Κύματα βαρύτητος: θρίαμβος τῆς γεωμετρικῆς μεθόδου στὴν ἐπιστήμη – Συνέντευξη με τον καθηγητή φυσικής στο Πανεπιστήμιο της Μαγεντίας κ. Νικόλαο Α. Παπαδόπουλο

Aνιχνεύτηκαν τα βαρυτικά κύματα!
Ο Αϊνστάιν είχε απόλυτο δίκιο.
Ένα «νέο παράθυρο στο σύμπαν» ανοίγει η ανίχνευση, για πρώτη φορά, των βαρυτικών κυμάτων, εκατό χρόνια μετά την πρώτη αναφορά στην ύπαρξή τους από τον Αϊνστάιν, στη Θεωρία της Σχετικότητας.
Το Παρατηρητήριο Κυμάτων Βαρύτητας με συμβολόμετρο λέιζερ (LIGO) στις Ηνωμένες Πολιτείες εντόπισε κύματα βαρύτητας για πρώτη φορά. Πρόκειται για την πιο σημαντική αστροφυσική παρατήρηση στην Ιστορία μετά την ανακάλυψη του Κοσμικού Υποβάθρου Μικροκυμάτων.
Τα βαρυτικά κύματα αποτελούν πρόβλεψη της Γενικής Θεωρίας Σχετικότητας του Αϊνστάιν. Σύμφωνα με τον Αϊνστάιν, η βαρύτητα κάμπτει τον χωροχρόνο, και όσο πιο μεγάλη μάζα έχει ένα σώμα, τόσο μεγαλύτερη είναι η βαρυτική επίδρασή του. Όταν μάλιστα κινούνται τεράστια αντικείμενα, δημιουργούν μία ταλάντωση του χωροχρόνου.
Για την ανακάλυψη αυτή, είχαμε την τιμή και την ευκαιρία να ενημερωθούμε αναλυτικά, στην παρακάτω συνέντευξη από τον καθηγητή φυσικής στο Πανεπιστήμιο της Μαγεντίας (Mainz) κ. Νικόλαο Α. Παπαδόπουλο.

Στὴν ἀρχὴ τοῦ ἔτους ἀνακοινώθηκε μὶα πολὺ μεγάλη ἀνακάλυψη στὴν Φυσική. Τὰ κύματα βαρύτητος. Τὶ εἶναι αὐτὸ καὶ τὶ σημᾶσία ἔχει γιὰ μᾶς;
Πράγματι ἡ πειραματικὴ ἐπιβεβαίωσις τῆς ὑπάρξεως κυμάτων βαρύτητος εἶναι μία τεραστία πρόοδος σὲ αὐτὸ ποὺ λέμε ἐπιστήμη. Ἐπιτρέψατέ μου πρὸς στιγμὴν νὰ πάρω τὰ πράγματὰ ἀπό τὴν ἀρχὴ διότὶ δὲν μπορῶ νὰ κρύψω τὸ δέος μου. Ὅπως γνωρίζετε ἡ ἐπιστήμη ξεκίνησε τὸν δρόμο γιὰ τὴν δική τῆς Ἰθάκη ἀπό τὶς ἑλληνικὲς λέξεις καὶ τοῦς προσωκρατὶκοὺς φιλοσόφους. Στὶς 14 Σεπτεμβρίου λοιπὸν τοῦ 2015 τὴν βλέπουμε νὰ μπαίνει σὲ ἕναν νέο πρωτοειδωμένον λιμένα ποὺ λέγεται κύματα βαρύτητος. Αὐτὸ ἀνεκοινώθη στὸ ἐπιστημονικὸ περιοδικὸ‚ Physical Review Letters‘ στὶς 11 Φεβρουαρίου 2016 καὶ μετεδόθη ἀπό πολλὰ μέσα μαζικῆς ἐνημερώσεως ὅπως παραδείγματος χάριν στὴν ‚ ‘Καθημερινή’ τῆς 12-2-2016.
Τώρα στὴν ἐρώτησή σας τὶ εἶναι τὰ κύματα βαρύτητος;
Πρῶτα τὸ τὶ εἶναι κῦμα τὸ βλέπουμε συνεχῶς κάθε φορά ποὺ ρίχνουμε τὸ βλέμμα μᾶς στὸν Ἀμβρακικόν. Ὅταν ἕνα κῦμα ἔρχεται πρὸς τὴν στεριά ἄν προσέξουμε θὰ διαπιστώσουμε ὅτι μία σταγόνα ὕδατος στὰ βαθιὰ μένει στὰ βαθιά καὶ μὶα κοντὰ στὴν ἀκτή μένει στὴν ἀκτή ἐπίσης.Τότε ἕνας φελλὸς μέσα στὴν θάλασσα κοντὰ στὴν ἀκτή ἀνεβοκατεβαίνει ὅπως γνωρίζουμε,διαγράφει δηλαδὴ ταλαντώσεις. Μὲ απλὰ λόγια αὐτὸ ποὺ μεταφέρεται ἀπό τὰ βαθιά πρὸς τὴν ἀκτή εἶναι κατὰ βάθος ἡ ἐνέργεια καὶ ἀυτὴ μετακινεῖ τὸν φελλὸ. Ἔτσι ὅταν παρατηροῦμε τὸν φελλὸ νὰ κινεῖται πάνω κάτω καὶ τίποτὰ ἄλλο ἀπό τὴν θάλασσα νὰ μὴ βλέπουμε, ξέρουμε τώρα ὅτι ἔχουμε κύματα. Αὐτὸ γίνετὰι κατὰ βάθος καὶ ὅταν προσλαμβάνουμε κύματα ποὺ δὲν βλέπουμε, ὅπως τὰ ἠλεκτρομαγητικὰ κύματα, δηλαδὴ τὸ φῶς τὶς ἀκτῖνες Χ, τὶς ἀκτῖνες λέιζερ, τὶς ἀκτῖνες γ καὶ κ.λ.π.
Τὰ κύματα βαρύτητος εἶναι σχεδὸν πανομοιότυπα μὲ τὰ ἠλεκτρομαγνητικὰ κύματα, ἀλλὰ ὅμως μὲ δὺο σημαντικότατες διαφορές.
Τὰ ἠλεκτρομαγνητικὰ κύματα παράγονται πολὺ δύσκολα, χρειάζονται τεχνικά μέσα ποὺ γιὰ πρώτην φοράν κατεσκευάστηκαν περίπου πρὶν 150 χρόνια ἀπό σήμερα. Προσλαμβάνονται ὅμως πολὺ εὔκολα π.χ. ἀπό τοὺς ὀφθαλμούς μας, ἀλλὰ καὶ ἀπό τὰ ράδια καὶ τὶς τηλεοράσεις ποὺ διαθέτουμε. Τὰ κύματα τῆς βαρύτητος ποὺ, ὅπως γνωρίζουμε σήμερα ἀπό τὴν ἄνωθεν ἀνακοίνωσιν, ὑπάρχουν, εἶναι ἀποδεδειγμένα ὑπαρκτά πλέον. Τὰ κύματα τῆς βαρύτητος παράγονται καὶ ἐκπέμπονται π.χ. ἀπό κάθε μικρὸ παιδὶ σὲ κάθε κίνηση τοῦ χεριοῦ του!
Ἡ δευτέρα μεγάλη διαφορά εἶναι ὅτι τὰ κύματα βαρύτητος ποὺ παράγονται πραγματικἀ ἀπό τὴν κίνησιν κάθε σώματος εἶναι τρομερά ἀσθενέστερα ἀπό ὅ, τι τὰ ἠλεκτρομαγνητικὰ κύματα. Τὸ πόσον ἀσθενέστερα εἶναι, χωρίς νὰ εἶναι μηδενικά, εἶναι ἀσύλληπτο γιὰ κάθε ἀνθρώπινον νοῦν. Αὐτὸ μποροῦμε ἐντούτοις νὰ τὸ ἐκφράσουμε μὲ ἀριθμούς ὡς ἑξῆς: Ἄν θεωρήσουμε τὴν ἰσχὺν ἑνός ἠλεκτρομαγνητικοῦ κύματος μὲ τὸν αριθμόν 10, τότε ἰσχύς ἑνός παρομοίου κύματος βαρύτητος εἶναι ὁ ἀριθμὸς 0,00…1 (35 μηδενικά)!
Αὐτὸ ἦτο γνωστὸν ἀπό τὴν ἀρχὴ τῆς θεωρίας τῆς βαρύτητος γενομένης πρὶν ἀπό 100 περίπου ἔτη ἀπό τὸν Ἀϊνστάιν μὲ τὸ γνωστὸ ὄνομα Γενικὴ Θεωρία τῆς Σχετικότητος. Ὁ δὲ Ἀϊνστάιν πίστευε καὶ εἶπε ὅτι ἡ ανθρωπότης ποτέ δὲν πρόκειτὰι νὰ μετρήσει τέτοια κύματα. Ὡς γνωρίζουμε σήμερα ἰδού: “Τὰ ἀδύνατα παρὰ τοῖς ἀνθρώποις δυνατά παρὰ τῶ Θεῷ“!
Ὑπάρχουν ὅμως καὶ οἱ δὺο κοινὲς χαρακτηριστικὲς ἰδιότητες ποὺ προβλέπονται ἀπό τὶς ἀντίστοιχες θεωρίες ἠλεκτρομαγνητισμοῦ καὶ βαρύτητος.
Καὶ τὰ δὺο αὐτά εἴδη κύματος μεταδίδονται στὸ κενό καὶ οὐδὲν χρειάζονται ὑλικὸν μέσον, ὅπως π.χ. τὰ κύματα τῆς θαλάσσης, τὸ ὕδωρ ἡ τὰ κύματα τῆς ακοἦς τὸν ἀέρα. Ὡς γνωστὸν οἱ ἀκτῖνες φωτὸς μᾶς ἔρχοντὰι ἀπό τὸν ἥλιο μέσῳ τοῦ διαστήματος. Ἐδῶ πρέπει νὰ σημειώσουμε ὅτι δὲν εἶναι καθόλου εὔκολο νὰ κατανοήσουμε τὸ γεγονὸς αὐτὸ. Ἡ ἐπιστήμη χρειάστηκε τουλάχιστον γύρω στὰ 30 χρόνια γιὰ νὰ κατανοήσει ὅτι τὸ φῶς δὲν χρειάζετὰι ἀπολὺτως κανένα ὑλικό μέσον γιὰ τὴν μετάδοσίν τοῦ. Ἡ δευτέρα κοινὴ ἰδιότης εἶναι ὅτι καὶ τὰ κύματα βαρύτητος μεταδίδονται καὶ αὐτά μὲ τὴν τὰχύτητὰ τοῦ φωτός.

