Η θεωρία που φιλοδοξεί να ενοποιήσει τη Φυσική και το πείραμα που την «άγγιξε»

Η σύνταξη μιας περιγραφής της βαρύτητας στην κλίμακα στην οποία λαμβάνει χώρα η αλληλεπίδραση μεταξύ των σωματιδίων είναι πολύ δύσκολη. Πολλοί Φυσικοί εργάζονται σε αυτόν τον τομέα εδώ και δεκαετίες και τα αποτελέσματα έρχονται. Με αργούς ρυθμούς, όπως είναι αναμενόμενο όταν η οντότητα των προκλήσεων που πρέπει να αντιμετωπιστούν είναι σχεδόν τιτάνια, αλλά φτάνουν.

Μια από τις έννοιες που συζητάμε είναι η κβαντική βαρύτητα. Μπορούμε να ορίσουμε αυτόν τον κλάδο ως τη θεωρία της Φυσικής που φιλοδοξεί να ενοποιήσει τη βαρύτητα όπως περιγράφεται από τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας του Αϊνστάιν και την Κβαντομηχανική. Πρόκειται, εν ολίγοις, για μια θεωρία των πάντων που προσπαθεί να εξηγήσει ποιοι είναι οι μηχανισμοί που διαμορφώνουν τη συμπεριφορά της βαρύτητας στην κλίμακα των υποατομικών σωματιδίων. Το πρόβλημα είναι ότι μέχρι τώρα η βαρύτητα όπως την αντιλαμβανόμαστε από τον Αϊνστάιν λειτουργεί καλά μόνο στον μακροσκοπικό κόσμο με τον οποίο είμαστε εξοικειωμένοι.

Η θεωρία των χορδών και η κβαντική βαρύτητα βρόχων είναι δύο από τις πιο υποστηριζόμενες κβαντικές θεωρίες βαρύτητας σήμερα. Το πρόβλημα είναι ότι καμία από τις δύο δεν έχει καταφέρει να αποδείξει αξιόπιστα αν είναι σωστή, παρά το γεγονός ότι και οι δύο έχουν σημειώσει κάποιες αξιοσημείωτες επιτυχίες. Σε αυτόν τον τομέα είναι επίσης σημαντικό να μην παραβλέψουμε τη μετα-κβαντική θεωρία της κλασικής βαρύτητας του Oppenheimer, η οποία προτείνει σε γενικές γραμμές την τροποποίηση της κβαντικής θεωρίας έτσι ώστε να είναι σε θέση να συνυπάρξει με τη γενική σχετικότητα σεβόμενη τους μηχανισμούς που ελέγχουν την αλληλεπίδραση μεταξύ αντικειμένων με μάζα και του συνεχούς χωροχρόνου.

Μια ομάδα ερευνητών από το Πανεπιστήμιο του Σαουθάμπτον (Αγγλία) με επικεφαλής τον φυσικό Tim M. Fuchs κατάφερε να μετρήσει τη βαρύτητα σε μικροσκοπική κλίμακα. Είναι η πρώτη φορά που ο άνθρωπος καταφέρνει να ποσοτικοποιήσει τη βαρύτητα σε αυτόν τον τομέα, οπότε βρισκόμαστε μπροστά σε ένα πολύ σημαντικό ορόσημο που, στα χαρτιά, ανοίγει τον δρόμο που διαγράφουν οι Φυσικοί που δραστηριοποιούνται στον τομέα της κβαντικής βαρύτητας.

Το πείραμα που επέτρεψε στον Fuchs και τους συνεργάτες του να υπογράψουν αυτή την επιτυχία είναι πολύ περίπλοκο και, επίσης, πολύ έξυπνο.

Σε πολύ γενικές γραμμές η στρατηγική του συνίστατο στη χρήση υπεραγώγιμων μαγνητών για να κάνει ένα αντικείμενο βάρους 0,43 χιλιοστογραμμαρίων να αιωρείται σε θερμοκρασία κοντά στο απόλυτο μηδέν (0 kelvin ή -273,15 βαθμούς Κελσίου). Ωστόσο, αυτό είναι μόνο το πρώτο μέρος του πειράματός του.

Στη συνέχεια χρησιμοποίησε εξαιρετικά ευαίσθητους ανιχνευτές για να μετρήσει τη βαρυτική αλληλεπίδραση στην οποία υποβλήθηκε το αντικείμενο. Η μέτρηση που έλαβαν ήταν μόλις 30 attonewtons. Ένα attonewton ισοδυναμεί με το τρισεκατομμυριοστό του νιούτον, οπότε δεν υπάρχει αμφιβολία ότι έχει μεγάλη αξία η ανάπτυξη της τεχνολογίας που είναι απαραίτητη για τη λήψη μιας μέτρησης αυτού του διαμετρήματος. Αυτή είναι, στην πραγματικότητα, η μεγάλη επιτυχία που πέτυχαν αυτοί οι επιστήμονες.

Το πιο ενδιαφέρον είναι ότι η δυνατότητα μέτρησης της αλληλεπίδρασης της βαρύτητας και ενός τόσο μικρού αντικειμένου επιτρέπει στους φυσικούς να πλησιάσουν εξαιρετικά κοντά στη δυνατότητα να αρχίσουν να παρατηρούν την εκδήλωση κβαντικών φαινομένων. Και σε αυτό το σενάριο είναι λογικό να προβλεφθεί ότι μελλοντικά πειράματα παρόμοια με αυτό, αλλά πιο ακριβή, μπορεί να έχουν καθοριστική σημασία για την εκπόνηση μιας θεωρίας της κβαντικής βαρύτητας. Μάλιστα, ο Fuchs και η ομάδα του σκοπεύουν να πραγματοποιήσουν και άλλα πειράματα χρησιμοποιώντας όλο και μικρότερα σωματίδια με σκοπό να φτάσουν στην κλίμακα στην οποία επικρατούν τα κβαντικά φαινόμενα.

[via]