Δευτέρα, 4 Απριλίου 2011

Χωροχρόνος

Χωροχρόνος


O Άλμπερτ Αϊνστάιν, ίσως ο μεγαλύτερος επιστημονικός νους της σύγχρονης εποχής, έλεγε κάποτε ότι σε ολόκληρη τη ζωή του είχε μόνο δύο πραγματικά πρωτότυπες ιδέες: την Ειδική και τη Γενική Σχετικότητα. Και όμως οι ιδέες αυτές μας άλλαξαν τελείως την αντίληψη που είχαμε μέχρι τότε για το χώρο και το χρόνο. Πάρτε για παράδειγμα μία από τις πτυχές της νέας αυτής φυσικής που σχετίζεται με τη βαρύτητα. Σύμφωνα με τα δεδομένα της κλασικής νευτώνειας φυσικής, ένα αντικείμενο κινείται στο διάστημα σε ευθεία γραμμή και με σταθερή ταχύτητα, εκτός και αν μια άλλη δύναμη επιδράσει πάνω του. Με άλλα λόγια, ένας πλανήτης θα κινούνταν σε ευθεία γραμμή, εάν δεν τον επηρέαζε η δύναμη της βαρύτητας του Ήλιου. Από τη νευτώνεια αυτή άποψη λέμε ότι η βαρύτητα του Ήλιου έλκει τον πλανήτη και τον κρατά σε μία ελλειπτική τροχιά.

Στη φυσική της Σχετικότητας, όμως, ένα αντικείμενο κινείται στο χωροχρόνο και όχι μόνο στο χώρο. Σύμφωνα, δηλαδή, με τον Αϊνστάιν, η βαρύτητα δεν είναι μια "πραγματική" δύναμη, αλλά το αποτέλεσμα της παραμόρφωσης των τεσσάρων διαστάσεων του χωροχρόνου. Και έτσι με βάση τη Σχετικότητα δεν είναι η "βαρυτική δύναμη" του Ήλιου που έλκει τους πλανήτες, ούτε η "βαρύτητα" της Γης που έλκει προς τα κάτω τα μήλα ή οποιοδήποτε άλλο αντικείμενο πέφτει. Αυτό που συμβαίνει στην πραγματικότητα είναι ότι ένα μεγάλο σώμα, όπως ο Ήλιος, παραμορφώνει το χωροχρόνο της γύρω περιοχής του και τον κάνει να καμπυλώνει. Μάλιστα, όσο πλησιέστερα πάμε προς τον Ήλιο, τόσο μεγαλύτερη είναι και η καμπυλότητα του χωροχρόνου.

Οποιοδήποτε μικρό ή μεγάλο κομμάτι ύλης μπορεί και παραμορφώνει τη δομή του χωροχρόνου. Έτσι, καθώς τα διάφορα αντικείμενα κινούνται μέσα στο σύμπαν είναι σαν να κυλάνε μέσα, έξω και γύρω από αυτές τις χωροχρονικές παραμορφώσεις, ενώ η κίνησή τους επηρεάζεται από τις παραμορφώσεις αυτές, παρ' όλο που δεν μπορούμε να τις δούμε. Εκείνο όμως που βλέπουμε είναι το αποτέλεσμα που έχει η χωροχρονική παραμόρφωση στα διάφορα αντικείμενα και η επίδραση της φαινομενικά μυστηριώδους δύναμης που ονομάζουμε βαρύτητα. Πάρτε για παράδειγμα τα άστρα. Από τη στιγμή που θα γεννηθεί και μέχρι το θάνατό του, ένα άστρο παλεύει συνεχώς ενάντια στη δύναμη της βαρύτητας. Η ζωή, δηλαδή, ενός άστρου είναι μια συνεχής αντιπαράθεση μεταξύ της βαρύτητας που τείνει να συμπιέσει το άστρο προς τα μέσα και της πίεσης από την ακτινοβολία που παράγεται στον πυρήνα του, η οποία σπρώχνει τα υλικά του προς τα έξω. Όσο οι δύο αυτές δυνάμεις ισορροπούν, το άστρο ζει και συμπεριφέρεται σταθερά.

Ένα άστρο ενηλικιώνεται όταν η πίεση της βαρύτητας των εξωτερικών στρωμάτων του εξισορροπείται από την πίεση της ακτινοβολίας και ενέργειας που παράγεται στον πυρήνα του από τις θερμοπυρηνικές αντιδράσεις που μετατρέπουν το υδρογόνο σε ήλιο. Έτσι το άστρο αυτό παραμένει σε ισορροπία όσο καιρό η "καύση" του υδρογόνου είναι η μοναδική θερμοπυρηνική αντίδραση που εκτελείται στον πυρήνα του. Η περίοδος αυτή της ωριμότητας ενός άστρου διαρκεί το μεγαλύτερο μέρος της ζωής του και ονομάζεται από τους αστρονόμους "Κύρια Ακολουθία". Η ευτυχισμένη αυτή περίοδος της ωριμότητας ενός άστρου δεν θα διαρκέσει όμως για πάντα, αφού, αργά ή γρήγορα, κάθε άστρο στον ουρανό είναι καταδικασμένο να χάσει την πάλη του ενάντια στη βαρύτητα.

Έτσι, και ανάλογα με την ποσότητα των υλικών που περιλαμβάνει στο τέλος της ζωής του, ένα άστρο πεθαίνει με έναν από τρεις διαφορετικούς τρόπους. Άστρα των οποίων ο πυρήνας περιλαμβάνει υλικά μέχρι 1,4 ηλιακές μάζες τελειώνουν τη ζωή τους ως άσπροι νάνοι, ενώ άστρα που κατορθώνουν να συγκρατήσουν στον πυρήνα τους υλικά από 1,4 έως 3 ηλιακές μάζες καταρρέουν μετατρεπόμενα σε άστρα νετρονίων ή πάλσαρ. Στην περίπτωση όμως που η μάζα του πυρήνα ενός άστρου ξεπερνά τις 3 ηλιακές μάζες, δεν υπάρχει καμία δύναμη στη φύση που να μπορεί να αντισταθεί στην ένταση της βαρύτητάς του, με αποτέλεσμα την αστραπιαία κατάρρευση του αστρικού αυτού πυρήνα. Με αυτό τον τρόπο η ακτίνα του άστρου "μηδενίζεται" και η ύλη του "αφανίζεται" κάτω από το τεράστιο βαρυτικό πεδίο που σχηματίζεται, δημιουργώντας σε τελική ανάλυση μια Μαύρη Τρύπα. Μια Μαύρη Τρύπα, δηλαδή, είναι το σημείο εκείνο του διαστήματος όπου κάποτε υπήρχε ο πυρήνας ενός γιγάντιου άστρου, το οποίο στην τελική φάση της εξέλιξής του χάνει την πάλη του ενάντια στη βαρύτητα, με αποτέλεσμα να καταρρεύσουν τα υλικά του και να συμπιεστούν περισσότερο ακόμη και από τα υλικά ενός άστρου νετρονίων.

Δεν υπάρχουν σχόλια: