|
|
 |
Το τριγωνικό Σύμπαν
|
|
|
|
|
|
|
Φανταστείτε ένα τοπίο αποτελούμενο από μικροσκοπικές τριγωνικές δομές οι οποίες συνεχώς αναδιατάσσονται δημιουργώντας νέα μορφώματα. Ιδωμένο από μακριά, φαίνεται τελείως ομαλό, όμως από κοντά μοιάζει με ένα «κοχλάζον καζάνι» παράξενων γεωμετρικών σχημάτων. Αυτό το παραπλανητικά απλό μοντέλο βρίσκεται στην καρδιά μιας νέας θεωρίας η οποία ονομάζεται «αιτιακός δυναμικός τριγωνισμός» (Causal Dynamical Triangulation, CDT) και προβάλλει ως μια πολλά υποσχόμενη προσεγγιστική λύση στο πιο ενοχλητικό πρόβλημα της φυσικής ―την ενοποίηση των νόμων της βαρύτητας με αυτούς της κβαντικής μηχανικής.
Για περισσότερο από 20 χρόνια, τα σκήπτρα στην αναζήτηση της ενοποίησης κατείχε η θεωρία χορδών, σύμφωνα με την οποία τα θεμελιώδη σωματίδια και οι θεμελιώδεις δυνάμεις είναι στην πραγματικότητα μικροσκοπικές χορδές ενέργειας [βλ. R. Bousso και J. Polchinski, «Το τοπίο της θεωρίας χορδών», Scientific American - Ελληνική Έκδοση, Δεκέμβριος 2004]. Κάποιοι όμως επιστήμονες διατείνονται ότι η θεωρία αυτή βρίσκεται σε λάθος δρόμο, διότι προϋποθέτει την ύπαρξη ενός σταθερού υποβάθρου επί του οποίου θέτει τις χορδές. Ένα καλύτερο μοντέλο, όπως ισχυρίζονται, θα παρήγε όχι μόνο τα σωματίδια και τις δυνάμεις αλλά επίσης και το χωρόχρονο τον οποίο ενοικούν. Τις δεκαετίες τού 1980 και 1990, αυτοί οι ερευνητές ανέπτυξαν την κβαντική βαρύτητα βρόχων, η οποία περιγράφει το χώρο ως ένα δίκτυο μικροσκοπικών διακριτών όγκων με μήκος 10-33 εκατοστόμετρα [βλ. Lee Smolin, «Τα “άτομα” του χώρου και του χρόνου», Scientific American - Ελληνική Έκδοση, Μάρτιος 2004]. Μολονότι αυτή η προσέγγιση έχει να επιδείξει κάποιες αξιοσημείωτες επιτυχίες, όπως η πρόβλεψη των ιδιοτήτων των μαύρων τρυπών, πρέπει ακόμα να περάσει με επιτυχία μια ουσιώδη δοκιμασία: να δείξει τον τρόπο με τον οποίο ο συμφυρμός των διακριτών όγκων δημιουργεί τον οικείο τετραδιάστατο χωρόχρονο του καθημερινού μας κόσμου.
Ο αιτιακός δυναμικός τριγωνισμός, αν και έχει ζωή μόλις 10 ετών, ξεπέρασε ήδη αυτό το εμπόδιο. Επινόημα τριών ευρωπαίων θεωρητικών ―του Renate Loll (Πανεπιστήμιο της Ουτρέχτης στην Ολλανδία), του Jan Ambjorn (Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης) και του Jerzy Jurkiewicz (Πανεπιστήμιο της Κρακοβίας στην Πολωνία)―, η θεωρία CDT κατασκευάζει χωροχρονικές γεωμετρίες από απλές τριγωνικές δομές, με τον ίδιο τρόπο που ο Buckminster Fuller χρησιμοποίησε τριγωνικές επιφάνειες για να δημιουργήσει γεωδαισιακούς θόλους. Ο βασικός δομικός λίθος είναι το τετραδιάστατο άπλοκο (ή 4-άπλοκο), το ισοδύναμο ενός τετραέδρου στον τετραδιάστατο όμως χώρο. (Όπως ένα τετράεδρο έχει τέσσερεις τριγωνικές έδρες, ένα 4-άπλοκο περιορίζεται από πέντε τετράεδρα.) Μολονότι κάθε μεμονωμένο άπλοκο είναι γεωμετρικά επίπεδο, αυτά μπορούν να συγκολληθούν ποικιλοτρόπως σε διάφορα μοτίβα, δημιουργώντας καμπύλους χωροχρόνους. Επειδή η κβαντική θεωρία ορίζει ρητά ότι η δομή του χωροχρόνου στις πολύ μικρές κλίμακες πρέπει να μεταβάλλεται με ομαλό και συνεχή τρόπο, οι ερευνητές προσδιορίζουν τη συνολική γεωμετρία του χωροχρόνου αθροίζοντας τις πιθανότητες όλων των δυνατών σχηματισμών απλόκων.
Οι προηγούμενες προσπάθειες τριγωνισμού του Σύμπαντος κατέληξαν σε παράδοξα αποτελέσματα: ζαρωμένους χωροχρόνους με άπειρο πλήθος διαστάσεων ή κουβαριασμένες γεωμετρίες δύο μόνο διαστάσεων. Η διορατικότητα της CDT συνίσταται ακριβώς στο ότι απορρίπτει τους σχηματισμούς οι οποίοι δεν είναι αιτιακοί (μορφώματα τα οποία επιτρέπουν σε ένα συμβάν να προηγείται του αιτίου του). Ο αποκλεισμός των μη ρεαλιστικών πλακοστρώσεων έφερε αξιοσημείωτα αποτέλεσμα: το 2004, οι Loll, Ambjοrn και Jurkiewicz έδειξαν, μέσω υπολογιστικών προσομοιώσεων, ότι μοντέλα συμπάντων κατασκευασμένα από εκατοντάδες χιλιάδες άπλοκα είναι τετραδιάστατα. Ακόμα πιο πρόσφατα, οι ερευνητές κατέδειξαν ότι το μεγάλης κλίμακας σχήμα των συμπάντων τους είναι όμοιο με αυτό που προβλέπεται από την καθιερωμένη κοσμολογική θεωρία.
Το επόμενο μεγάλο βήμα του αιτιακού δυναμικού τριγωνισμού είναι να ενσωματώσει στο μοντέλο του την ύλη, προκειμένου να ελέγξει εάν μπορεί να προσομοιώσει τις πλήρεις εξισώσεις της γενικής σχετικότητας. Σύμφωνα με τον Lee Smolin, του Perimeter Institute for Theoritical Physics στο Γουότερλου του Οντάριο, η θεωρία εν τέλει ίσως αποφέρει ελέγξιμες προβλέψεις, όπως τις μικρές μεταβολές στην ταχύτητα των υψηλής ενέργειας φωτονίων που προκύπτουν από τις μη κλασικές γεωμετρίες του μοντέλου στις μικρές κλίμακες. Ο Smolin, ένας από τους πρωτοπόρους της κβαντικής βαρύτητας βρόχων, λέει ότι η CDT δεν έχει τύχει της απαιτούμενης προσοχής από τους θεωρητικούς φυσικούς, ενδεχομένως επειδή αυτή η προσέγγιση βασίζεται κατά μεγάλο βαθμό σε υπολογιστικές προσομοιώσεις. «Δεν είναι εύκολο να μπλέξεις με αυτά τα πράγματα», σχολιάζει. «Είναι δύσκολο να φτάσεις σε αποτελέσματα μόνο με χαρτί και μολύβι.»
|
|
|
|
|
|
