Τρίτη, 18 Ιουνίου 2013

Ολογραφία, μία ριζοσπαστική ιδέα για την κβαντική βαρύτητα

Εγκαινιάζοντας μια νέα θεματική ενότητα στην κατηγορία Επιστήμη, ξεκινάμε μια σειρά συνεντεύξεων με Έλληνες επιστήμονες που ξεχωρίζουν με το ερευνητικό τους έργο σε διεθνές επίπεδο.

Σήμερα, φιλοξενούμε τον καθηγητή του πανεπιστημίου του Σαουθάμπτον, Κώστα Σκενδέρη, ένα Φυσικό που ξεκίνησε τις σπουδές του στο Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο, πήρε το διδακτορικό του στο πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης, και από τότε έχει χαράξει μια εντυπωσιακή καριέρα σε Ολλανδία, Βέλγιο, Ηνωμένες Πολιτείες και Αγγλία.
Το ερευνητικό του ενδιαφέρον εστιάζεται στις ολογραφικές δυαδικότητες, μια ιδέα που συνδυάζει τη κβαντική θεωρία πεδίου και τη θεωρία χορδών, στο πλαίσιο μιας συσχέτισης των δύο αυτών θεωριών που ονομάζεται αντιστοιχία AdS/CFT. Η ιδέα της ολογραφίας στη φυσική, ξεκίνησε από τη μελέτη των μελανών οπών, όμως ο καθηγητής επεκτείνει την εφαρμογή της, δημιουργώντας ένα «λεξικό» που επιτρέπει την ύπαρξη υπολογιστικών κανόνων στο πλαίσιό της. Έτσι, πέρα από μαύρες τρύπες μελετά συστήματα συμπυκνωμένης ύλης αλλά και τον αντίκτυπο που έχουν οι ολογραφικές μέθοδοι στην κοσμολογία. Ο καθηγητής όμως, θα μπορεί σίγουρα να μας εξηγήσει καλύτερα.

Κύριε καθηγητά, θα μπορούσατε να εξηγήσετε σε έναν αναγνώστη δίχως εκτεταμένες μαθηματικές γνώσεις, τι ακριβώς είναι η ολογραφία και το αντικείμενο της έρευνάς σας;

Η ολογραφία είναι μία καινούργια ριζοσπαστική ιδέα για την κβαντική βαρύτητα. Η σύγχρονη φυσική περιγράφει τον κόσμο μέσω τεσσάρων φυσικών θεωριών. Αυτές είναι ο ηλεκτρομαγνητισμός, η ασθενής πυρηνική δύναμη (η οποία για παράδειγμα είναι υπεύθυνη για την ραδιενέργεια), η ισχυρή πυρηνική δύναμη (η οποία περιγράφει την δύναμη που κρατάει μαζί τα πρωτόνια και και τα νετρόνια στον πυρήνα των ατόμων) και η βαρύτητα. Οι θεωρίες αυτές είναι κβαντομηχανικές εκτός της θεωρίας του Αϊνστάιν για την βαρυτητα. Μια κβαντική θεωρία της βαρύτητας είναι απαραίτητη αν θέλουμε να εξηγήσουμε, για παράδειγμα, ποιοι ήταν οι νόμοι της φύσης όταν δημιουργήθηκε το Σύμπαν .
Σύμφωνα με την ολογραφία μια από τις διαστάσεις που αντιλαμβανόμαστε στην καθημερινή μας ζωή και η ίδια η δύναμη της βαρύτητας δεν υπάρχουν στο θεμελιώδες επίπεδο αλλά προκύπτουν (όταν υπάρχουν κατάλληλες συνθήκες) μέσω της δυναμικής της ολογραφικής θεωρίας. Παραδείγματα ολογραφικών θεωριών βρέθηκαν σε μελέτες της θεωρίας των χορδών και τα τελευταία 15 χρόνια μεγάλο κομμάτι της έρευνας στη φυσική υψηλής ενέργειας έχει ως αντικείμενο τις ολογραφικές θεωρίες. Μεγάλο κομμάτι και της δικής μου έρευνας έχει να κάνει με το πώς θα πάρει κανείς αυτή την ιδέα και θα δημιουργήσει μία φυσική θεωρία. Με άλλα λόγια, ποιοι είναι οι φυσικοί νόμοι ενός ολογραφικού κόσμου.

