Μια νέα τεχνολογία που βελτιώνει δραματικά την ευαισθησία της μαγνητικής τομογραφίας, συμπεριλαμβανομένης και εκείνης που χρησιμοποιείται σε νοσοκομειακούς τομογράφους και εργαστήρια χημείας, έχει αναπτυχθεί από επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο του Γιορκ.
Η τεχνική, που βασίζεται στην χρησιμοποίηση παραυδρογόνου (μόριο υδρογόνου που τα σπιν των πυρήνων του συνδέονται με ορισμένο τρόπο, ενώ η μορφή αυτή κυριαρχεί σε χαμηλές θερμοκρασίες), που είναι τα καύσιμα του διαστημικού λεωφορείου, αναμένεται να βοηθήσει τους γιατρούς να διαγνώσουν καλύτερα την κατάσταση ενός ασθενούς από ότι η κλασσική μαγνητική τομογραφία. Και μάλιστα σε χαμηλότερο κόστος αυξάνοντας παράλληλα το φάσμα των ιατρικών προβλημάτων που μπορούν να εξεταστούν.
Η έρευνα δημοσιεύεται στην τελευταία έκδοση του περιοδικού Science.
Οι ερευνητές πήραν παραυδρογόνο και, μέσω μιας αναστρέψιμης αλληλεπίδρασης με ένα ειδικά σχεδιασμένο μοριακό πλαίσιο, μετέφεραν τον μαγνητισμό του σε μια σειρά μορίων. Ουσιαστικά γίνεται μεταφορά του μαγνητισμού από το παραϋδρογόνο στα μόρια που ενδιαφέρουν τον ερευνητή. Στη συνέχεια, τα μόρια αυτά καθίστανται ευκολότερα στην ανάλυση, λόγω της παρουσίας του μαγνητισμού, που είναι γενικά εύκολα ανιχνεύσιμη. Μέχρι σήμερα κανείς δεν ήταν σε θέση να χρησιμοποιήσει το παραυδρογόνο με αυτόν τον τρόπο.
Ο Gary Green, Διευθυντής του Κέντρου Νευροαπεικόνισης του Γιορκ, δήλωσε: "Η δική μας μέθοδος έχει τη δυνατότητα να βοηθήσει τους γιατρούς στην ταχύτερη και ακριβέστερη διάγνωση σε ένα ευρύ φάσμα ιατρικών παθήσεων. Τελικά αυτή η τεχνική θα μπορούσε να αντικαταστήσει τις υφιστάμενες τεχνικές κλινικής απεικόνισης, που εξαρτώνται από τη χρήση ραδιενεργών ουσιών ή βαρέων μετάλλων, και που δημιουργούν ανησυχίες για την υγεία των ασθενών."
"Οι λεπτομέρειες που φαίνονται με τη νέα ανάλυση είναι τέτοιες που θα επιτρέψουν την παρατήρηση της αποτελεσματικότητας ενός φαρμάκου ή ακόμη και παρακολούθηση του ρυθμού αύξησης ενός όγκου σε μοριακό επίπεδο", συνεχίζει ο Gary Green.Η νέα μέθοδος θα έχει επίσης σημαντικές επιπτώσεις για την επιστημονική έρευνα, επειδή μειώνει δραστικά τον χρόνο που απαιτείται για την απόκτηση των αποτελεσμάτων με τη χρήση Πυρηνικού Μαγνητικού Συντονισμού, την πιο δημοφιλή μέθοδος για τη λήψη αναλυτικών και δομικών πληροφοριών στη χημεία.