Ἀλλὰ πῶς ἔγινε δυνατόν νὰ ξεπεραστεί τὸ χάσμα τῆς διαφορὰς σὲ ἰσχὺ μετὰξύ τοῦ ἠλεκτρομαγνητισμοῦ καὶ τῆς βαρύτητος;
Ἐδῶ πρέπει νὰ λάβουμε πρώτα ὑπ’ ὄψιν μᾶς ὅτι ὁ ἄνωθεν σχεδὸν ἀπείρως μικρός ἀριθμὸς 0,000…01 ἀναφέρεται σὲ γήινα φαινόμενα, ὅπως εἶναι φυσικόν διότι αὐτὰ ἔχουν γιὰ μᾶς κατ’ ἀρχὴν πρακτικήν ἐφαρμογήν.
Δὺο εἶναι οἱ λόγοι ποὺ κατέστησαν τελικὰ τὴν μέτρησιν τῶν κυμάτων βαρύτητος δυνατή. Πρῶτον ἡ πολὺ μεγάλη τεχνολογική πρόοδος τῶν τελευταίων ἐτών καὶ δεύτερον μᾶς βοήθησε καὶ ἡ ἴδια ἡ φύσις, ἡ γενναιοδωρία τῆς φύσεως ὅπως θὰ δοῦμε. Ὑπάρχουν στὸ σύμπαν ἀντικείμενα μὲ τόσο γιγάντιες μάζες καὶ τέτοιες κινήσεις ὥστε νὰ δημιουργοῦν τέτοια κύματα ποὺ νὰ φτάνουν σὲ ἐμᾶς ἐδῶ στὴν γῆν πολλὰ πολλὰ μεγέθη πιὸ ἰσχυρά ἀπό τὰ ἀναμενόμενα γήινα. Οἱ δὺο αὐτὲς συγκυρίες, ἡ τεχνολογία καὶ ἡ γενναιοδωρία τῆς φύσεως ἦταν εκεῖνες ποὺ ἐπέτρεψαν νὰ ξεπεραστῆ τὸ χάσμα, ἄν θέλετε ἡ καθεμία ἀπό μισό. Πρὶν ἀπό 30 ἔτη κανένα ἀπό τὰ δὺο αὐτά ἐνδεχόμενα δὲν ἦτο δυνατὸν νὰ εἶχε προβλεφθεῖ.

Ἔτσι λοιπὸν φτάνουμε,ἁπλοποιώντας τὰ πράγματα σημαντικά, χωρὶς ὅμως νὰ κάνουμε σοβαρὸ λάθος, στὶς 14 Σεπτεμβρίου 2015 ὅπου τὰ κύματα βαρύτητος ἔθεσαν, γιὰ πολὺ λίγο χρονικὸ διάστημα, ἀντί ἑνός φελλοῦ βεβαίως ὅπως στὸ θαλασσινὸ παράδειγμα ἄνω, ἕναν καθρέφτην σὲ παλμικὲς κινήσεις. Πιὸ σωστὰ καὶ πιὸ ρεαλιστικὰ στὸ πραγματικὸ πείραμα, εἶναι νὰ ποῦμε ὅτι ἐκεῖνο ποὺ μετρᾶμε εἶναι ἡ μεταβολὴ τῆς ἀποστάσεως δὺο κατόπτρων ποὺ ἀπέχουν μετὰξύ τους 4 km. Τὸ μέγεθος αὐτῶν τῶν μετατοπίσεων εἶναι σὲ δραστικὴν ἀπλοποίησιν τῆς τάξεως τῆς διαμέτρου τοῦ πυρῆνος ἑνὸς ἀπλοῦ ἀτόμου. Ειναι δηλαδὴ πολὺ πολὺ μικρότερο ἀπό τὴν διάμετρο καὶ τοῦ μικροτέρου ἀτόμου. Ἀυτὴ ἡ ακρίβεια ἐπιτυγχάνεται μὲ τὴν βοήθειαν ἀκτίνων λέιζερ στὸ κενό. Ἀντιλαμβάνεται κανείς τὸ μέγεθος τῆς ἀκριβείας καὶ τῆς ἐπιτυχίας. Πάνω ἀπό 800 τεχνικοὶ καὶ ἐπιστήμονες ἀπό ὄλον τὸν κόσμο ἐργάστηκαν γι’ αὐτὸ τὰ τελευταῖα 22 ἔτη.

Δὲν ἀμφιβάλλω ὅτι ἄν ὄχι τὸν προσεχῆ Οκτῶβριο σίγουρα ὄμως τὰ ἐπόμενα ἔτη θὰ τοὺς ὰπονεμηθῆ τὸ βραβεῖο Nobel. Οἱ μετρήσεις αὐτὲς ἔγιναν σὲ δὺο διαφορετικὰ ἐργαστήρια στὶς Ἠνωμένες Πολιτεῖες ποὺ ἀπέχουν μεταξύ τους 3000 km μὲ ἀκριβῶς τὰ ἴδια ἀποτελέσματὰ.

Μέχρι τώρα συνομιλούσαμε γιὰ τὴν μέτρηση. Ποιὸ ὅμως εἶναι πιὸ συγκεκριμένα τὸ φαινόμενο κάθε αυτὸ ποὺ οδήγησε στὰ κύματα αὐτά;

