ΥΠΟΘΕΣΕΙΣ
±E = mc
2
R(s) = 2GE/c
4
ΓΔ ≥ 0 Μια διαφορετική ματιά σε παλιά και σύγχρονα ζέκαηα ηεο Θεσξεηηθήο Φπζηθήο
ΜΑΝΩΛΗ Ι. ΤΚΑΚΗ ΝΟΕΜΒΡΙΟ 2014 ΝΕΑΠΟΛΗ ΚΡΗΣΗ
Λύνονσαρ σην εξίςψςη σοτ Αωνςσάιν E = mc2 ψρ ππορ m, οδηγούμαςσε ςση μοπυή m = E/c2. Όμψρ, σο Ε δηλαδή η ενέπγεια αλλά και σο c δηλαδή η σαφύσησα σοτ υψσόρ ςσο κενό, είναι κτμασικά μεγέθη και μάλιςσα σο δεύσεπο αυοπά αποκλειςσικά ΗΜ κύμασα. - Πψρ γίνεσαι, όμψρ, μεγέθη ποτ αυοπούν ΗΜ κύμασα να καθοπίζοτν ση μάζα ενόρ τλικού ςψμασιδίοτ αν σο ςψμασίδιο ατσό δεν αποσελείσαι από ΗΜ κύμασα; - Αλλά σόσε πψρ γίνεσαι, εάν σα ςψμασίδια αποσελούνσαι από ΗΜ κύμασα σα οποία έφοτν αποκλειςσικά σαφύσησα c, να μποπούν να παπαμείνοτν ακίνησα; Τα παπαπάνψ επψσήμασα είναι εξαιπεσικά απλά, αλλά οι απανσήςειρ σοτρ ςτγκλονιςσικέρ. Πιςσεύψ όσι ο Άνθπψπορ δεν θα ςσαμασήςει ποσέ να ενδιαυέπεσαι για σο πώρ ππαγμασικά λεισοτπγεί η Φύςη. Ελπίζψ σο πεπιεφόμενο σοτ παπόνσορ να ςαρ ανσαμείχει για σον κόπο ποτ θα κασαβάλεσε διαβάζονσάρ σο
Μανώληρ Στςκάκηρ
3
ΠΗΝΑΚΑ ΠΔΡΗΔΥΟΜΔΝΩΝ
ΔΗΑΓΩΓΗΚΟ ΖΜΔΗΩΜΑ
ζει 5
ΒΑΗΚΔ ΘΔΩΡΖΣΗΚΔ ΤΠΟΘΔΔΗ
ζει 7
ΔΝΓΔΗΞΔΗ – ΑΠΟΓΔΗΞΔΗ
ζει. 20
ΥΩΡΟΥΡΟΝΗΚΔ ΚΟΤΛΖΚΟΣΡΤΠΔ
ζει 26
ΠΑΡΑΒΗΑΖ ΣΖ ΤΜΜΔΣΡΗΑ Σ ΚΑΗ ΓΖΜΗΟΤΡΓΗΑ ΤΛΖ
ζει.30
ΖΛΔΚΣΡΗΚΟ ΦΟΡΣΗΟ ΚΑΗ ΜΑΓΝΖΣΗΚΑ ΜΟΝΟΠΟΛΑ
ζεθ.32
ΣΑΣΗΣΗΚΖ ΚΑΗ ΑΗΣΗΟΣΖΣΑ
ζεθ.34
ΤΛΟΚΤΜΑΣΑ DE BROGLIE – ΣΑΘΔΡΑ PLANCK : ΔΡΜΖΝΔΗΑ ζεθ.35 ΟΗΚΟΓΔΝΔΗΔ ΚΟΤΑΡΚ – ΛΔΠΣΟΝΗΩΝ
ζεθ 35
ΚΟΣΔΗΝΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑ ΚΑΗ ΓΗΑΣΟΛΖ ΣΟΤ ΤΜΠΑΝΣΟ
ζεθ. 37
ΚΟΣΔΗΝΖ ΤΛΖ ΔΊΝΑΗ ΑΠΑΡΑΗΣΖΣΖ Ζ ΤΠΑΡΞΖ ΣΖ ;
ζεθ. 39
ΜΑΤΡΔ ΣΡΤΠΔ : ΜΖΥΑΝΗΜΟ ΓΖΜΗΟΤΡΓΗΑ
ζεθ. 40
ΗΟΓΤΝΑΜΗΑ ΜΑΕΑ – ΔΝΔΡΓΔΗΑ
ζεθ. 41