Ο Simon Duckett, από το Τμήμα Χημείας και Διευθυντής του Κέντρου για το μαγνητικό συντονισμό, δήλωσε: "Είχαμε τη δυνατότητα να αυξήσουμε την ευαισθησία στην Μαγνητική Τομογραφία NMR πάνω από 1000 φορές σε πειραματόζωα. έτσι στοιχεία που κάναμε για να πάρουμε 90 ημέρες, μπορεί τώρα να γίνεται σε μόνο πέντε δευτερόλεπτα. Ομοίως, μια εικόνα MRI μπορεί τώρα να συγκεντρώνονται σε ένα κλάσμα του δευτερολέπτου και όχι πάνω από 100 ώρες. "Η εξέλιξη αυτή ανοίγει τη δυνατότητα χρησιμοποίησης τεχνικών NMR για την καλύτερη κατανόηση και των θεμελιωδών λειτουργιών των βιολογικών συστημάτων." Ο Ian Greer καθηγητής της Ιατρικής Σχολής στο York, δήλωσε: "Αυτή η τεχνολογική πρόοδος έχει τη δυνατότητα να φέρει επανάσταση στην εφαρμογή της ιατρικής απεικόνισης υψηλής ποιότητας στους ασθενείς. Θα προσφέρει σημαντικά οφέλη για τη διάγνωση και θεραπεία σε όλους σχεδόν τους τομείς της ιατρικής και της χειρουργικής επέμβασης, από τη διάγνωση του καρκίνου έως την ορθοπεδική και τα τραύματα. Συνδυάζει με επιτυχία την υψηλής ποιότητας βασική επιστήμη με την κλινική εφαρμογή. "
Και δεύτερη τεχνική
Υπάρχει όμως και μια δεύτερη αμερικανική ομάδα, που ακολούθησε ελαφρώς διαφορετική πορεία: αυτό που έκαναν ήταν να προκαλέσουν υπερπόλωση των μορίων, ρυθμίζοντας τους ρυθμούς περιστροφής των πυρήνων τους έτσι ώστε αυτοί να «εκπέμπουν» το μεγαλύτερο δυνατό «σήμα» που μπορεί να γίνει αντιληπτό. Η τεχνική αυτή προκαλεί μεγάλες ανισορροπίες ανάμεσα στους ρυθμούς περιστροφής των μορίων, οδηγώντας στην εμφάνιση μαγνητικών δυνάμεων, και κατά συνέπεια επιτρέποντας πιο λεπτομερείς σαρώσεις.Με αυτό τον τρόπο οι ερευνητές είχαν ένα σήμα το οποίο ήταν δεκάδες χιλιάδες φορές πιο ισχυρό από αυτό που εκπέμπεται από το υδρογόνο, που χρησιμοποιείται τώρα στις συμβατικές τεχνικές που αξιοποιεί η μαγνητική τομογραφία.
Κυριακή 29 Μαρτίου 2009
Η ΒΑΡΥΤΗΤΑ ΜΠΟΡΕΙ ΝΑ ΑΝΑΛΑΒΕΙ ΔΡΑΣΗ ΕΚΕΙ ΠΟΥ Η ΥΛΗ ΦΟΒΑΤΑΙ ΝΑ ΑΚΟΛΟΥΘΗΣΕΙ
ΜΕΡΟΣ ΒΜια θεωρία που ταιριάζει με όλα
Μια ασθενέστερη βαρύτητα σε αυτές τις πολύ απομακρυσμένες αποστάσεις και εποχές, όταν η σκοτεινή ενέργεια ξεκίνησε τη δράση της, θα είχε πιο εύκολα κυριευθεί από την σκοτεινή ενέργεια. "Το φαινόμενο θα δουλέψει σε στενή επαφή με την σκοτεινή ενέργεια για να επιβραδύνει την συνάθροιση της ύλης", λέει ο Khoury. Τα φωτόνια που θα διέρχονταν μέσα από τους γαλαξίες θα ήταν σχετικά ακόμα θερμότερα, κι έτσι η ασυμφωνία θα έπαυε να υπάρχει. Τελευταία, υπάρχει και το μυστήριο της "σκοτεινής ροής", που προέκυψε από τις έρευνες χιλιάδων μακρινών γαλαξιών. Η γενική διαστολή του σύμπαντος σημαίνει ότι οι περισσότεροι από αυτούς τους γαλαξίες ταξιδεύουν μακριά από εμάς. Αλλά όταν λαμβάνεται υπόψη το αποτέλεσμα αυτό, οι ταχύτητες τους θα πρέπει να καθορίζονται από τις συνθήκες της τοπική βαρύτητας και σε ένα αρκετά μεγάλο όγκο του χώρου θα πρέπει να ακυρώνεται.
Δυστυχώς, τα πράγματα δεν είναι έτσι. Σε μια κλίμακα μεσαίας τάξης λίγων εκατοντάδων εκατομμυρίων ετών φωτός, οι γαλαξίες φαίνονται σαν να ρέουν προς μια γιγάντια κεντρική συγκέντρωση μάζας - μια τόσο μεγάλη συγκέντρωση που δεν θα είναι δυνατό να έχει συγκεντρωθεί από τη Μεγάλη Έκρηξη. Έχει προταθεί ως μια πρώτη γεύση του τι βρίσκεται πέρα από τον ορίζοντα του ορατού σύμπαντος, αλλά αν η βαρύτητα είναι ισχυρότερη σε αυτές τις κλίμακες τότε η ανάγκη για τέτοιες εξωτικές εξηγήσεις εξαφανίζεται.
