Η μεγαλύτερη ταχύτητα στο Σύμπαν και το παράδοξο των κοσμικών ακτινών

Η απόλυτη ταχύτητα στο Σύμπαν είναι εκείνη του φωτός, με την οποία κινούνται όλα τα σωματίδια που δεν έχουν μάζα. Τα σωματίδια που έχουν μάζα είναι ωστόσο μία διαφορετική υπόθεση αφού όση ενέργεια και εάν τους δοθεί ποτέ δε θα αγγίξουν την ταχύτητα του φωτός. Για αυτά τα σωματίδια όμως υπάρχει ένα άλλο όριο, που σχετίζεται με την ηλικία του Σύμπαντος και την ακτινοβολία από τη Μεγάλη Έκρηξη που το δημιούργησε, πριν από 13.8 δισεκατομμύρια χρόνια. Τα πιο ενεργά σωματίδια με μάζα που έχουν ποτέ εντοπισθεί, είναι πρωτόνια και πυρήνες ατόμων με προέλευση από μακρινές σουπερνόβα, εκρήξεις άστρων δηλαδή στις οποίες εκλύονται τεράστιες ποσότητες ενέργειας. Ακόμη όμως και αυτά τα πολύ ενεργά σωματίδια τα οποία σχηματίζουν τις λεγόμενες κοσμικές ακτίνες, σέβονται ένα «τεχνητό» όριο ταχύτητας που ονομάζεται όριο GZK, από τα ονόματα των Greisen, Zatsepin και Kuzmin που το επινόησαν.

Οι τρεις επιστήμονες έδειξαν πως οι αλληλεπιδράσεις των κοσμικών ακτινών με τα φωτόνια από την ακτινοβολία υποβάθρου, τον απόηχο δηλαδή της Μεγάλης Έκρηξης, εμποδίζει τα ενεργά σωματίδια να επιταχυνθούν σε ταχύτητες μεγαλύτερες ενός ορίου. Αυτό συμβαίνει επειδή η σύγκρουση των φωτονίων με τα ενεργά σωματίδια επιφέρει τη δημιουργία νέων σωματιδίων, τα οποία απορροφούν την ενέργεια των κοσμικών ακτινών. Έτσι εάν ένα σωματίδιο διανύσει μια ικανοποιητικά μεγάλη απόσταση στο Σύμπαν, οι επιστήμονες πιστεύουν πως θα πρέπει η ταχύτητα του να είναι το πολύ ίση με το όριο GZK. Παρόλα αυτά όμως έχουν υπάρξει πειράματα (AGASA) στα οποία έχουν εντοπισθεί σωματίδια με ταχύτητες που υπερβαίνουν το όριο GZK, κάτι που δημιούργησε το «παράδοξο των κοσμικών ακτινών».

Η πρώτη λύση που σκέφτηκαν οι αστροφυσικοί στο συγκεκριμένο παράδοξο ήταν πως ίσως η πηγή αυτών των σωματιδίων βρισκόταν σχετικά κοντά μας, ούτως ώστε τα σωματίδια να μην προλαβαίνουν να επιβραδυνθούν από τις συγκρούσεις με την ακτινοβολία υποβάθρου. Γρήγορα όμως έγινε αντιληπτό πως δεν υπάρχει τέτοια πηγή αρκετά κοντά μας ώστε να εξηγεί αυτή τη συμπεριφορά, κάτι που οδήγησε στην πρόταση των σκοτεινών σουπερνόβα, κατ’ αναλογία με τη σκοτεινή ενέργεια και τη σκοτεινή ύλη.

Ορισμένοι άλλοι επιστήμονες πρότειναν επίσης τη Διπλά Ειδική Σχετικότητα, μια επαναδιατύπωση της θεωρίας του Αϊνστάιν, όπου ως απόλυτη σταθερά στο Σύμπαν πέρα από την ταχύτητα του φωτός, είναι και το μήκος Πλανκ, το μικρότερο μήκος στο Σύμπαν, αλλά και η ενέργεια Πλανκ, η μέγιστη ενέργεια στο Σύμπαν. Η συγκεκριμένη θεωρία θα μπορούσε να αποτελεί μία λύση στο παράδοξο, και ταυτόχρονα να μεταμορφώνει όλη τη σύγχρονη φυσική.

Τα νέα δεδομένα ωστόσο δείχνουν πως το Σύμπαν αυτή τη φορά αποφάσισε να μη μας εκπλήξει, καθώς υποδεικνύουν πως η ανίχνευση υπερενεργών κοσμικών ακτινών στο παρελθόν ίσως να ήταν απλά θέμα προβληματικών ανιχνευτών. Οι νέες μελέτες με ανιχνευτές σωματιδίων τελευταίας τεχνολογίας δεν έχουν μέχρι σήμερα ανιχνεύσει κάποια παράβαση του ορίου GZK, απογοητεύοντας ίσως ορισμένους που ήλπιζαν σε κάτι πιο επαναστατικό.

Πηγή