ΣΑΛΑΝΣΩΔΗ ΚΔΝΟΤ ΚΑΗ Ζ ΔΝΝΟΗΑ ΣΟΤ ΜΖΓΔΝΟ
ζεθ.42
ΣΟ ΠΑΡΑΓΟΞΟ EPR : ΔΡΜΖΝΔΗΑ
ζεθ. 42
ΑΝΗΥΝΔΤΖ ΠΗΝ
ζεθ. 45
ΣΡΗΓΗΑΣΑΣΟ Ζ ΠΟΛΤΓΗΑΣΑΣΟ ΤΜΠΑΝ;
ζεθ. 46
ΚΒΑΝΣΗΚΖ ΤΠΔΡΘΔΖ
ζεθ. 46
ΑΠΡΟΓΗΟΡΗΣΗΑ ΚΑΗ ΤΛΟΓΔΝΔΖ
ζεθ.47
ΤΠΟΘΔΔΗ ΚΑΗ ΝΟΜΟΗ ΓΗΑΣΖΡΖΖ
ζεθ. 50
ΠΡΟΒΛΖΜΑΣΗΜΟΗ ΚΑΗ ΜΔΘΟΓΟΛΟΓΗΑ
ζεθ. 50
ΤΓΚΡΗΣΗΚΖ ΑΝΑΛΤΖ
ζεθ.52
ΜΔΡΗΚΔ ΗΓΔΔ ΓΗΑ ΠΔΡΑΗΣΔΡΩ ΔΡΔΤΝΑ
ζει.75
ΠΑΡΑΡΣΖΜΑ
ζει. 77
4
ΔΗΑΓΩΓΗΚΟ ΖΜΔΗΩΜΑ Ζ βκχζδ ηαζ δ πνμζπάεεζα βζα ηδκ επέηηαζή ηδξ εεςνχ υηζ είκαζ ζφιθοηδ ιε ηδκ ακενχπζκδ – ηαζ ίζςξ υπζ ιυκμ – οπυζηαζδ. Έηζζ ημ εκδζαθένμκ ιμο βζα απακηήζεζξ ζε εειεθζχδδ ενςηήιαηα λεηίκδζε ανηεηά κςνίξ. ηδκ πνμζπάεεζά ιμο βζα ηδκ ηαηακυδζδ ηδξ Φφζδξ δεκ έιεκα πάκηα ζηακμπμζδιέκμξ απυ ηζξ απακηήζεζξ πμο έδζκακ μζ εζδζημί επζζηήιμκεξ ηαζ αέααζα ζε πμθθά ενςηήιαηα δεκ έπμοκ ηακ δμεεί απακηήζεζξ. Έηζζ πμθφ βνήβμνα ζπδιάηζζα ηδκ πεπμίεδζδ υηζ ηάπμζεξ οπμεέζεζξ δεκ είκαζ ζςζηέξ ζηζξ εεςνίεξ πμο έπμοκ δζαηοπςεεί ιέπνζ ζήιενα. Αηυια ηαζ ζε ιζα ηαηαλζςιέκδ ηαζ επζαεααζςιέκδ εεςνία ίζςξ οπάνπμοκ θάεδ ηαζ εζθαθιέκεξ ενιδκείεξ. ημ παγθ ηδξ ενιδκείαξ ηδξ Φφζδξ έπμοκ ημπμεεηδεεί ημιιάηζα ζε θάεμξ εέζδ ηαζ αοηυ ηαεζζηά αδφκαηδ ηδκ μθμηθήνςζή ημο. Ζ ακαβκχνζζδ υιςξ ηςκ ζθαθιάηςκ είκαζ ιζα δφζημθδ οπυεεζδ ηαζ θοζζηά εθθμπεφεζ μ ηίκδοκμξ κα απμννζθεμφκ ζςζηέξ οπμεέζεζξ ηαζ κα δδιζμονβδεμφκ κέα ζθάθιαηα. Σμ υηζ δε δζαεέης ηα επέββοα ηδξ πζζημπμζδιέκδξ βκχζδξ δεκ ιμο αθαζνεί αοηυιαηα ημ δζηαίςια κα έπς απυρεζξ ηαζ ζδέεξ ηαζ, αέααζα, κα ηζξ εηθνάγς, εέημκηάξ ηεξ έηζζ ζηδ αάζακμ ηδξ - εθπίγς ηαθμπνμαίνεηδξ - ηνζηζηήξ, εζδζηχκ ηαζ ιδ. Απμθάζζζα κα πνδζζιμπμζήζς ηδκ απθή – απθμφζηαηδ θμβζηή πμο υθμζ δζαεέημοιε ηαζ κα πνμζπαεήζς κα απαθθαβχ απυ πανακμήζεζξ ζε εειεθζχδδ γδηήιαηα πμο κανημεεημφκ ηδκ ελέθζλδ ηδξ βκχζδξ. Βέααζα, ηάηζ ηέημζμ, δεκ βίκεηαζ πάκηα εφημθα απμδεηηυ πθδκ, υιςξ, είκαζ απαναίηδημ. Δθπίγς υηζ ημ απμηέθεζια αοηήξ ηδξ πνμζπάεεζαξ εα δπήζεζ πεζζηζηά ζηα αοηζά ηάπμζςκ, ημοθάπζζημκ, απυ ημοξ εζδζημφξ επζζηήιμκεξ ηαζ υηζ εα εεθήζμοκ κα αζπμθδεμφκ ιε ηδκ ακάπηολδ ημο ιαεδιαηζημφ ιμκηέθμο πμο απαζηείηαζ βζα ηδκ μθμηθδνςιέκδ πανμοζίαζδ αοηχκ ηςκ οπμεέζεςκ ηαζ ηδ ιεηαηνμπή ημοξ απυ (ιάθθμκ Φζθμζμθζηέξ) οπμεέζεζξ ζε Φοζζηή Θεςνία, ηάηζ πμο εβχ δεκ έπς ηδ δοκαηυηδηα κα πναβιαημπμζήζς.
ΜΑΘΖΜΑΣΗΚΑ ΚΑΗ ΦΤΗΚΖ θμζ, υζμζ εκδζαθένμκηαζ βζα ηδκ Θεςνδηζηή Φοζζηή, βκςνίγμοκ, ημοθάπζζημκ ζε βεκζηέξ βναιιέξ, ηδκ Δζδζηή ηαζ ηδ Γεκζηή Θεςνία ηδξ πεηζηυηδηαξ πμο πανμοζίαζε μ Άθιπενη Ασκζηάζκ ζηζξ ανπέξ ημο εζημζημφ αζχκα ηαζ ηδκ ηαηαθοηζηή επζννμή ημοξ ζηδκ ελέθζλδ ηδξ Θεςνδηζηήξ Φοζζηήξ. ιςξ ηα «ζπεηζηζζηζηά πανάδμλα», υπςξ ζοκδείζαιε κα ηα απμηαθμφιε ζηδκ ζδζυθεηημ ηδξ Θεςνδηζηήξ Φοζζηήξ, πηοπμφζακ ηαιπακάηζ ζηα αοηζά ιμο ηαζ ιμο έδζκακ ηδκ εκηφπςζδ υηζ ηάηζ δεκ πήβαζκε ηαθά ζπεηζηά ιε αοηά. Δπζπθέμκ, πνμζπαεχκηαξ κα ηαηακμήζς ηζξ ααζζηέξ ανπέξ ηδξ ηαακημιδπακζηήξ δζαπίζηςζα υηζ δ ηαηακυδζή ημοξ, αηυια ηαζ απυ ημοξ εζδζημφξ ζε αοηυ ημκ ημιέα, απείπε πμθφ απυ ηδκ πναβιαηζηυηδηα ηαζ αέααζα δ θοζζηή ενιδκεία ημοξ, πανά ηδκ επζηοπία ηςκ ιαεδιαηζηχκ ιμκηέθςκ, δεκ ήηακ ζε ηαιζά πενίπηςζδ ζηακμπμζδηζηή. Γεκ είκαζ, άθθςζηε, ηοπαία δ δζαιάπδ ηςκ ημνοθαίςκ ενεοκδηχκ ζπεηζηά ιε ηδκ ενιδκεία ηςκ ηαακημιδπακζηχκ παναδυλςκ (αθέπε ηζξ μιδνζηέξ ακηζπαναεέζεζξ Ασκζηάζκ – Μπμν). Δπίζδξ, δ αδοκαιία ζοκφπανλδξ ηδξ Γ.Θ.. ιε ηδκ ηαακημιδπακζηή δεκ ιπμνεί κα ενιδκεοεεί υζμ ηαθυπζζημξ ηαζ ακ είκαζ 5