Ὅπως ἀπορρέει ἀπό τὴν ὑπάρχουσαν θεωρία τῆς βαρύτητος (ΓΘΣ) συνάμα μὲ τὴν μορφήν καὶ τὴν δομὴν τῶν παρατηρηθέντων στὰ δὺο ἐργαστήρια ταλαντώσεων προκύπτει ὅτι τὰ κύματα αὐτά τῆς βαρύτητος προέρχοντὰι ἀπό τὴν κίνησιν δὺο τεραστὶων ἀστέρων στὸ βάθος τοῦ σύμπαντος. Πρόκειται γιὰ δὺο μελανὲς ὀπές, μαύρες τρύπες, μὲ μάζες περίπου 30 καὶ 35 φορές μεγαλύτερες ἀπό την μάζα τοῦ δικοῦ μᾶς ἡλίου ἀντιστοίχως. Χαρακτηριστὶκὸ μιᾶς μελανής ὀπῆς εἶναι ὅτι ὁλόκληρη ἡ μάζα της συγκεντρώνεται σὲ μία ἀκτίνα μόνο μερικῶν χιλιομέτρων. Ὁ ἥλιος π.χ. ἄν ἐγίνε το μελανἠ ὀπὴ θὰ εἶχε ἀκτίνα 3km, ἄν ἡ γῆ ἐγίνετο μελανὴ ὀπὴ θὰ εἶχε ἀκτίνα 1cm. Οἱ δὺο αὐτὲς μελανὲς ὀπὲς στὸ βάθος τοῦ σύμπαντος ποὺ μᾶς ἔστειλαν τὰ κύματα βαρύτητος εἶχαν ἀκτῖνες τῆς τάξεως τῆς ἀποστάσεως Ἀμφιλοχίας – Πατρῶν.
Ἡ ἐκπομπή τῶν κυμάτων, δηλαδὴ ἡ ἀκτινοβολία βαρύτητος ἄρχισε νὰ γίνεται ἰσχυρὴ ὅταν τὰ δὺο αὐτά τεράστια σώματα πλησίασαν τὸ ἕνα τὸ ἄλλο καὶ ἄρχισαν νὰ περιστρέφονται ὅλο καὶ μὲ μεγαλυτέραν ταχύτητὰ μεταξύ των καὶ σὲ κλάσματα τοῦ δευτερολέπτοῦ συγχωνεύθηκαν κι ἔγιναν μία μεγάλη τεραστία μελανὴ ὀπὴ καὶ ἔτσι σταμάτησε μετὰ κάθε εἶδος ἐπικοινωνίας τους μὲ τὸν ἔξω κόσμον. Αὐτὸ ήτὰν!
Στὰ λίγα αὐτά κλάσματα τοῦ δευτερολέπτου ἐξετοξεύθη τόση τρομερά γιγαντιαία ἐνέργεια ποὺ ἀντὶστοιχεῖ στὴν ἐξαύλωσιν τῆς μάζης τριών ἡλίων σὰν τοῦ δικοῦ μας. Εἶναι ἀκριβῶς ἀυτὴ ἡ μεγάλη ἐνέργεια ποὺ ἐπιτρέπει τόσο ἰσχυρά κύματα βαρύτητος ὥστε νὰ μπορέσουν νὰ μετρηθοῦν στὰ ἐργαστήριά μας ἐδῶ στὴν γῆν σήμερα. Εἶναι αὐτὸ ποὺ ἀνέφερα προηγουμένως ὁ δεύτερος λόγος, ἡ γενναιοδωρία τῆς φύσεως, ποὺ ἐπιτρέπει τὴν μέτρησιν καὶ ὡς ἐκτούτου τὴν ἐπαλήθευσιν καὶ επιβεβαίωσιν τῆς ὑπάρξεως τῶν κυμάτων βαρύτητος. Μέχρι τὸ τέλος Ἰουλίου εἶχαν ἀνακοινωθεῖ δὺο ἀκόμη παρόμοιες μετρήσεις κυμάτων βαρύτητος, ἡ μία στὸ τέλος τοῦ Δεκεμβρίου καὶ ἡ ἄλλη στὶς ἀρχὲς τοῦ 2016, φυσικά μὲ κάπως διαφορετὶκά επιμέρους στοιχεία (Συνδιάσκεψη „The Dark Side of the Universe 2016“, Bergen, Νορβηγία).
Όλα αὐτά ποὺ λέμε τώρα λέγονται βέβαια εὔκολα, ἀλλὰ, προϋποθέτοῦν ὅμως καὶ ἀνταποκρίνονται σὲ πολὺ ὑψηλοῦ ἐπιπέδου μαθηματικές καὶ ἰδιαίτερα γεωμετρικὲς δομὲς ποὺ χρειάζονται πολλὰ ἔτη προετοιμασίας καὶ σπουδῶν.

Ἔτσι στοῦς φοιτητὲς τῆς Φυσικῆς στὰ περισσότερα πανεπιστήμια διδάσκονται κυρίως σὲ μετὰπτυχιακὸ ἐπίπεδο καὶ συνήθως σὲ πολὺ μικρὸν ἀριθμόν ὲνδιαφερομένων. Ὅπως διαπιστώνουμε τὰ ἀρχικὰ αὐτά πειραματικὰ δεδομένα χρειάστηκαν μερικοὺς μῆνες ἀπό τὸν Σεπτέμβριον μέχρι τὸν Φεβρουάριον γιὰ νὰ μπορέσουν νὰ ἐρμηνευτοῦν σωστὰ καὶ νὰ πάρουν τὸν δρόμον τῆς τελικῆς δημοσιεύσεως. Πιστεύω ὅτι τὰ ἐπόμενα χρόνια πολὺ μεγαλύτερος ἀριθμὸς φοιτητῶν καὶ ἐρευνητῶν ἀσχοληθεῖ μὲ τὸ πεδίον αὐτὸ τῆς Φυσικῆς καὶ Άστροφυσικῆς.

Ἐδῶ πρέπει νὰ σημειώσω ὅτι τὸ φαινόμενον αὐτὸ τῆς συγχωνεύσεως τῶν δύο τεραστίων μελανῶν ὀπῶν ἔλαβε χώραν περίπου πρὶν 1.3 δισεκατομμύρια ἔτη. Αὐτὸ εἶναι περίπου τὸ 1/10 τοῦ χρόνου ἀπό γεννέσεως κόσμου (Μεγάλη Ἔκρηξις, Big Bang) μέχρι σήμερα, φυσικὰ μὲ τὰ σημερινὰ δεδομένα τῆς ἐπιστήμης.

