13 February 2008

Συνέντευξη με την Lisa Randall, μέρος 1

...
Σε προηγούμενη ανάρτηση παρέθεσα ένα σύντομο βιογραφικό της διάσημης ερευνήτριας Lisa Randall (46 ετών, από τη Νέα Υόρκη) που είναι καθηγήτρια Θεωρητικής Φυσικής στο Πανεπιστήμιο Harvard. Παραθέτω εδώ μια συνέντευξη (με ελαφρές περικοπές σε επουσιώδη θέματα) της κ. Randall που δόθηκε το έτος 2006 στο δημοσιογράφο Mathias Plüss και δημοσιεύτηκε στην ελβετική εφημερίδα Weltwoche, τεύχος 45/2006.

Κυρία Randall, υπάρχει μια φράση σας, η οποία δεν μου φεύγει από το μυαλό: «Ο κόσμος είναι περισσότερο από αυτό που βλέπουμε».
Αυτό είναι κάτι που συναντάει κάποιος στις φυσικές επιστήμες πολύ συχνά. Δεν βλέπουμε σε ένα άνθρωπο ότι αποτελείται από κύτταρα. Δεν βλέπουμε ότι το τραπέζι εδώ αποτελείται από άτομα. Η Φυσική απομακρύνθηκε τον 20ο αιώνα από πράγματα, τα οποία μπορούμε να παρακολουθήσουμε με γυμνό μάτι.

Η Φυσική γίνεται όλο και περισσότερο αφηρημένη.
Θα έλεγα, η Φυσική γίνεται όλο και περισσότερο στοιχειώδης. Τα περισσότερα αντικείμενα που ανακαλύπτουμε τελευταία γίνονται αντιληπτά μόνο έμμεσα, γι’ αυτό δεν είναι για μας τους ανθρώπους εύκολα κατανοητά.

Γιατί συμβαίνει αυτό;
Αν και δεν γίνεται κατανοητό στην καθημερινή ζωή, δεν βλέπουμε τα πράγματα, αλλά μόνο αυτά που δημιουργεί ο εγκέφαλος. Σκεφτείτε τις διάφορες οφθαλμαπάτες! Η πολύ γνωστή εικόνα μιας ευθείας γραμμής, η οποία με φόντο κάποιο σχέδιο φαίνεται κυρτή. Η επιδεκτικότητα που έχουμε για οφθαλμαπάτες δείχνει ότι ο εγκέφαλος έχει μεγάλες δυνατότητες για παραλλαγές.

Υπερασπίζεστε την παράδοξη ιδέα ότι υπάρχουν στο σύμπαν κρυμμένες διαστάσεις, για τις οποίες δεν γνωρίζουμε τίποτα. Πώς μπορεί να το φανταστεί αυτό κάποιος;
Είναι πάρα πολύ δύσκολο. Είμαστε συνηθισμένοι στις τέσσερις διαστάσεις, τις τρεις του χώρου και τη διάσταση του χρόνου. Για επιπλέον διαστάσεις λείπει κάθε δυνατότητα αντίληψης. Όταν όμως σκεφτεί το θέμα, διαπιστώνει ότι η ιδέα δεν είναι παράλογη.

Γιατί δεν βλέπουμε αυτές τις διαστάσεις;
Η απλούστερη εξήγηση αναφέρει ότι δεν είναι τόσο μεγάλες όσο οι γνωστές τέσσερις, αλλά πολύ μικρές – τόσο μικρές ώστε είναι αδύνατον να τις αντιληφθούμε. Πέρα απ’ αυτό, οι επιπλέον διαστάσεις είναι τυλιγμένες.

Τυλιγμένες;
Το απλούστερο παράδειγμα για να το καταλάβετε είναι να σκεφθείτε έναν απλωμένο σωλήνα για πότισμα στον κήπο. Όταν τον παρατηρείτε από μακριά, φαίνεται σαν μια γραμμή, δηλαδή είναι μονοδιάστατος. Αλλά όταν βρεθείτε κοντά, διαπιστώνετε ότι δεν συμβαίνει αυτό. Ένα σκαθαράκι αντιλαμβάνεται ότι μπορεί να περπατήσει, όχι μόνο κατά μήκος του σωλήνα, αλλά και γύρω γύρω. Η επιφάνεια του σωλήνα έχει λοιπόν δύο διαστάσεις, όπου η μία διάσταση είναι πολύ μεγάλη και η άλλη μικρή και τυλιγμένη. Στη Φυσική μπορείτε να φανταστείτε ότι όλο το σύμπαν είναι όπως αυτός ο σωλήνας, επίμηκες και τυλιγμένο. Οι επιπλέον διαστάσεις είναι τυλιγμένες και προσαρτημένες σε κάθε σημείο του χώρου, σε κάθε σημείο αυτού του τραπεζιού και επάνω στη μύτη μου.