"Όχι μόνο η ισχυρότερη βαρύτητα θα συσσώρευε την ύλη πιο γρήγορα, αλλά οι γαλαξίες θα κινούνταν προς την κατεύθυνση μιας θέσης με ενισχυμένη συγκέντρωση ύλης γρηγορότερα", υποστηρίζει ο Khoury.
Τέλος, υπάρχει και το σύνολο των γραμμών απορρόφησης που προέρχονται από τη γραμμή άλφα Lyman του ουδέτερου υδρογόνου, που την βρίσκουμε στα μακρινά κβάζαρ και γαλαξίες. Αυτές οι γραμμές απορρόφησης έχουν σαν αιτία την απορρόφηση που υφίσταται το φως των κβάζαρ όταν ταξιδεύει μέσα από το διαγαλαξιακό μοριακό υδρογόνο (η πρωταρχική ουσία των γαλαξιών). Τα μόρια αυτά απορροφούν το φως σε μήκος κύματος 122 νανόμετρα, δημιουργώντας έτσι μια ξεχωριστή 'βουτιά' στο φάσμα του φωτός, που είναι γνωστή ως η γραμμή άλφα Lyman.
Αυτό θα συμβαίνει όμως αν είναι σταθερά τα νέφη, αλλά στην πραγματικότητα όλα τα νέφη κινούνται με διαφορετικές ταχύτητες προς ή από εμάς, λόγω της μεταβαλλόμενης διαστολής του σύμπαντος με το χρόνο. Αυτά λοιπόν τα νέφη θα απορροφούν το φως σε διαφορετικά μήκη κύματος, λόγω του φαινομένου Doppler, και το φως που φθάνει στη Γη από απομακρυσμένες πηγές θα έχει πολλές πληροφορίες που θα έχουν ληφθεί από αυτά. Από αυτό το δάσος των φασματικών γραμμών οι αστρονόμοι μπορεί να συμπεράνουν για την κατανομή των νεφών του υδρογόνου στο διάστημα. Σαν τους γαλαξίες της σκοτεινής ροής, αυτά τα νέφη φαίνονται να είναι πιο συγκεντρωμένα μαζί (σαν συσσωματώματα) σε μεσαίες κλίμακες, από ότι η καθιερωμένη κοσμολογία μπορεί να εξηγήσει. Και πάλι αυτό συμβαίνει ως εάν η βαρύτητα κάποτε ήταν πιο ισχυρή δύναμη για να τα συγκεντρώνει μαζί. Αλλά περιμένετε μια στιγμή. Τα φωτόνια του Κοσμικού Υποβάθρου Μικροκυμάτων δείχνουν ασθενέστερη βαρύτητα στη μια κλίμακα. Η σκοτεινή ροή και το φάσμα απορρόφησης άλφα Lyman συνεπάγεται ισχυρότερη βαρύτητα σε μια άλλη κλίμακα. Σίγουρα μια θεωρία δεν μπορεί να εξηγήσει και τα δύο. Είναι αξιοσημείωτο, ότι αυτό ακριβώς ισχυρίζονται ο Khoury και οι συνάδελφοί του.
Αριστερά: Τα άκρα των ανοικτών χορδών - των οποίων οι ταλαντώσεις παράγουν τα γνωστά σωματίδια είναι πακτωμένα στη βράνη του δικού μας χωροχρόνου. Η άλλη άκρη είναι κλειστή (πάνω στη βαρυτική βράνη) όπου συγκεντρώνονται τα βαρυτόνια. Πέρα από την βράνη του δικού μας χωροχρόνου είναι ένας χώρος 4 χωρικών διαστάσεων συν τον χρόνο, άρα ένας πενταδιάστατος υπερχώρος - που ονομάζεται bulk - που περιέχει και τον δικό μας. Η 4η διάσταση του υπερχώρου bulk είναι πάρα πολύ μεγάλη, σε αντίθεση με τις άλλες 6 διαστάσεις που είναι πάρα πολύ μικρές (καμπυλωμένες)
Το πλαίσιο της εργασίας τους εξαρτάται από τη θεωρία βρανών, μια συγγενική της θεωρίας χορδών - την καλύτερη άποψη ως σήμερα για μια θεωρία των πάντων. Η θεωρία χορδών αντιμετωπίζει τα σωματίδια που απαρτίζουν την ύλη και διαδίδουν τις δυνάμεις ως μικροσκοπικές μονοδιάστατες χορδές της υλο-ενέργειας που δονούνται σε ένα υπερχώρο 10 διαστάσεων, που είναι γνωστός ως bulk, και είναι ο υπερχώρος που περιέχει και τον δικό μας των 4 διαστάσεων.
Η θεωρία των βρανών πηγαίνει ακόμη πιο πέρα, μας περιγράφει το δικό μας σύμπαν, ως μία βράνη 3 διαστάσεων, ένα αντικείμενο με τρεις διαστάσεις του χώρου και μία του χρόνου που περιφέρεται στον υπερχώρο. Σε αυτό το σενάριο, οι δονούμενες χορδές - σωματίδια είναι πακτωμένες σταθερά στην δική μας βράνη. Όλες οι χορδές είναι πακτωμένες εκτός από τα βαρυτόνια, τα βαρυτόνια που είναι παλλόμενοι βρόχοι από χορδές χωρίς κανένα ελεύθερο άκρο (γιατί είναι κλειστές χορδές) ώστε να μπορούν να κολλήσουν στη βράνη μας - γι αυτό τα βαρυτόνια μπορούν να διαρρεύσουν στον υπερχώρο (bulk). Αυτή η διαρροή στον υπερχώρο των 10 διαστάσεων εξηγεί γιατί η βαρύτητα είναι εγγενώς τόσο ασθενέστερη από τις άλλες θεμελιώδεις δυνάμεις.
Άπειρη διάσταση
Θα μπορούσε, επίσης, να ληφθεί υπόψη για τη σχετικά ασθενέστερη βαρύτητα αυτά που έχουν βιώσει τα φωτόνια της Μικροκυματικής Ακτινοβολίας Υποβάθρου. Το πλαίσιο είναι ένα σύνολο θεωριών από κόσμους-βράνες γνωστών ως μοντέλα Dvali-Gabadadze-Porrati (DGP), από το όνομα των τριών θεωρητικών στο Πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης, που τα πρότειναν το 2000. Αυτά τα μοντέλα προτείνουν την ύπαρξη μιας τουλάχιστον διάστασης έξω από την βράνη μας που να είναι άπειρη σε μέγεθος.
Με μια τέτοια επιπλέον διάσταση, η βαρύτητα δεν θα κλιμακώνεται ανάλογα με το r-2, αλλά ανάλογα με r-3 - έτσι ώστε αν δύο αντικείμενα διπλασιάσουν την απόσταση τους τότε η αμοιβαία βαρύτητα τους δεν εξασθενεί κατά τέσσερις φορές, αλλά κατά οκτώ φορές. Με δύο επιπλέον διαστάσεις, η μείωση είναι r-4, με τρεις διαστάσεις r-5 και ούτω καθεξής. Οι υπολογισμοί του Khoury λοιπόν δείχνουν πώς ένα μοντέλο σαν το Dvali-Gabadadze-Porrati (DGP) με δύο ή περισσότερες επιπλέον διαστάσεις θα είναι το εισιτήριο μόνο για την αναπαραγωγή των βαρυτικών ιδιοτήτων του σύμπαντος, όπως το βλέπουμε.
Υπάρχει μια προφανής ερώτηση: πώς γίνεται να μην αντιλαμβανόμαστε αυτές τις επιπλέον διαστάσεις; Αν υπάρχουν περισσότερες από τρεις διαστάσεις του χώρου, γιατί οι αισθήσεις μας επιμένουν στον περιορισμό σε τρεις; Οι στάνταρτ θεωρίες των χορδών στέκουν αμήχανες υποθέτοντας ότι οι επιπλέον διαστάσεις περιτυλίγονται σε κλίμακες πάρα πολύ μικρότερες από ένα άτομο, και έτσι εμείς απλά δεν τις παρατηρούμε. Τα μοντέλα των βρανών είναι στην εξήγηση τους πιο θρασύτατα. Εσύ κι εγώ δεν βλέπουμε το απειροελάχιστο μέγεθος των επιπλέον διαστάσεων, λένε, γιατί είμαστε φτιαγμένοι από απλά σωματίδια της ύλης που είναι σταθερά καρφωμένα στην βράνη του δικού μας σύμπαντος. Αν θέλουμε να δούμε τις επιπλέον διαστάσεις η μόνη μας ελπίδα είναι να ανακατασκευάσουμε τους εαυτούς μας από βαρυτόνια - το μόνο πραγματικά ελεύθερο σωματίδιο.
