Έχει μάζα η βαρύτητα;

Στις 2-6 Σεπτεμβρίου πραγματοποιήθηκε στο Κέντρο Θεωρητικής Κοσμολογίας του πανεπιστημίου Cambridge της Αγγλίας, το ετήσιο συνέδριο σωματιδιακής φυσικής και κοσμολογίας. Στο συνέδριο υπήρξαν συζητήσεις υπέρ μιας παραλλαγής της υπάρχουσας θεωρίας για τη βαρύτητα, στην οποία το γκραβιτόνιο, το υποτιθέμενο σωματίδιο που φέρει τη βαρύτητα, έχει μία απειροστή μάζα. Η έρευνα για εναλλακτικές θεωρίες βαρύτητας έχει πυροδοτηθεί από το τέλος της δεκαετίας του ’90, όταν ανακαλύφθηκε πως το Σύμπαν διαστέλλεται με επιταχυνόμενο ρυθμό, ένα φαινόμενο που καθώς δε μπορούμε να εξηγήσουμε, το αποκαλούμε σκοτεινή ενέργεια.

Η αρχική ιδέα που είχαν οι φυσικοί για την προέλευση αυτής της ενέργειας που επιταχύνει τη διαστολή του Σύμπαντος, ήταν η ενέργεια κενού. Πράγματι, σύμφωνα με τη κβαντική μηχανική, η ενέργεια του κενού χώρου είναι κάθε άλλο παρά μηδενική! Ωστόσο, οι υπολογισμοί έδειχναν πως αν συμπεριληφθεί η ενέργεια κενού σε κοσμολογικά μοντέλα, θα έπρεπε να παρατηρούμε μια επιτάχυνση 10120 φορές μεγαλύτερη από αυτή που δίνει η σκοτεινή ενέργεια. Εάν αυτό ίσχυε, το Σύμπαν θα είχε διαλυθεί πολύ πριν το σχηματισμό των πρώτων άστρων και γαλαξιών.

Μια άλλη ιδέα που βρίσκεται στο τραπέζι τα τελευταία 3 χρόνια, είναι πως τα σωματίδια-φορείς της βαρύτητας, μπορούν να απορροφήσουν το μεγαλύτερο μέρος αυτής της ενέργειας κενού, μετατρέποντάς τη σε μια μικρή μάζα, συμφωνώντας έτσι με τις παρατηρήσεις για τη διαστολή του Σύμπαντος.

Από τα σωματίδια-φορείς των δυνάμεων, τα λεγόμενα μποζόνια, το φωτόνιο και το γκραβιτόνιο θεωρούνταν πως δεν έχουν μάζα, σε αντίθεση με τα μποζόνια W και Ζ, και τα γκλουόνια. Το εύρος μιας δύναμης, εξαρτάται αντιστρόφως ανάλογα και από τη μάζα του αντίστοιχου σωματιδίου-φορέα: όσο μικρότερη η μάζα τόσο μεγαλύτερο εύρος. Έτσι, η έλλειψη μάζας για τα φωτόνια σημαίνει άπειρη εμβέλεια για τον ηλεκτρομαγνητισμό, και το ίδιο πιστεύαμε πως ισχύει για τη βαρύτητα. Εάν ισχύει όμως πως το γκραβιτόνια έχουν μια μικρή μάζα, αυτό θα σήμαινε πως η βαρύτητα έχει πεπερασμένη ακτίνα δράσης.

Φυσικοί που ασχολούνται με αυτή την εκδοχή της βαρύτητας, τοποθετούν τη μάζα του γκραβιτόνιου στην κλίμακα των 10-33ηλεκτρονιοβόλτ (eV). Συγκριτικά, τα νετρίνο που είναι τα πιο ελαφριά σωματίδια που γνωρίζουμε μέχρι στιγμής, έχουν μάζα της τάξεως του 1 eV, ενώ το ηλεκτρόνιο 511.000 eV.

Η συζήτηση είναι ανοιχτή για το εάν η θεωρία της μαζικής βαρύτητας είναι πλήρως μαθηματικά ορισμένη, με αλλεπάλληλες δημοσιεύσεις από υπέρμαχους της θεωρίας και από φυσικούς που ανήκουν αντίπαλο στρατόπεδο. Πέρα όμως από τις μαθηματικές της λεπτομέρειες, για να θεωρηθεί επιτυχημένη μια φυσική θεωρία, πρέπει να υπόκειται και στον πειραματικό έλεγχο.

Ευτυχώς, η εν λόγω θεωρία προσφέρεται για παρατηρήσεις εντός του ηλιακού συστήματος. Προβλέπει μάλιστα μια απειροελάχιστη παραλλαγή στην κίνηση της Σελήνης γύρω από τον πλανήτη μας, της τάξεως του 1 προς 1012. Με διατάξεις λέιζερ, που πυροδοτούνται από τη Γη, ανακλώνται στην επιφάνεια της Σελήνης και επιστρέφουν σε δέκτες στη Γη, οι επιστήμονες είναι σε θέση να ανιχνεύσουν μεταβολές της τάξης του 1 προς 1011. Βρισκόμαστε δηλαδή ακριβώς ένα βήμα πριν μπορέσουμε να μετρήσουμε με ακρίβεια εάν η μαζική βαρύτητα κάνει τις σωστές προβλέψεις για την κίνηση των ουράνιων σωμάτων, ή είναι απλά μια όμορφη θεωρία δίχως πρακτική ισχύ.

Πηγή