Έχετε εισαγάγει τη μέθοδο της ολογραφικής επανακανονικοποίησης (renormalization), σε αντιστοιχία με την επανακανονικοποίηση στη κβαντική θεωρία πεδίου, που βοηθά στο να απαλείφονται οι απειρισμοί στους υπολογισμούς, κάνοντας τη θεωρία πρακτικά εφαρμόσιμη. Είναι η ολογραφία αυτή τη στιγμή επαρκώς ορισμένη; Γιατί διαβάζουμε πως σύμφωνα με την κοσμολογική ολογραφία, ολόκληρο το Σύμπαν εξελίσσεται σε δύο διαστάσεις, μία λιγότερη δηλαδή από αυτή που αντιλαμβανόμαστε. Οι δύο διαστάσεις βρίσκονται πάνω σε αυτό που ονομάζουμε κοσμολογικό ορίζοντα, και το γεγονός πως ο ορίζοντας αυτός είναι πεπερασμένος και μεγαλώνει με το χρόνο, δεν επιτρέπει την ακριβή μαθηματική διατύπωση της θεωρίας.

Η θεωρία της ολογραφίας είναι επαρκώς ορισμένη για συγκεκριμένη κλάση χωροχρόνων (αρνητικά κυρτωμένοι χωρόχρονοι) και μέρος της έρευνας μου αποσκοπεί στη δημιουργία μιας ολογραφικής θεωρίας που είναι επαρκώς ορισμένη ανεξαρτήτως του χωροχρόνου. Η κοσμολογική ολογραφία μπορεί να οριστεί μέσω μιας συσχέτισης με την ολογραφία αρνητικά κυρτωμένων χωρόχρονων (οι δύο διαστάσεις δεν χρειάζεται να βρίσκονται πάνω στον κοσμολογικό ορίζοντα).

Έχετε κατασκευάσει ένα μαθηματικό μοντέλο που αναδεικνύει ομοιότητες μεταξύ ενός μη κυρτωμένου χωροχρόνου, με έναν που έναν αρνητικά κυρτωμένος, με τον τελευταίο όμως να «ζει» σε έναν αρνητικό αριθμό διαστάσεων. Πιστεύετε πως έχει νόημα να προσπαθούμε διαισθητικά να φανταστούμε έναν τέτοιο κόσμο, τι ακριβώς σημαίνει δηλαδή αρνητικός αριθμός διαστάσεων, ή πρέπει απλά να εμπιστευτούμε τα μαθηματικά;

Η ιδέα ότι το Σύμπαν μπορεί να είναι πολυδιάστατο είναι μία από τις κεντρικές ιδέες στην σύγχρονη φυσική. Έτσι μαθαίνει κανείς να σκέφτεται τις ιδιότητες του κόσμου ως συνάρτηση του αριθμού των διαστάσεων του. Μελετά δηλαδή κανείς τον κόσμο με τέτοιο τρόπο ώστε ο αριθμός των διαστάσεων εμφανίζεται ως μία παράμετρος στις μαθηματικές εκφράσεις των φυσικών νόμων. Αν τώρα πάρει κανείς αυτή την παράμετρο αρνητική τότε περιγράφει για ένα κόσμο με αρνητικό αριθμό διαστάσεων! Με άλλα λόγια η διαίσθηση για ένα τέτοιο κόσμο προέρχεται μέσω της μαθηματικής του περιγραφής.

Πιστεύετε πως υπάρχουν περιθώρια ώστε κάποτε αυτές οι ιδέες να αποδειχθούν πειραματικά; Δίνει η θεωρία νέες προβλέψεις τις οποίες μπορούμε κάποτε να επαληθεύσουμε;

Ναι, η θεωρία αυτή όντως δίνει καινούργιες μεθόδους και καινούργια μοντέλα τα οποία θα μπορούσαν να επαληθευτούν πειραματικά. Για παράδειγμα μία κλάση ολογραφικών μοντέλων για το αρχέγονο Σύμπαν που ανέπτυξα με τον McFadden κάνει συγκεκριμένες προβλέψεις για τις ιδιότητες της κοσμικής ακτινοβολίας μικροκυμάτων (CMB). Οι μετρήσεις του δορυφόρου Planck που ανακοινώθηκαν προσφάτως ή θα επαληθεύσουν ή θα απορρίψουν αυτά τα μοντέλα και αυτό είναι κάτι που αναλύουμε τώρα. Αν αυτό το μοντέλο επαληθευτεί, αυτό θα αποτελεί την πρώτη πειραματική επιβεβαίωση της ολογραφίας. Βεβαίως στην αντίθετη περίπτωση η απόρριψη αυτών των μοντέλων δεν θα σημαίνει απόρριψη της ιδέας της ολογραφίας. Απλώς θα πρέπει κανείς να εξετάσει διαφορετικά ολογραφικά μοντέλα.

Έχετε κάποια συμβουλή για ένα μαθητή ή μια μαθήτρια που μόλις τελείωσε τις Πανελλήνιες εξετάσεις, και σκοπεύει να δηλώσει ως προτίμηση το Φυσικό;

Η φυσική είναι το κλειδί που ξεκλειδώνει τα μυστικά του κόσμου. Για να μπορέσει κανείς να το χρησιμοποιήσει χρειάζεται σκληρή δουλειά και αφοσίωση.

Πηγή: Ναυτεμπορική

Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου

Άλλα θέματα

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...