Με μια τέτοια επιπλέον διάσταση, η βαρύτητα δεν θα κλιμακώνεται ανάλογα με το r-2, αλλά ανάλογα με r-3 - έτσι ώστε αν δύο αντικείμενα διπλασιάσουν την απόσταση τους τότε η αμοιβαία βαρύτητα τους δεν εξασθενεί κατά τέσσερις φορές, αλλά κατά οκτώ φορές. Με δύο επιπλέον διαστάσεις, η μείωση είναι r-4, με τρεις διαστάσεις r-5 και ούτω καθεξής. Οι υπολογισμοί του Khoury λοιπόν δείχνουν πώς ένα μοντέλο σαν το Dvali-Gabadadze-Porrati (DGP) με δύο ή περισσότερες επιπλέον διαστάσεις θα είναι το εισιτήριο μόνο για την αναπαραγωγή των βαρυτικών ιδιοτήτων του σύμπαντος, όπως το βλέπουμε.
Υπάρχει μια προφανής ερώτηση: πώς γίνεται να μην αντιλαμβανόμαστε αυτές τις επιπλέον διαστάσεις; Αν υπάρχουν περισσότερες από τρεις διαστάσεις του χώρου, γιατί οι αισθήσεις μας επιμένουν στον περιορισμό σε τρεις; Οι στάνταρτ θεωρίες των χορδών στέκουν αμήχανες υποθέτοντας ότι οι επιπλέον διαστάσεις περιτυλίγονται σε κλίμακες πάρα πολύ μικρότερες από ένα άτομο, και έτσι εμείς απλά δεν τις παρατηρούμε. Τα μοντέλα των βρανών είναι στην εξήγηση τους πιο θρασύτατα. Εσύ κι εγώ δεν βλέπουμε το απειροελάχιστο μέγεθος των επιπλέον διαστάσεων, λένε, γιατί είμαστε φτιαγμένοι από απλά σωματίδια της ύλης που είναι σταθερά καρφωμένα στην βράνη του δικού μας σύμπαντος. Αν θέλουμε να δούμε τις επιπλέον διαστάσεις η μόνη μας ελπίδα είναι να ανακατασκευάσουμε τους εαυτούς μας από βαρυτόνια - το μόνο πραγματικά ελεύθερο σωματίδιο.
ΤΑ ΤΑΧΥΟΝΙΑ ΕΙΝΑΙ ΑΔΥΝΑΤΟ ΝΑ ΥΠΑΡΧΟΥΝ
(ΠΗΓΗ NEW SCIENTIST)
Τα ταχυόνια, σωματίδια που κινούνται πιο γρήγορα από το φως, μπορεί να είναι βασικά αδύνατον να υπάρχουν, σύμφωνα με δύο θεωρητικούς φυσικούς. Σε περίπτωση που έχουν δίκιο, η νέα τους θεωρία θα μπορούσε επίσης να υπονοεί ότι ο χρόνος - φαινομενικά μία από τις πιο θεμελιώδεις πτυχές της Φύσης - δεν είναι παρά μια οφθαλμαπάτη.
Αν και συνήθως πιστεύεται ότι ο Αϊνστάιν στην θεωρία της σχετικότητας λέει πως τίποτα δεν μπορεί να πάει πιο γρήγορα από το φως, αυτό δεν είναι απόλυτα ακριβές. Η σχετικότητα απαγορεύει τη συνηθισμένη ύλη να φθάσει στην ταχύτητα του φωτός, διότι αυτό θα απαιτούσε ανεξάντλητη ενέργεια.
Όμως, η θεωρία του δεν αποκλείει ένα σύνολο σωματιδίων - που λέγονται ταχυόνια - να μπορούν να ταξιδεύουν ταχύτερα από το φως. Ονομάστηκαν ταχυόνια από τους φυσικούς στη δεκαετία του 1960, και θα ήθελαν όντως ένα άπειρο ποσό ενέργειας για να τα επιβραδύνει μέχρι την ταχύτητα του φωτός.
