20, Αριθμός 11 (2005) 2341-2345
Παρουσιάσεις σε διεθνή συνέδρια: Έκτο Συνέδριο Αλέξανδρου Φρίντμαν για Γραβιτάτωση και Κοσμολογία
28 Ιουνίου - 3 Ιουλίου 2004, Καργέση Χένρι-Κουανιέ, Φρεντερίκ
Αρνητικές ενέργειες στη QFT και τη GR, η σκοτεινή πλευρά της βαρύτητας
5η Συνάντηση του Βιετνάμ για Φυσική Σωματιδίων και Αστροφυσική, Χάνοϊ, 5-11 Αυγούστου
Χένρι-Κουανιέ, Φρεντερίκ
Αρνητικές ενέργειες στη QFT και τη GR, η σκοτεινή πλευρά της βαρύτητας
GdR SUSY, Ιούλιος 2004, Κλερμόν-Φεραν
Χένρι-Κουανιέ, Φρεντερίκ
Αρνητικές ενέργειες στη QFT και τη GR, η σκοτεινή πλευρά της βαρύτητας
Συνέδριο «Αινστάιν στο αιώνα», 18-22 Ιουλίου 2005, Παρίσι
Διακριτές συμμετρίες και GR, η σκοτεινή πλευρά της βαρύτητας
XVIII Σπανικό Συνέδριο Σχετικότητας «Ένας αιώνας φυσικής σχετικότητας», 6-10 Σεπτεμβρίου 2005, Οβιέδο, Ισπανία
Διακριτές συμμετρίες και GR, η σκοτεινή πλευρά της βαρύτητας
Προκαταρκτικά εγγράφα στο arxiv: «Διακριτές συμμετρίες και γενική σχετικότητα: η σκοτεινή πλευρά της βαρύτητας»
«Αρνητικές ενέργειες και αντιστροφή χρόνου στη θεωρία πεδίου κβάντωσης και τη γενική σχετικότητα: η σκοτεινή πλευρά της βαρύτητας»
«Αρνητικές ενέργειες και συνεχώς επιταχυνόμενο επίπεδο σύμπαν»
Τα άρθρα που δημοσίευσε ο Φρεντερίκ Χένρι-Κουανιέ ανοίγουν πολλές δυνατότητες. Στο άρθρο που είναι υπογραμμισμένο με κόκκινο βρίσκονται προβλέψεις, σχετικές με τις μετρήσεις που έγιναν από το δορυφόρο Gravity Probe B, η ανάλυση των οποίων βρίσκεται ακόμα σε εξέλιξη (η δημοσίευση των αποτελεσμάτων που προέκυψαν από μία χρονική περίοδο είναι σχεδόν αμέσως). Αυτά διαφέρουν σημαντικά από αυτά που προκύπτουν από τη Γενική Σχετικότητα.
Υπάρχει ένας βασικός αρχή της Γενικής Σχετικότητας, που θεωρείται αμετάβλητος, ο αρχή της ισοδυναμίας. Αυτή υποστηρίζει ότι δεν υπάρχει προτιμώμενο σύστημα αναφοράς. Με άλλα λόγια: οι νόμοι της φυσικής έχουν την ίδια μορφή σε όλα τα συστήματα αναφοράς. Τι είναι ένα «σύστημα αναφοράς»; Είναι ένα σύστημα που χρησιμοποιείται για να καθορίσει τον χώρο και το χρόνο σε σχέση με ένα δεδομένο παρατηρητή. Η αρχή της ισοδυναμίας υποθέτει ότι δεν υπάρχει προτιμώμενος παρατηρητής. Ωστόσο, ο Φρεντερίκ Χένρι-Κουανιέ αμφισβητεί αυτό το βασικό στοιχείο της φυσικής, πράγμα που σημαίνει ότι υπάρχει ένας «απόλυτος χώρος» (που παλαιότερα ονομαζόταν «αιθέρας»). Αυτό σημαίνει... να δώσουμε δίκιο στον Νεύτωνα, αντί του Αϊνστάιν, προβλέποντας φαινόμενα που σχετίζονται με την κίνηση των σωμάτων σε σχέση με αυτόν τον απόλυτο χώρο.
