Είναι αληθινή η μετάδοση σημάτων από πάλσαρ με υπερφωτεινές ταχύτητες;

Στα εισαγωγικά μαθήματα της φυσικής μάθαμε ότι οι πληροφορίες δεν μπορούν να μεταδοθούν πιο γρήγορα από την ταχύτητα του φωτός. Ωστόσο, εργαστηριακά πειράματα που γίνονται τα τελευταία 30 χρόνια καταδεικνύουν σαφώς ότι κάποια πράγματα φαίνεται να σπάζουν το όριο αυτό της ταχύτητας, χωρίς να καταργείται η ειδική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν.

Ωστόσο, αμερικανοί αστροφυσικοί έχουν παρατηρήσει τέτοιες ταχύτητες ανώτερες του φωτός στο διάστημα, με τη μορφή των παλμών που εκπέμπονται από ένα πάλσαρ.

Οι υπερφωτεινές ταχύτητες σχετίζονται με ένα φαινόμενο γνωστό ως ανώμαλη διασπορά (anomalous dispersion), με την...
οποία ο δείκτης διάθλασης ενός μέσου (όπως ένα ατομικό αέριο) αυξάνει με το μήκος κύματος του διερχόμενου φωτός. Όταν ένας παλμός φωτός – που αποτελείται από μια ομάδα κυμάτων φωτός σε διάφορα μήκη κύματος – περνά μέσα από ένα τέτοιο μέσο, ​​η ταχύτητα ομάδας του (group velocity ) μπορεί να φτάσει και πάνω ​​από την ταχύτητα των συστατικών κυμάτων του. Ωστόσο, η ενέργεια του παλμού ταξιδεύει ακόμα με την ταχύτητα του φωτός, πράγμα που σημαίνει ότι οι πληροφορίες μεταφέρονται σε συμφωνία με τη θεωρία του Αϊνστάιν.

Η ανακάλυψη έγινε στο Πανεπιστήμιο Brownsville του Τέξας, όπου ο Frederick Jenet και οι συνεργάτες του παρακολούθησαν ένα πάλσαρ σε απόσταση πάνω από 10.000 έτη φωτός μακριά. Καθώς περιστρέφεται το πάλσαρ, εκπέμπει μια περιστρεφόμενη δέσμη ακτινοβολίας που αναβοσβήνει σε τακτά χρονικά διαστήματα όπως το φως ενός φάρου.

Είναι γνωστό ότι αρκετοί παράγοντες επηρεάζουν τους παλμούς. Για παράδειγμα το ουδέτερο υδρογόνο μπορεί να τους απορροφήσει, τα ελεύθερα ηλεκτρόνια μπορεί να τους διασκορπίσουν και ένα επιπλέον μαγνητικό πεδίο μπορεί να περιστρέψει την πόλωση τους. Το πλάσμα στο διαστρικό μέσο προκαλεί, επίσης, μια σκέδαση, που σημαίνει ότι παλμοί με μεγαλύτερα μήκη κύματος επηρεάζονται από ένα μικρότερο δείκτη διάθλασης.

Η ομάδα του Jenet νομίζει ότι η ανώμαλη σκέδαση θα πρέπει να προστεθεί στον πιο πάνω κατάλογο. Χρησιμοποιώντας το παρατηρητήριο Arecibo στο Πουέρτο Ρίκο, πήραν στοιχεία ραδιοκυμάτων του πάλσαρ PSR B1937 21 στα 1420,4 MHz, με ένα εύρος ζώνης 1.5 MHz για τρεις ημέρες. Παραδόξως, οι παλμοί κοντά στην τιμή του κέντρου έφτασαν νωρίτερα από ό,τι θα αναμενόταν φυσιολογικό, ως εκ τούτου εμφανίζονται να έχουν ταξιδέψει γρηγορότερα από την ταχύτητα του φωτός.

Η αιτία της ανώμαλης σκέδασης για τους παλμούς, σύμφωνα με τους αστροφυσικούς στο Brownsville, είναι ο συντονισμός του ουδέτερου υδρογόνου, που γίνεται σε 1420,4 MHz. Όμως, όπως η ανώμαλη σκέδαση που βλέπουμε στο εργαστήριο, έτσι και οι υπερφωτεινοί παλμοί του πάλσαρ δεν παραβιάζουν τη σχετικότητα ή την αιτιότητα, επειδή, από τεχνική άποψη, καμία πληροφορία δεν μεταφέρεται με τον παλμό.