Τρελό! Αλλά εσείς λέτε ακόμα πιο τρελά πράγματα: σχεδιάσατε ένα πενταδιάστατο μοντέλο του σύμπαντος, στο οποίο η επιπλέον διάσταση δεν είναι μικρή αλλά απείρως μεγάλη – και παρ’ όλα αυτά αόρατη.
Αυτό ήταν μια εργασία που πραγματοποίησα με τον συνεργάτη μου Raman Sundrum. Ο Einstein υποστηρίζει ότι ο χωροχρόνος δεν είναι απαραιτήτως επίπεδος, αλλά καμπυλωμένος και στρεβλωμένος. Υπολογίσαμε ότι ο χωροχρόνος μπορεί να είναι τόσο απίστευτα ισχυρά καμπυλωμένος, ώστε σε ολόκληρες περιοχές του να μην έχουμε πρόσβαση. Κι αυτό φτάνει μέχρι του σημείου ότι θα μπορούσε να υπάρχει μια πέμπτη διάσταση, η οποία δεν φαίνεται λόγω αυτής της καμπυλότητας. Πρόκειται για μια ριζοσπαστική σκέψη. Εδώ και 8O χρόνια σκέφτονται οι Φυσικοί πάνω σ’ αυτά τα προβλήματα, αλλά σ’ αυτή την ιδέα δεν έφτασε πριν από μας κάποιος άλλος.

Μια εκδοχή του συμπαντικού μοντέλου σας περιλαμβάνει δύο βράνες. Τι πράγμα είναι οι βράνες;
Η λέξη προέρχεται από τη «μεμβράνη». Βράνες είναι νήσοι δύο διαστάσεων, ενσωματωμένες σε ένα χώρο περισσότερων διαστάσεων. Πάρτε για παράδειγμα την πλαστική κουρτίνα στην μπανιέρα: η κουρτίνα είναι μια βράνη δύο διαστάσεων σε ένα χώρο τριών διαστάσεων. Στο μοντέλο μου αποτελείται ο χώρος από δύο βράνες…

Κατά κάποιο τρόπο δύο κουρτίνες…
Ναι και μια πέμπτη διάσταση που έχει εγκλωβιστεί ανάμεσά τους. Στη μία βράνη βρισκόμαστε εμείς, όλη η ύλη, όλες οι δυνάμεις είναι δεμένες με τη μία βράνη, όπως οι σταγόνες νερού στην πλαστική κουρτίνα. Γι’ αυτό δεν έχουμε κάποια αντίληψη για τη δεύτερη βράνη, παρ’ ότι θα μπορούσε να βρίσκεται πάρα πολύ κοντά, μόνο σε μια απόσταση μερικά κλάσματα του χιλιοστού.

Μια στιγμή! Θα ήταν δηλαδή δυνατόν να υπάρχει ένας δεύτερος κόσμος, εδώ και τώρα, για τον οποίο δεν γνωρίζουμε τίποτα;
Γιατί όχι; Φανταστείτε ότι στην άλλη βράνη υφίσταται μια ύπαρξη, ίσως ένα είδος ζώου. Φανταστείτε ακόμα ότι αυτό δεν αποτελείται από πρωτόνια και ηλεκτρόνια, όπως εμείς, αλλά από κάτι τελείως διαφορετικό. Εκεί δεν υπάρχουν φως και ηλεκτρομαγνητισμός, όπως σε μας, αλλά μόνο άλλες δυνάμεις, τις οποίες δεν αισθανόμαστε και οι οποίες δεν αντιδρούν με τη δική μας ύλη. Αυτές οι υπάρξεις θα μπορούσε να υπάρχουν, ακριβώς εδώ μέσα. Πώς θα μπορούσαμε να τις εντοπίσουμε; Δεν έχουμε καμιά δυνατότητα.

Δεν χρειάζεται λοιπόν να φοβόμαστε ότι θα μπορούσαν να επηρεάσουν τη σκέψη μας;
Όχι, καθόλου (γελάει)
(click)
Αφού αποκλείεται κάθε επαφή με την άλλη βράνη, γιατί να ασχολούμαστε μαζί της;
Ακόμα δεν σας είπα ολόκληρη την ιστορία. Υπάρχει μία δύναμη η οποία, σε αντίθεση με τις άλλες δυνάμεις, μπορεί να διαπεράσει την πέμπτη διάσταση: η βαρύτητα. Γενικά, ανέπτυξα αυτό το μοντέλο για να εξηγήσω μια ιδιομορφία της βαρύτητας – είναι πολύ ασθενής.

Λέτε ότι η βαρύτητα είναι ασθενής; Παρόλα αυτά κρατάει τους ανθρώπους στην επιφάνεια της Γης και τους πλανήτες στις τροχιές τους.
Η βαρύτητα φαίνεται σε μας ισχυρή, επειδή η Γη έχει μια πολύ μεγάλη μάζα. Αλλά σκεφτείτε ότι μπορούμε να πηδάμε στον αέρα και να σηκώνουμε τα χέρια μας ψηλά, αντισταθμίζοντας τη συνολική βαρυτική δύναμη της Γης. Ένας μικρός μαγνήτης μπορεί να σηκώνει ένα μεταλλικό συνδετήρα, παρ’ όλο η Γη τον τραβάει στην άλλη κατεύθυνση. Η βαρυτική δύναμη είναι πολλές τάξεις ασθενέστερη από την ηλεκτρομαγνητική δύναμη.