Ποιος θα μπορούσε να είναι αυτός ο απόλυτος χώρος που θα ήταν τότε «ο χώρος της κοσμολογίας»; (ο «κοσμότοπος», όπως θα έλεγε Τιρέσιας, ο τόπος όπου βρίσκεται το σύμπαν). Στο σύμπαν δεν υπάρχει απόλυτος κενός χώρος. Αν πάρω ένα κυβικό μέτρο στο σύμπαν, μακριά από κάθε αστέρα, από κάθε νέφος ύλης μεταξύ αστέρων ή μεταξύ γαλαξιών, σε μία περιοχή όπου φαίνεται ότι δεν υπάρχει «τίποτα», αυτό είναι στην πραγματικότητα γεμάτο φωτόνια που αποτελούν τη «σκόνη του Big Bang». Κάνουμε ένα πείραμα (που πραγματικά έχει γίνει). Πάρτε ένα κύλινδρο με ένα έμβολο. Το σφιγκτήρα μεταξύ εμβόλου και κυλίνδρου είναι πολύ καλός. Εκτρέψτε απότομα το έμβολο, έτσι ώστε, με την εξαίρεση της πολύ μικρής διαρροής του σφιγκτήρα, να μπορέσετε να θεωρήσετε ότι ο ελευθερωμένος όγκος είναι «άδειος». Στην πραγματικότητα, αυτός γεμίζει αμέσως με φωτόνια που εκπέμπονται από τα τοιχώματα. Αν το τοίχωμα είναι σε συνηθισμένη θερμοκρασία, τα φωτόνια είναι υπέρυθρα. Για να μην υπάρχουν φωτόνια, ο κύλινδρος θα έπρεπε να βρίσκεται στην απόλυτη μηδενική θερμοκρασία.
Πώς γνωρίζουμε ότι είναι έτσι; Διότι αν αφήσουμε το έμβολο, δεν επιστρέφει πλήρως στο βάθος του κυλίνδρου, επειδή η «πίεση ακτινοβολίας» του αντιστέκεται. Αυτό είναι... φυσική.
Για το σύμπαν είναι παρόμοια. Αν και δεν έχει «τοίχωμα», αυτό περιέχει ένα «αέριο φωτονίων» που αντιστοιχεί σε θερμοκρασία 3 βαθμών απόλυτης θερμοκρασίας. (Η μήκος κύματός τους είναι 5 χιλιοστά). Αν ένας παρατηρητής είναι ακίνητος σε σχέση με αυτό το μεγάλο νέφος φωτονίων, τότε τα φωτόνια θα έχουν το ίδιο χρώμα, ανεξάρτητα από τη διεύθυνση που κοιτάζει. Το σύμπαν θα φαίνεται ισότροπο. Υπάρχει λοιπόν ένα ειδικό σύστημα αναφοράς (η επιλογή ενός συγκεκριμένου παρατηρητή), σε σχέση με το οποίο το σύμπαν φαίνεται ισότροπο. Αντίθετα, αν κινηθούμε σε σχέση με αυτό το αέριο φωτονίων, θα έχουμε πάντα μία «κόκκινη μετατόπιση» σε μία κατεύθυνση, λόγω του φαινομένου Doppler, και μία «μπλε μετατόπιση» στην αντίθετη κατεύθυνση. Η Γη κινείται με 300 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο σε σχέση με αυτό το «CMB» (Cosmic Microwave Background).
Η τροχιά του δορυφόρου είναι πολική. Είναι εγγεγραμμένη σε ένα επίπεδο που είναι σταθερό. Η Γη περιστρέφεται γύρω από τον εαυτό της, σε σχέση με αυτό το επίπεδο. Το αναμενόμενο γραβιτομαγνητικό φαινόμενο προκύπτει από την «επιβολή στροφής» του χωροχρόνου από τη Γη.
Στη Γενική Σχετικότητα, το «γραβιτομαγνητικό φαινόμενο επιβολής στροφής» (frame-dragging effect) συνδέ