Τὶ σημασία ἔχουν ὄλα αὐτά γιὰ μᾶς σήμερα;

Στὸν πρωτοειδωμένον αὐτόν λιμένα ποὺ φτάσαμε ἔχει πράγματι ἕνα σωρὸ‚ “κεχριμπάρια καὶ ἐβένους νὰ ἀποκτήσουμε” ποὺ ἀφοροῦν τὴν ἐπιστήμην, τὴν φυσικήν, τὴν ἀστροφυσικήν, τὴν τεχνολογίαν, ἀλλὰ καὶ τὸν ἴδιο τρόπο τῆς σκέψεως ἀπέναντι στὸν κόσμον γύρω μᾶς καὶ μακριά στὰ βάθη τοῦ σύμπαντος.
Γιὰ τὴν τεχνολογίαν ἐδῶ τὰ κεχριμπάρια εἶναι ὁρατὰ καὶ πρόσβατα γιὰ αὐτὸ ἀναφέρομαι μονάχα στὸ κατὰσκευασθὲν κενό τῶν 4 km ποὺ ἔσπασε παγκόσμιο ρεκόρ στὸ εἶδος του καὶ στὴν πρωτοφανῆ τεχνολογίαν ἀποφυγῆς τῆς ἐπιρροῆς τῶν σεισμῶν κατὰ τὴν γενομένην μέτρησιν. Αὐτά ἔχουν ἄμεσην συνέπειαν στὴν υψηλὴν τεχνολογίαν καὶ θὰ βρίσκει πάντὰ τὴν δέουσαν ἀναγνώρισιν.

Ἐδῶ ὅμως ἀξίζει τὸν κόπο νὰ ἀναφερθοῦμε κυρίως στὸ καθαρά ἐπιστημονικὸν πεδίον ποὺ γίνεται συνήθως πολὺ λιγότερον γνωστό στὸ εὐρὺ κοινόν γιὰ λόγους ευνοήτους βέβαια.

῾Υπάρχουν μέχρι τώρα τέσσερεις γνωστὲς θεμελιώδεις δυνάμεις (ἀλληλεπιδράσεις). Ἠλεκτρομαγνητισμός καὶ Βαρύτης ἀνήκουν σὲ αὐτὲς τὶς θεμελιώδεις ἀλληλεπιδράσεις. Εἶναι ἰδιαίτερα σημαντικὸ ὅτι καὶ οἱ τέσσερεις θεμελιώδεις ἀλληλεπιδράσεις ποὺ γνωρίζουμε, εἶναι γεωμετρικῆς φύσεως, μὲ τὴν πιὸ γενικὴ ἔννοιαν τοῦ ὄρου. Ἐξ αὐτών μόνο ἡ Βαρύτης (ΓΘΣ) εἶναι καθεαυτοῦ γεωμερικὴ θεωρία διότι μόνο ἀυτὴ ἀναφέρεται μέσα στὸν χῶρον καὶ χρόνον ποὺ ζούμε, ἐνῶ ὄλες οἱ ἄλλες χρησιμοποιοῦν ἕναν εσωτερικὸν χώρον ποὺ δὲν μᾶς εἶναι πρόσβατος. Τὴν γεωμετρικὴν δομὴν τῆς βαρύτητος ποὺ ἐμπεριέχετὰι στὴν μετρικὴν τὴν συναντᾶμε πρῶτα στὴν Εὐκλείδειον Γεωμετρίαν. Ἔτσι ἡ ΓΘΣ μπορεί νὰ θεωρηθή ὡς ἄμεσος γενίκευσις τῆς Εὐκλεδείου Γεωμετρίας καὶ μάλιστὰ πρὸς δὺο κατευθύνσεις. Ἡ πρώτη γίνεται πολὺ ἀπλὰ μὲ τὸ νὰ συμπεριλαμβάνει καὶ τὸν χρόνον στὸν γνωστόν μᾶς τρισδιάστατον χώρον. Εἶναι αὐτὸ ποὺ ὀνομάζουμε χωροχρόνον καὶ ἔχει τέσσερεις διαστάσεις.