ηάπμζμξ. Αοηυ δεκ ιπμνεί κα αβκμδεεί πανά ημ βεβμκυξ υηζ ζοζηδιαηζηά πανααθέπεηαζ. ηδκ πνμζπάεεζά ιμο κα ηαηακμήζς πμφ αηνζαχξ ανζζηυηακ ηα ζθάθιαηα ηαζ μζ θακεαζιέκεξ παναδμπέξ ιαξ, δοζηοπχξ δζαπίζηςζα υηζ αοηά ανίζημκηακ ζηα εειέθζα ηδξ Θεςνδηζηήξ Φοζζηήξ. Αοηυ, αέααζα, ακ ηαζ βζα κα δζμνεςεεί απαζηεί ηενάζηζα ηαζ επίπμκδ πνμζπάεεζα, δεκ είκαζ αδφκαημ, πθδκ υιςξ είκαζ απαναίηδημ. Δάκ αοηυ βίκεζ, ακμίβεζ μ δνυιμξ βζα ηδκ ελέθζλδ ηδξ Φοζζηήξ ηαζ αέααζα μζ ελεθίλεζξ εα είκαζ ηαηαζβζζηζηέξ. Ζ ζοκεζδδημπμίδζδ αοηή ιε μδήβδζε ζηδ δζαηφπςζδ ηςκ οπμεέζεςκ πμο αημθμοεμφκ μζ μπμίεξ, ακ ηαζ απέπμοκ πμθφ απυ ημ κα παναηηδνζζημφκ μθμηθδνςιέκεξ, έπμοκ υιςξ, πζζηεφς, ζοκμπή ηαζ αοημζοκέπεζα. Δπίζδξ, αζηζμθμβχκηαξ ημκ ηίηθμ ηδξ παναβνάθμο, εα ήεεθα κα πνμζεέζς υηζ ιε ανίζηεζ πθήνςξ ακηίεεημ δ ζδζυηοπδ δζηηαημνία ηςκ Μαεδιαηζηχκ πάκς ζηδ Φοζζηή. Γεκ ανηεί ιζα ζςζηή ιαεδιαηζηή επίθοζδ ή έκα ιαεδιαηζηυ ιμκηέθμ βζα κα είκαζ ζςζηή ιζα θοζζηή εεςνία. Δίκαζ απαναίηδημ κα οπάνπεζ ηαη’ ανπάξ ημ ζςζηυ θοζζηυ ιμκηέθμ. Σα ιαεδιαηζηά είκαζ έκα πμθφ πνήζζιμ, απαναίηδημ εα έθεβα, ενβαθείμ, δεκ είκαζ ανηεηά υιςξ απυ ιυκα ημοξ βζα ηδκ πθήνδ ενιδκεία εκυξ θοζζημφ ιμκηέθμο. Δάκ ημ θοζζηυ ιμκηέθμ είκαζ θακεαζιέκμ, ηζ κα ηδκ ηάκμοιε ηδκ άρμβδ ιαεδιαηζηή επίθοζδ; Βέααζα βζα ηα παναπάκς δεκ εοεφκμκηαζ ηα ίδζα ηα ιαεδιαηζηά αθθά δ εθανιμβή ημοξ ζε θακεαζιέκα θοζζηά ιμκηέθα. Αηυια, παναθνάγμκηαξ θίβμ ηδκ “ενιδκεία ηδξ Κμπεβπάβδξ” πμο ιαξ θέεζ υηζ ημ ηφια ποηκυηδηαξ πζεακυηδηαξ πανμοζίαξ είκαζ έκα ιαεδιαηζηυ ηφια πμο