Όμως, ένας λαμπρός φυσικός, ο Ισπανός João Magueijo 41 ετών, έχει μελετήσει την αιρετική ερώτηση: Τι θα συμβεί αν η ταχύτητα του φωτός – που πλέον είναι αποδεκτή ως ένα από τα αμετάβλητα θεμέλια της σύγχρονης φυσικής – δεν ήταν σταθερή;

Ο Magueijo, προβάλλει την αιρετική άποψη ότι στις πρώτες μέρες του σύμπαντος το φως ταξίδευε πιο γρήγορα – μια ιδέα που θα μπορούσε να αποδειχθεί να εκθρονίσει τον Αϊνστάιν και να αλλάξει για πάντα την κατανόηση που έχουμε για το σύμπαν. Είναι ένας πρωτοπόρος της ιδέας της θεωρίας της κοσμολογίας για μεταβαλλόμενη ταχύτητα του φωτός (VSL) – μια εναλλακτική λύση στην κύρια θεωρία του κοσμικού πληθωρισμού, η οποία προτείνει ότι η ταχύτητα του φωτός στο πρώιμο σύμπαν ήταν 60 τάξεις μεγέθους πιο γρήγορη από ό,τι είναι η σημερινή τιμή της.

Λύνοντας τα πλέον δυσεπίλυτα προβλήματα της κοσμολογίας με ένα λαμπρό νοητικό άλμα, η θεωρία του Magueijo περί κυμαινόμενης ταχύτητας του φωτός (VSL) θα έχει εκπληκτικές συνέπειες για τα διαστημικά ταξίδια, τις μαύρες τρύπες, την διαστολή του χρόνου, και τη θεωρία των χορδών – ενώ θα μπορούσε να βοηθήσει και στην αποκάλυψη της Θεωρίας της Μεγάλης Ενοποίησης που δεν μπόρεσε να βρει τελικά ο Αϊνστάιν.

Οι ριζοσπαστικές ιδέες του Joao Magueijo έχουν την πρόθεση να αλλάξουν αυτό το δόγμα της θεωρίας του Αϊνστάιν. Ο Marueijo προσπαθεί να ξεπεράσει ένα από τα πιο αξεπέραστα δόγματα του Αϊνστάιν, τη σταθερότητα της ταχύτητας του φωτός. Αυτή η ιδέα της σταθερής ταχύτητας (περίπου 300.000 km/s) – είναι γνωστή ως το παγκόσμιο όριο ταχύτητας. Κανένα σώμα δεν μπορεί να την έχει, ή δεν θα ταξιδέψει ταχύτερα από το φως.

Ο Magueijo – ο οποίος έλαβε το διδακτορικό του από το Cambridge, δίδαξε στο Princeton και το Cambridge, και είναι σήμερα καθηγητής στο Imperial College του Λονδίνου. Δεν είναι έτσι. Η θεωρία του – VSL – προϋποθέτει ότι η ταχύτητα του φωτός μπορεί να είναι εξαρτώμενη από την ενέργεια ή τον χωροχρόνο.

Στο βιβλίο του Faster than the Speed of Light, ο Magueijo πάει τους αναγνώστες στην αφηρημένη σφαίρα της θεωρητικής φυσικής, βασιζόμενος σε διάφορους γνωστούς, αν και σκοτεινούς, στοχαστές. Το μοντέλο VSL προτάθηκε για πρώτη φορά από τον John Moffat, έναν Καναδό επιστήμονα, το 1992. Ο Magueijo χτίζει προσεκτικά τις βάσεις για μια συζήτηση της κοσμολογίας του Big Bang, και στη συνέχεια, το δεύτερο μισό του βιβλίου είναι αφιερωμένο στην θεωρία VSL.

Όπως και οι περισσότεροι ριζοσπάστες, ενδεχομένως και δημιουργικοί στοχαστές, ο Magueijo τινάζει τα θεμέλια της κοινότητας των φυσικών, ενώ εκνευρίζει πολλούς από τους συνάδελφους του. Η θεωρία VSL έχει σκοπό την επίλυση των προβλημάτων στα οποία όλοι οι κοσμολόγοι πάντα μπερδεύονται: τα ανεξιχνίαστα εννοιολογικά αινίγματα που περιβάλλουν το Big Bang. Σήμερα πολλά από αυτά τα προβλήματα δεν έχουν καμία ευρέως αποδεκτή λύση.

Θα μπορούσε να είχε λάθος ο Αϊνστάιν και ο Magueijo δίκιο; Είναι μια πραγματική, δημιουργική ιδιοφυΐα; Ο χρόνος θα δείξει.

Πηγή: Physics World

(από physics4u)