Τα ταχυόνια αναφύονται σε ορισμένες αναπόδεικτες φυσικές θεωρίες, όπως είναι ορισμένες εκδόσεις της θεωρίας χορδών. Οι φυσικοί μάλιστα έχουν αναζητήσει τις αναμενόμενες υπογραφές τους, για παράδειγμα ανάμεσα στα σωματίδια υψηλής ενέργειας που πλήττουν τη Γη από το διάστημα. Αν υπάρχουν εκεί μέσα τότε τα ταχυόνια θα παράγουν ένα μήνυμα παρόμοιο με τις κοσμικές ακτίνες - εκτός του ότι θα φτάσουν στους επίγειους ανιχνευτές πολύ πριν από τα δευτερογενή σωματίδια που δημιουργούνται στην ατμόσφαιρα. Τα ταχυόνια δεν έχουν βέβαια εντοπιστεί ποτέ, ωστόσο οι James Wheeler και Joseph Spencer του πανεπιστημίου της Γιούτα νομίζουν ότι ξέρουν το γιατί.
Το σκεπτικό τους είναι λογικό. "Έχουμε ήδη εμπλακεί σε αυτόν τον υπολογισμό εδώ και ενάμιση χρόνο," λέει ο Wheeler. Οι δύο τους ήθελαν να κατανοήσουν για το πώς τα φυσικά μοντέλα έχουν σχέση με τις μετρήσεις που κάνουμε.
Ξεκίνησαν θεωρώντας ένα σύμπαν που έχει μόνο αποστάσεις, και καμιά διάσταση του χρόνου. Η απλούστερη μέτρηση σε αυτό το σύμπαν είναι η σύγκριση δύο αποστάσεων: μια σανίδα του ενός μέτρου θα πρέπει να είναι η μισή από μια άλλη των δύο μέτρων, ανεξάρτητα από το πως το βλέπετε είτε από μια διαφορετική οπτική γωνία ή ένα διαφορετικό τόπο. Όλες αυτές οι απόψεις αποτελούν ένα πιο σύνθετο αφηρημένο χώρο, το "χώρο μέτρησης συμμετριών".
Κώνος φωτός
Μαθηματικώς αυτός αποδεικνύεται ότι μοιάζει αρκετά με τον "χώρο φάσης", που βρίσκεται στο επίκεντρο της κβαντικής μηχανικής και άλλων φυσικών θεωριών. Ο χώρος φάσης δεν περιγράφει μόνο την θέση ενός αντικειμένου, αλλά και την ορμή του - θα λέγαμε, την τροχιά του αντικειμένου. Στο μοντέλο τους, όλες οι τροχιές ομαδοποιούνται σε δύο κώνους που ενώνονται σε ένα σημείο. Μοιάζει με ένα σύνολο πορειών (τροχιές) που έρχονται από το παρελθόν, περνώντας από ένα σημείο της παρούσης στιγμής, και πάλι προχωρούν στο μέλλον. Κάτι που ισοδυναμεί με ένα χρόνο που αναδύθηκε. Στην πραγματικότητα, αυτό το σύνολο των πορειών μιμείται τον "κώνο του φωτός" της σχετικότητας, τις τροχιές των σωματιδίων που κινούνται στον χωροχρόνο μέχρι και την ταχύτητα του φωτός. Ο κώνος του φωτός, επίσης, χωρίζει το παρελθόν από το μέλλον.
Στην σχετικότητα, είναι δυνατό να φανταστούμε τα ταχυόνια, να ταξιδεύουν έξω από τον κώνο του φωτός. Αλλά στο μοντέλο των Wheeler και Spencer, αυτό είναι αδιανόητο, επειδή ο κώνος στην πραγματικότητα ορίζεται από το σύνολο όλων των πιθανών πορειών.
Αναδυόμενος χρόνος
Γιατί θα πρέπει ο πολύπλοκος χώρος των συμμετριών τους να έχει κάποια σχέση με τον "πραγματικό" χώρο και χρόνο που κατοικούμε; Ο λόγος είναι ότι αυτός συνδέει τον άχρονο χώρο με κάτι σαν τον οικείο μας χωροχρόνο, πράγμα που σημαίνει ότι αυτές οι δύο περιγραφές είναι ισοδύναμες. Κάθε γεγονός που μπορεί να περιγραφεί στον οικείο χωρόχρονο μπορεί να αναπαραχθεί εξίσου καλά με μια δομή σε ένα άχρονο χώρο.