δεκ έπεζ ζπέζδ ιε ηακέκα θοζζηυ ιέβεεμξ, ιπμνμφιε κα ζζπονζζημφιε υηζ μζ ζφβπνμκεξ ενιδκείεξ είκαζ απθχξ πμθφπθμηα ιαεδιαηζηά ιμκηέθα πμο δεκ έπμοκ υιςξ ζπέζδ ιε ηδ θοζζηή πναβιαηζηυηδηα. Δδχ εα ήεεθα κα παναηδνήζς υηζ ηα Μαεδιαηζηά ακαθφμοκ ηαζ οπμθμβίγμοκ (πμζμηζημπμζμφκ) έκα θοζζηυ ιέβεεμξ ή ιζα δοκαιζηή ηαηάζηαζδ εκυξ ζοζηήιαημξ, υιςξ δεκ ηα δδιζμονβμφκ. Δπμιέκςξ βζα ιζα πθήνδ ενιδκεία πνέπεζ κα οπάνπεζ ηαζ ημ ακηίζημζπμ ζςζηυ θοζζηυ ιμκηέθμ. Ακ αοηυ δεκ οπάνπεζ εα πνέπεζ κα ακηζιεηςπζζεεί ςξ ζδιακηζηή έθθεζρδ. Ο ααζζηυξ ημνιυξ ηςκ οπμεέζεςκ πμο αημθμοεμφκ εεςνχ υηζ έπεζ ζπεηζηά ζηακμπμζδηζηή ηεηιδνίςζδ, υιςξ μζ οπυθμζπεξ οπμεέζεζξ έπμοκ εθάπζζηδ ή ηαευθμο, απθά είκαζ θμβζηά ζοιπενάζιαηα ηςκ πνχηςκ. Ο ζημπυξ πμο ηζξ ζοιπενζέθααα είκαζ κα δεζπεεί υηζ οπάνπμοκ οπμεέζεζξ πένα απυ ημ standard model πμο δεκ έπμοκ εηθναζηεί ηαζ επμιέκςξ ενεοκδεεί ηαζ υηζ δεκ πνέπεζ κα πενζμνζγυιαζηε ιυκμ ζηζξ έςξ ηχνα απμδεηηέξ οπμεέζεζξ. Άθθςζηε ηαιία πνυμδμξ δεκ ιπμνεί κα οπάνλεζ αημθμοεχκηαξ αοηή ηδκ ηαηηζηή, ανκμφιεκμζ κα ελεηάζμοιε μπμζαδήπμηε κέα οπυεεζδ αηυια ηαζ υηακ οπάνπμοκ ζζπονέξ εκδείλεζξ ή απμδείλεζξ. Αοηά πμο αημθμοεμφκ εθπίγς κα ηφπμοκ ηδξ απαναίηδηδξ πνμζμπήξ εζδζηχκ ηαζ ιδ. Δπίζδξ, εοπνυζδεηηδ εα ήηακ δ δζυνεςζδ πζεακχκ ζθαθιάηςκ ηαζ αηυια πενζζζυηενμ δ πνμζπάεεζα έκηαλδξ αοηχκ ηςκ οπμεέζεςκ ζε ιζα μθμηθδνςιέκδ ηαζ εκζαία εεςνία. ΝΔΑΠΟΛΖ ΚΡΖΣΖ ΝΟΔΜΒΡΗΟ 2014 ΜΑΝΩΛΖ Η. ΤΚΑΚΖ
6