Και γιατί σας ενοχλεί αυτή η ανίσχυρη δύναμη;
Επειδή δεν μπορούμε να την εξηγήσουμε. Σύμφωνα με τα μοντέλα μας περιμένουμε να είναι όλες οι δυνάμεις περίπου ίσες. Ειδικά λόγω της μικρής ισχύος της βαρυτικής δύναμης πρέπει να εισαγάγουμε έναν συντελεστή μεγάλης ακρίβειας με 16 δεκαδικά μετά το κόμμα, ώστε να είναι σωστοί οι υπολογισμοί.

Πώς μπορεί να εξηγηθεί στο μοντέλο σας η ανίσχυρη βαρυτική δύναμη;
Ανέφερα ήδη ότι η βαρυτική δύναμη είναι η μόνη που διαπερνάει την πέμπτη διάσταση. Στο μοντέλο μου είναι το μεγαλύτερο μέρος της βαρυτικής δύναμης συγκεντρωμένο στην περιοχή της άλλης βράνης και ακριβώς εκεί είναι περίπου ίση με τις άλλες δυνάμεις. Επειδή όμως ο χώρος σ’ αυτή τη διεύθυνση είναι πολύ καμπυλωμένος, αντιλαμβανόμαστε μόνο μια ανταύγεια αυτής της δύναμης. Αυτή η επιχειρηματολογία αποτελεί μια φυσική ερμηνεία για την παρατηρούμενη ασθένεια της βαρυτικής δύναμης.

Θεωρείτε κάτι φυσιολογικό την πέμπτη διάσταση;
Εγώ για λογαριασμό μου πιστεύω περισσότερο στην πέμπτη διάσταση παρά σε ένα αριθμό που έπεσε, ας πούμε, από τον ουρανό στα υπολογιστικά μοντέλα μας και έχει κατά τύχη το σωστό μέγεθος, 16 δεκαδικές θέσεις μετά το κόμμα – είναι τρομερό! Και γενικότερα: γιατί να μην υπάρχει μια πέμπτη διάσταση; Επειδή δεν την βλέπουμε; Έχουμε πάλι το ίδιο ζήτημα: ο κόσμος είναι περισσότερα από αυτά που βλέπουμε.

Εσείς πιστεύετε ότι υπάρχει η πέμπτη διάσταση;
Ναι!

Και πώς θα βρούμε, αν αυτή πράγματι υπάρχει;
Μπορούμε να το βρούμε και αυτό είναι συγκλονιστικό, ειδικά για τους Ελβετούς! (γελάει) Όλος ο κόσμος περιμένει να λειτουργήσει σε λίγο καιρό ο επιταχυντής σωματιδίων στη Γενεύη, στο ευρωπαϊκό ερευνητικό κέντρο Cern. Το αργότερο σε πέντε χρόνια θα ξέρουμε πολύ περισσότερα για τη θεμελιώδη δομή του κόσμου, χάριν του επιταχυντή σωματιδίων!
 
Τι ακριβώς κάνουν στο Cern;
Η νέα εγκατάσταση αποτελείται από ένα δακτυλίδι με περίμετρο 27 χιλιομέτρων, στο οποίο επιταχύνονται πρωτόνια και τα οποία συγκρούονται με τεράστια ορμή. Σ’ αυτή τη σύγκρουση δημιουργείται μια τεράστια ποσότητα ενέργειας, η οποία μπορεί να μετατραπεί σε μάζα. Γνωρίζουμε ότι ισχύει: E = mc2, ενέργεια ίσον με μάζα επί το τετράγωνο της ταχύτητας. Μεγάλη ενέργεια σημαίνει και μεγάλη μάζα m. Στο Cern θα δημιουργηθούν σωματίδια, τα οποία είναι τόσο βαριά, όσο δεν υπήρξαν στο σύμπαν από τη μεγάλη έκρηξη (big bang) και μετά!

Συμβαίνει για πρώτη φορά στο σύμπαν και συμβαίνει στην Ελβετία!
Για πρώτη φορά από τη μεγάλη έκρηξη, ναι. Κατά κάποιο τρόπο, μια νέα μεγάλη έκρηξη στην Ελβετία. (γελάει)

Τι σχέση έχει αυτό με την πέμπτη διάσταση;
Περιμένουμε ότι θα εμφανιστούν άγνωστα μέχρι σήμερα βαρέα σωματίδια, τα οποία είναι σε θέση να κινηθούν στις επιπλέον διαστάσεις και θα αφήσουν ίχνη στο δικό μας κόσμο. Αν υπάρχει πράγματι η πέμπτη διάσταση, τότε πρέπει να βρούμε με μεγάλη πιθανότητα αυτά τα ίχνη στο Cern – στη μορφή ιδιαίτερα βαρέων σωματιδίων.

Κι αν δεν βρούμε αυτά τα σωματίδια;
Τότε θα κοιτάξουμε παρακάτω. Αν αυτά τα πειράματα δείξουν με πειστικό τρόπο ότι η θεωρία μου δεν είναι σωστή, τότε θα την εγκαταλείψω.