Ἡ δευτέρα γενίκευσις πηγαίνει πολὺ πιὸ βαθιὰ καὶ ἀφορᾶ τὴν μετρικὴ ποὺ εἶναι κύριο χαρακτηριστικὸ τῆς Εὐκλειδείου Γεωμετρίας. Ἡ μετρικὴ μᾶς ἐπιτρέπει νὰ ὁρίσουμε ποιὰ εἶναι ἡ ἀπόστασις μεταξύ δὺο σημείων τοῦ κάθε χώρου ποὺ μπορεί νὰ εἶναι στὸ ἐπίκεντρο τοῦ ἐνδιαφέροντός μας. Στὴν Εὐκλείδειαν Γεωμετρίαν ἡ μετρική εἶναι κατ’ ἀρχὴν δεδομένη καὶ δὲν ἐξαρτᾶται ἀπό κανένα ἀντικείμενον τοῦ φυσικοῦ κόσμου. Εἶναι ἕνα καθαρά μαθηματικὸ μέγεθος καὶ ἔχει ἕναν κυρίως ἀπόλυτον χαρακτῆρα. Στὴν θεωρία τῆς Βαρύτητος ἡ μετρικὴ εἶναι ἕνα μέγεθος τοῦ φυσικοῦ κόσμου καὶ ὡς ἐκ τούτου ἐξαρτᾶται ἀπό τὴν ὔλην δηλαδὴ τὴν μὰζα καὶ τὴν ἐνέργειαν τοῦ συστήματος. ῾Υπόκειται ὡς ἐκ τούτοῦ στὸν ἔλεγχον πειραματικῶν δεδομένων.

Ἔτσι μὲ ἀπλὰ λόγια, μποροῦμε νὰ ποῦμε ὅτι εἶναι οἱ νόμοι τῆς Φυσικής ἐκεῖνοι ποὺ ὁρίζουν τὴν γεωμετρίαν. Αὐτὸ εἶναι ἄκρως σημαντὶκόν καὶ ἡ ἀνθρωπότης χρειάστηκε τουλάχιστον 2000 χρόνια γιὰ νὰ τὸ καταλάβη αὐτὸ. Μεγάλοι μαθηματικοί ὅπως ὁ Γκάους καὶ ὁ Ρίμαν τὸν 19ον αἰῶνα εἶχαν ἤδη τὴν ὑποψία ὅτι ἡ Φυσική εἶναι εκείνη ποὺ ὁρίζει τὴν γεωμετρίαν. Ἀλλὰτὴν τελικὴν απάντησιν ὅτι ἔτσι εἶναι τὴν ἔδωσε ὁ Ἀϊνστάϊν μὲ τὴν διατύπωσιν τῆς ΓΘΣ τὸ 1915. Ἡ συνέπεια αὐτῆς τῆς θεωρίας εἶναι ὅπως εἴδαμε τὰ κύματα τῆς βαρύτητος ποὺ πρὶν ἀπό ἕνα ἔτος ἀπεδείχθη πειραματικὰ ἡ ὕπαρξις τους. Αὐτὸ εἶναι, μποροῦμε νὰ τὸ ποῦμε καὶ πειραματικῶς, ἡ τελικὴ ἀπάντησις.

Αὐτὸ εἶναι βέβαια καὶ θρίαμβος τῆς γεωμετρικῆς μεθόδου. Ἔχοντας μπροστά μας τὴν εξέλιξιν τῆς ἐπιστήμης ἀπό τὰ πρῶτα βήματά της, δὲν μπορεῖ παρὰ νὰ συνδέεται αὐτὸ μὲ τὸ ἔμβλημα εκεῖνο στὴν Ἀκαδημία τοῦ Πλάτωνος: „ Οὐδεὶς ἀγεωμέτρητος εἰσίτω“.

Συνδέεται ἐπίσης προπάντων καὶ μὲ τὸ ὄνομα τοῦ Εὐκλείδη ποὺ ὥρισεν τὶ εἶναι γεωμετρία.

Ὅμως γιὰ τὸ σύμπαν τὶ συμπεράσματα μποροῦν νὰ βγοῦν ἀφοῦ τὸ φαινόμενο αὐτὸ ἀφορᾶ τέτοια τρομερὰ συμβάντα στὸ βάθος τοῦ σύμπαντος;

Σίγουρα τὰ περισσότερα ἀποτελέσματα ἀφοροῦν τὴν Φυσικήν καὶ Κοσμολογίαν. Μποροῦμε νὰ ποῦμε ὅτι ἀνοίγεται ἕνα νέο παράθυρο στὴν παρατήρησιν τοῦ σύμπαντος. Ἴσως δὲν εἶναι ὑπερβολικὸ νὰ τὸ συγκρίνουμε μὲ τὴν κατασκευὴν τοῦ πρώτου ἀποτελεσματικοῦ τηλεσκπίου πρὶν περίπου 300 ἔτη. Ὁ Γαλιλαῖος εἶχε χρησιμοποιήσει ἔνα τέτοιο τηλεσκόπιο καὶ παρετήρησε τὴν περιφοράν ἐνός δορυφόρου γύρω ἀπό ἕναν πλανήτην τοῦ ἡλιακοῦ μας συστήματος καὶ συνεπέρανε ὅτι αὐτὸ ἦτο ἡ τελικὴ ἀπὸδείξις ὅτι καὶ ἡ γῆ περὶ τὸν ἤλιον περιστρέφεται καὶ όχι ὁ ἤλιος περὶ τὴν γῆν. Αὐτὸ ὡς γνωστὸν εἶχε ἀπορρίψει ἡ Ιερά Εξέτασις καὶ εἶχε ἀρνηθεῖ νὰ κοιτάξη τὸν κόσμον μὲ τό τηλεσκόπιον τοῦ Γαλιλαῖου.