Οι συνέπειες μπορεί να είναι βαθιές. Ο άχρονος χώρος δεν μπορεί να μεταβληθεί, κι αυτό θα μπορούσε να σημαίνει ότι το δικό μας σύμπαν είναι ντετερμινιστικό, με το μέλλον να είναι προδιαγεγραμμένο.
Ο Wheeler υποψιάζεται ότι η αντίληψη που έχουμε για τον "χρόνο" αντιστοιχεί στην απόσταση, από ένα ειδικό σημείο στον άχρονο χώρο των τεσσάρων διαστάσεων του μοντέλου τους τους. Αν είναι έτσι τα πράγματα, αυτό το σημείο θα μπορούσε να δείχνει την αρχή του χρόνου κατά τη Μεγάλη Έκρηξη.
Ο ίδιος πιστεύει ότι το αποτέλεσμα των Wheeler και Spencer είναι περιορισμένο, καθώς αυτό εξαρτάται από μια συγκεκριμένη μαθηματική προσέγγιση. Αλλά δεν απορρίπτει την εργασία τους. "Είναι γεμάτη προτάσεις και ιδέες και δίνει τη σωστή απάντηση [δηλαδή ότι ο χρόνος αναδύεται]," λέει. "Και υπάρχουν πολλές προσεγγίσεις σε αυτό το ερώτημα, που θα μπορούσαν όλες να συνδεθούν. Φαίνεται να υπάρχει μια αναδυόμενη θεωρία του πως προέκυψε ο χρόνος."
Αν και συνήθως πιστεύεται ότι ο Αϊνστάιν στην θεωρία της σχετικότητας λέει πως τίποτα δεν μπορεί να πάει πιο γρήγορα από το φως, αυτό δεν είναι απόλυτα ακριβές. Η σχετικότητα απαγορεύει τη συνηθισμένη ύλη να φθάσει στην ταχύτητα του φωτός, διότι αυτό θα απαιτούσε ανεξάντλητη ενέργεια.
Όμως, η θεωρία του δεν αποκλείει ένα σύνολο σωματιδίων - που λέγονται ταχυόνια - να μπορούν να ταξιδεύουν ταχύτερα από το φως. Ονομάστηκαν ταχυόνια από τους φυσικούς στη δεκαετία του 1960, και θα ήθελαν όντως ένα άπειρο ποσό ενέργειας για να τα επιβραδύνει μέχρι την ταχύτητα του φωτός.
Τα ταχυόνια αναφύονται σε ορισμένες αναπόδεικτες φυσικές θεωρίες, όπως είναι ορισμένες εκδόσεις της θεωρίας χορδών. Οι φυσικοί μάλιστα έχουν αναζητήσει τις αναμενόμενες υπογραφές τους, για παράδειγμα ανάμεσα στα σωματίδια υψηλής ενέργειας που πλήττουν τη Γη από το διάστημα. Αν υπάρχουν εκεί μέσα τότε τα ταχυόνια θα παράγουν ένα μήνυμα παρόμοιο με τις κοσμικές ακτίνες - εκτός του ότι θα φτάσουν στους επίγειους ανιχνευτές πολύ πριν από τα δευτερογενή σωματίδια που δημιουργούνται στην ατμόσφαιρα. Τα ταχυόνια δεν έχουν βέβαια εντοπιστεί ποτέ, ωστόσο οι James Wheeler και Joseph Spencer του πανεπιστημίου της Γιούτα νομίζουν ότι ξέρουν το γιατί.
Το σκεπτικό τους είναι λογικό. "Έχουμε ήδη εμπλακεί σε αυτόν τον υπολογισμό εδώ και ενάμιση χρόνο," λέει ο Wheeler. Οι δύο τους ήθελαν να κατανοήσουν για το πώς τα φυσικά μοντέλα έχουν σχέση με τις μετρήσεις που κάνουμε.
Ξεκίνησαν θεωρώντας ένα σύμπαν που έχει μόνο αποστάσεις, και καμιά διάσταση του χρόνου. Η απλούστερη μέτρηση σε αυτό το σύμπαν είναι η σύγκριση δύο αποστάσεων: μια σανίδα του ενός μέτρου θα πρέπει να είναι η μισή από μια άλλη των δύο μέτρων, ανεξάρτητα από το πως το βλέπετε είτε από μια διαφορετική οπτική γωνία ή ένα διαφορετικό τόπο. Όλες αυτές οι απόψεις αποτελούν ένα πιο σύνθετο αφηρημένο χώρο, το "χώρο μέτρησης συμμετριών".
Κώνος φωτός
Μαθηματικώς αυτός αποδεικνύεται ότι μοιάζει αρκετά με τον "χώρο φάσης", που βρίσκεται στο επίκεντρο της κβαντικής μηχανικής και άλλων φυσικών θεωριών. Ο χώρος φάσης δεν περιγράφει μόνο την θέση ενός αντικειμένου, αλλά και την ορμή του - θα λέγαμε, την τροχιά του αντικειμένου. Στο μοντέλο τους, όλες οι τροχιές ομαδοποιούνται σε δύο κώνους που ενώνονται σε ένα σημείο. Μοιάζει με ένα σύνολο πορειών (τροχιές) που έρχονται από το παρελθόν, περνώντας από ένα σημείο της παρούσης στιγμής, και πάλι προχωρούν στο μέλλον. Κάτι που ισοδυναμεί με ένα χρόνο που αναδύθηκε. Στην πραγματικότητα, αυτό το σύνολο των πορειών μιμείται τον "κώνο του φωτός" της σχετικότητας, τις τροχιές των σωματιδίων που κινούνται στον χωροχρόνο μέχρι και την ταχύτητα του φωτός. Ο κώνος του φωτός, επίσης, χωρίζει το παρελθόν από το μέλλον.
Στην σχετικότητα, είναι δυνατό να φανταστούμε τα ταχυόνια, να ταξιδεύουν έξω από τον κώνο του φωτός. Αλλά στο μοντέλο των Wheeler και Spencer, αυτό είναι αδιανόητο, επειδή ο κώνος στην πραγματικότητα ορίζεται από το σύνολο όλων των πιθανών πορειών.
Αναδυόμενος χρόνος
Γιατί θα πρέπει ο πολύπλοκος χώρος των συμμετριών τους να έχει κάποια σχέση με τον "πραγματικό" χώρο και χρόνο που κατοικούμε; Ο λόγος είναι ότι αυτός συνδέει τον άχρονο χώρο με κάτι σαν τον οικείο μας χωροχρόνο, πράγμα που σημαίνει ότι αυτές οι δύο περιγραφές είναι ισοδύναμες. Κάθε γεγονός που μπορεί να περιγραφεί στον οικείο χωρόχρονο μπορεί να αναπαραχθεί εξίσου καλά με μια δομή σε ένα άχρονο χώρο.
Οι συνέπειες μπορεί να είναι βαθιές. Ο άχρονος χώρος δεν μπορεί να μεταβληθεί, κι αυτό θα μπορούσε να σημαίνει ότι το δικό μας σύμπαν είναι ντετερμινιστικό, με το μέλλον να είναι προδιαγεγραμμένο.
Ο Wheeler υποψιάζεται ότι η αντίληψη που έχουμε για τον "χρόνο" αντιστοιχεί στην απόσταση, από ένα ειδικό σημείο στον άχρονο χώρο των τεσσάρων διαστάσεων του μοντέλου τους τους. Αν είναι έτσι τα πράγματα, αυτό το σημείο θα μπορούσε να δείχνει την αρχή του χρόνου κατά τη Μεγάλη Έκρηξη.
Ο ίδιος πιστεύει ότι το αποτέλεσμα των Wheeler και Spencer είναι περιορισμένο, καθώς αυτό εξαρτάται από μια συγκεκριμένη μαθηματική προσέγγιση. Αλλά δεν απορρίπτει την εργασία τους. "Είναι γεμάτη προτάσεις και ιδέες και δίνει τη σωστή απάντηση [δηλαδή ότι ο χρόνος αναδύεται]," λέει. "Και υπάρχουν πολλές προσεγγίσεις σε αυτό το ερώτημα, που θα μπορούσαν όλες να συνδεθούν. Φαίνεται να υπάρχει μια αναδυόμενη θεωρία του πως προέκυψε ο χρόνος."
Εγγραφή σε:
Αναρτήσεις (Atom)
