Η αιώρηση ενός σωματιδίου διοξειδίου του πυριτίου (κόκκος άμμου) με τη βοήθεια ακτίνων λέιζερ είναι ένα πρώτο βήμα στην κατεύθυνση να γίνουν εφικτά εργαστηριακά πειράματα που θα μελετήσουν τη βαρύτητα στη μικροσκοπική κλίμακα |
Τώρα ορισμένοι φυσικοί, όπως ο Μάρκους Ασπελμάγιερ του Πανεπιστημίου της Βιέννης, θέλουν να κάνουν ένα νέο βαρυτικό πείραμα πολύ μικρότερου μεγέθους, πάνω στον πάγκο ενός εργαστηρίου. Σκοπός τους είναι να δώσουν απάντηση σε ένα θεμελιώδες ερώτημα της σύγχρονης Φυσικής: Μπορεί να συμβιβαστεί η γενική θεωρία της σχετικότητας (η σύγχρονη θεωρία της βαρύτητας) με την κβαντομηχανική; Από τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις (πεδία), η βαρύτητα είναι η μόνη που δεν μπορεί να περιγραφεί από τους νόμους της κβαντικής μηχανικής, της θεωρίας που περιγράφει τη συμπεριφορά της ύλης στο υποατομικό επίπεδο. Ο ηλεκτρομαγνητισμός, η ισχυρή πυρηνική δύναμη που συγκρατεί τα σωματίδια των πυρήνων των ατόμων και η ασθενής πυρηνική δύναμη που προκαλεί τη ραδιενεργό μεταστοιχείωση, είναι κβαντικά πεδία (έχουν σωματίδια που μεταφέρουν τη δράση τους). Η βαρύτητα παραμένει έως τώρα κάτι τελείως διαφορετικό. Ούτε ο Αϊνστάιν μπόρεσε να ανακαλύψει μια ενοποιημένη θεωρία, ούτε κανείς άλλος μετά απ' αυτόν.
Επιστήμονες προσπαθούν να μετρήσουν τα βαρυτικά πεδία δύο σφαιρών από χρυσό, διαμέτρου ενός χιλιοστού, ώστε να μελετήσουν τη βαρύτητα πιο κοντά στο κβαντικό βασίλειο |
Δυστυχώς για τους επιστήμονες, δεν υπάρχει τρόπος να παρατηρηθούν φαινόμενα στην κλίμακα Πλανκ και έτσι δεν υπάρχει τρόπος για να ελεγχθούν οι προβλέψεις διαφόρων θεωριών για την κβαντική βαρύτητα, ώστε να διαπιστωθεί ποια είναι εκείνη που συμφωνεί περισσότερο με την πραγματικότητα (εφόσον είναι κβαντισμένη η βαρύτητα). Στη Φυσική, όσο υψηλότερη είναι η κλίμακα Ενέργειας, τόσο μικρότερη είναι η απόσταση που μπορείς να μελετήσεις. Για τη μελέτη της κλίμακας Πλανκ θα χρειαζόταν μια μηχανή 1.000.000.000.000.000 φορές μεγαλύτερη από τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) του CERN, τον μεγαλύτερο που έχει κατασκευαστεί ποτέ, με διάμετρο 27 χιλιομέτρων. Ενας τέτοιος επιταχυντής θα είχε διάμετρο περίπου ίση με αυτή του Γαλαξία! Μηχανές όπως ο LHC προκαλούν τη σύγκρουση σωματιδίων με ταχύτητες που πλησιάζουν την ταχύτητα του φωτός, ώστε οι επιστήμονες να παρατηρήσουν τα συντρίμμια με την ελπίδα να εντοπίσουν κάτι καινούριο. Είναι σαν να ανατινάζεις ένα χρηματοκιβώτιο για να δεις τι έχει μέσα. Μια άλλη τακτική είναι να ακούς τα κλικ της κλειδαριάς για να ανοίξεις το χρηματοκιβώτιο. Αυτήν την προσέγγιση ακολουθεί η πρόταση του Ασπελμάγιερ και άλλων: Να ανταλλάξουν τις υψηλές Ενέργειες με πολύ υψηλότερη ακρίβεια της πειραματικής διάταξης. Αν μπορείς να μετρήσεις κάτι πολύ πολύ καλά, τότε μπορείς να δεις τι συμβαίνει μέσα στην ύλη σε πολύ υψηλή ενεργειακή κλίμακα.
Θάλαμος κενού απομονώνει τις μικροσκοπικές μελετώμενες μάζες από εξωτερικές επιδράσεις, ώστε να μπορέσει να μετρηθεί με μεγάλη ακρίβεια το βαρυτικό τους πεδίο |
Παρότι οι επιταχυντές σωματιδίων δεν μπορούν να αναβαθμιστούν κατά εκατομμύρια φορές, η ακρίβεια των εργαστηριακών πειραμάτων ενδέχεται να το πετύχει στο πέρασμα των επόμενων δεκαετιών. Ισως, όμως, ποτέ να μη φτάσει το απαραίτητο επίπεδο. Ισως πάλι η βαρύτητα να συνδέεται με τον μικρόκοσμο με τρόπο διαφορετικό από αυτόν που περιγράφει η κβαντομηχανική. Σε ένα επίπεδο οργάνωσης της ύλης ακόμη πιο βαθύ από εκείνο των υποατομικών σωματιδίων, ίσως υπάρχει τόσο η εξήγηση των παράξενων φυσικών νόμων της κβαντομηχανικής, αλλά και η εξήγηση της βαρύτητας. Τότε θα πρέπει να τροποποιηθεί η κβαντομηχανική για να γίνει συμβατή με τη γενική σχετικότητα, αντί να προσπαθούμε να χωρέσουμε τη βαρύτητα στην κβαντική θεωρία, όπως αυτή είναι διατυπωμένη σήμερα.