Σήμερον μὲ τὴν ἀποστολήν τεχνητῶν δορυφόρων πολὺ ψηλὰ στὰ ἔξω στρώματα τῆς ἀτμοσφαίρας ἔχουμε τὴν δυνατότητα νὰ παρατηρήσουμε πολὺ πιὸ καθαρὰ τὰ φαινόμενα ὄχι μόνο κοντὰ στὸ δικὸ μας πλανητικό σύστημα καὶ γαλαξία, ἀλλὰ πολὺ πιὸ μακριὰ βαθιὰ σὲ ἀπομακρυσμένους γαλαξίες.

Ἔτσι ἔχει συσσωρευθεῖ κυρίως τὶς τελευταῖες δὺο δεκαετίες ἕνας πολὺ μεγάλος ὄγκος πειραματικῶν δεδομένων καὶ πληροφοριῶν. Βρισκόμαστε ὅμως ἀπροσδόκητα σὲ μὶα ἀρκετά παράδοξον κατάστασην. Ὅσο πιὸ πολὺ συσσωρεύεται ὁ ὄγκος πληροφοριῶν, τόσο λιγότερο μέρος τοῦ σύμπαντος μποροῦμε νὰ κατανοήσουμε. Ἐνῶ ἡ ΓΘΣ ἐπιτρέπει νὰ σπουδάσουμε συστηματὶκὰ τὰ φαινόμενα τοῦ σύμπαντος ἐξ ὁλοκλήρου (πρᾶγμα ποὺ ἡ θεωρία τοῦ Νεύτονος εἶναι τελείως ἀκατάλληλη γιὰ αὐτὸ), ἔχουμε φτάσει σήμερον στὸ σημεῖον νὰ κατὰνοοῦμε ὅλο καὶ λιγότερα μέρη τοῦ σύμπαντος. Ἔτσι καὶ ἐπιστρατεύοντας τὶς θεωρίες τοῦ ἠλεκτρομαγνητισμοῦ, τῆς βαρύτητος καὶ τῶν δύο ὑπολοίπων θεμελιωδῶν ἀλληλεπιδράεων ποὺ διαθέτουμε, μποροῦμε νὰ κατανοήσουμε μόνο ἕνα πολὺ μικρὸ μέρος τοῦ σύμπαντος. Μὲ άλλα λόγιά, ἀυτὸς ὁ θαυμάσιος κόσμος τῶν ἀστέρων ποὺ παρατηροῦμε καὶ θαυμάζουμε τὶς ξάστερες νύχτες ἀντιπροσωπεύει μόνο 3 τοῖς ἐκατόν τοῦ ὑπάρχοντος σύμπαντος.

Τὸ τεράστιο πρόβλημα ποὺ ἀνοίγεται μπροστά μας ἔχει ἕνα ὄνομα. Ἀποτελείται ἀπό δύο σκέλη καὶ λέγεται σκοτεινὴ ὕλη καὶ σκοτεινὴ ἐνέργεια. Γιὰ τὴν σκοτεινήν ὕλη τουλάχιστον τὰ κύματα βαρύτητος ἀποτελοῦν μὶα πολὺ ἀρμόζουσα μοναδικὴ καὶ μέχρι τώρα ἀδιανόητη δυνατότητα παρατηρήσεων. Ὑπάρχει δικαὶολογημένη ἐλπὶς ὅτιστὸ μέλλον μπορεῖ νὰ σημειωθεῖ μὲ τὸν τρόπον αὐτὸν σημαντικὴ πρόοδος κατανοήσεως ἑνός πολὺ πιὸ μεγαλυτέρου μέρους τοῦ σύμπαντος ἀπό ὅ,τι σήμερον.
Ὅπως βλέπουμε, τὸ ταξίδι στὸν πηγαιμό γιὰ τὴν Ἰθάκη συνεχίζεται, καὶ μὲ τὰ κύματα βαρύτητος…

Η συνέντευξη δόθηκε στην εφημερίδα “Μ” την Πέμπτη 29 Σεπτεμβρίου 2016 Ακολουθήστε το e-maistros.gr στο Google News και μάθετε πρώτοι όλες τις ειδήσεις