ΒΑΗΚΔ ΘΔΩΡΖΣΗΚΔ ΤΠΟΘΔΔΗ 1: Ο πνυκμξ δεκ απμηεθεί πναβιαηζηυ θοζζηυ ιέβεεμξ αθθά εζημκζηυ (virtual) ιέβεεμξ ηαζ δεκ έπεζ πναβιαηζηή οπυζηαζδ. Ακη’ αοημφ πνέπεζ κα πνδζζιμπμζείηαζ ημ οπανηηυ ιέβεεμξ πμο είκαζ δ ηαπφηδηα δ μπμία μοζζαζηζηά είκαζ πνμκμακελάνηδηδ ηαζ ιπμνεί κα μνζζηεί ιε αάζδ ηδκ ηαπφηδηα ημο θςηυξ ζημ ηεκυ (c). Ζ εειεθζχδδξ δζαθμνά ιεηαλφ ηςκ δφμ ιεβεεχκ είκαζ ημ υηζ μ πνυκμξ είκαζ ιμκυιεηνμ (ααειςηυ) ιέβεεμξ, εκχ δ ηαπφηδηα είκαζ ακοζιαηζηυ. Αοηυ θφκεζ ηαζ ηα ζπεηζηζζηζηά πανάδμλα. ΤΝΔΠΔΗΑ: Ζ Δζδζηή Θεςνία ηδξ πεηζηυηδηαξ απμδεζηκφεηαζ (ζημ ηεθάθαζμ ΔΝΓΔΗΞΔΗ – ΑΠΟΓΔΗΞΔΗ) υηζ ζηδνίγεηαζ ζε θακεαζιέκδ αάζδ ηαζ ςξ εη ημφημο πνέπεζ κα ακαδζαιμνθςεεί νζγζηά ή κα εβηαηαθεζθεεί. 1 2: Ο πχνμξ δεκ είκαζ οπανηηυ θοζζηυ ιέβεεμξ (ζςιαηίδζμ ή πεδίμ) αθθά ιαεδιαηζηυ (βεςιεηνζηυ) ιμκηέθμ ηαζ επμιέκςξ δεκ αθθδθεπζδνά ιε οπανηηά ιεβέεδ (ζςιαηίδζα ή πεδία) ηαζ ςξ εη ημφημο δεκ ιπμνεί κα ηαιποθςεεί ή κα ζηνεαθςεεί υπςξ οπμεέηεζ δ Γεκζηή Θεςνία ηδξ πεηζηυηδηαξ. ΤΝΔΠΔΗΑ: Ζ Γ.Θ.. ζηδνίγεηαζ ζηδ ζηνέαθςζδ ημο πςνμπνυκμο απυ ηδκ πανμοζία ιάγαξ ηαζ επμιέκςξ πνέπεζ κα ελεηαζηεί δ νζγζηή ηδξ ακαδζαιυνθςζδ ή κα εβηαηαθεζθεεί. Ζ αδοκαιία αθθδθεπίδναζδξ ηςκ ιεβεεχκ ημο πνυκμο ηαζ ημο πχνμο ιε μηζδήπμηε άθθμ πνμηφπηεζ απυ ημ βεβμκυξ υηζ ηαζ ηα δφμ ιεβέεδ δεκ έπμοκ μφηε θμνηίμ μφηε ιάγα μφηε ηαζ πνςιαηζηυ θμνηίμ αθθά ηαζ δεκ αθθδθεπζδνμφκ ιε ηα ιπμγυκζα W+, W- ή ημ Ε0 ηαζ επμιέκςξ δεκ ιπμνμφκ κα αθθδθεπζδνάζμοκ, ιέζς ηαιζάξ αθθδθεπίδναζδξ, ιε μηζδήπμηε άθθμ. Δίκαζ βκςζηυ υηζ βζα κα ιπμνεί κα αθθδθεπζδνάζεζ ιέζς αανοηζηήξ αθθδθεπίδναζδξ μπμζμδήπμηε ιέβεεμξ πνέπεζ κα έπεζ αανοηζηή ιάγα. Δπίζδξ είκαζ βκςζηυ υηζ βζα κα αθθδθεπζδνάζεζ μπμζμδήπμηε ιέβεεμξ ιέζς ηδξ Ζ/Μ αθθδθεπίδναζδξ πνέπεζ κα θένεζ δθεηηνζηυ (ή ιαβκδηζηυ) θμνηίμ. Γζα κα αθθδθεπζδνάζεζ ιέζς ηδξ ζζπονήξ πονδκζηήξ αθθδθεπίδναζδξ πνέπεζ κα έπεζ πνςιαηζηυ θμνηίμ. Δπίζδξ, βζα κα ιπμνεί κα αθθδθεπζδνάζεζ ιέζς ηδξ αζεεκμφξ πονδκζηήξ αθθδθεπίδναζδξ πνέπεζ κα ιπμνεί κα αθθδθεπζδνάζεζ ιε ηα ιπμγυκζα ηα μπμία είκαζ θμνείξ ηδξ αζεεκμφξ πονδκζηήξ αθθδθεπίδναζδξ, δδθαδή ηα εκδζάιεζα ιπμγυκζα W+, W- ή ημ Ε0 . ιςξ μφηε μ πχνμξ μφηε μ πνυκμξ, επεζδή δεκ θένμοκ ακηίζημζπα θμνηία, δεκ ιπμνμφκ κα αθθδθεπζδνάζμοκ ιε ηίπμηα ηαζ επμιέκςξ είκαζ αδφκαημ κα ζηνεαθςεμφκ. Δίκαζ πνμθακήξ δ αζοκέπεζα ηδξ ζηνέαθςζδξ ημο πςνμπνυκμο (πμο πνμαθέπεζ δ Γεκζηή πεηζηυηδηα) ιε υθεξ ηζξ εειεθζχδεζξ παναδμπέξ ηαζ ηα
1
ηε ζπλέρεηα, φπνπ αλαθέξεηαη ην κέγεζνο ρξφλνο, αλαθέξεηαη κε ηελ θιαζζηθή έλλνηα ηνπ φξνπ, επεηδή είλαη εχθνια θαηαλνεηφ, ελψ ε αλαθνξά ζε ηαρχηεηεο ζα απαηηνχζε ην κεηαζρεκαηηζκφ φισλ ησλ ρξνλνεμαξηεκέλσλ εμηζψζεσλ θαη ελλνηψλ ηεο Φπζηθήο θάηη πνπ, εθηφο ηνπ φγθνπ δνπιεηάο πνπ απαηηεί, ζα δπζθφιεπε ζεκαληηθά ηελ θαηαλφεζε. Φπζηθά απηφ γίλεηαη έρνληαο ππφςε φηη ν ρξφλνο απνηειεί ππνζεηηθφ κέγεζνο. 7
ιαεδιαηζηά ιμκηέθα ηδξ Καακημιδπακζηήξ αθθά ηαζ βεκζηυηενα ιε ημ Καεζενςιέκμ Πνυηοπμ (Standard Model). Σα παναπάκς, ακ ηαζ ένπμκηαζ ζε ζφβηνμοζδ ιε ηδκ οπάνπμοζα ζήιενα βεκζηή απμδμπή ηδξ Δζδζηήξ ηαζ ηδξ Γεκζηήξ Θεςνίαξ ηδξ πεηζηυηδηαξ, μοζζαζηζηά αζηζμθμβμφκηαζ δεδμιέκμο υηζ οπάνπμοκ άθθα ιεβέεδ πμο απμδεδεζβιέκα ζηνεαθχκμκηαζ απυ ηδκ φπανλδ ιάγαξ (π.π. αανοηζηυ πεδίμ). 3: Σμ απμδεηηυ ζήιενα ιμκηέθμ (standard model) δεκ ιπμνεί κα εκηάλεζ ηδ αανφηδηα ζημ ηαακημιδπακζηυ ιμκηέθμ ηαζ δεκ επζηνέπεζ ηδ «ζοκφπανλδ» πεηζηυηδηαξ ηαζ Καακημιδπακζηήξ. Ζ Θεςνία Υμνδχκ πνμζπαεεί κα ελδβήζεζ υθεξ ηζξ αθθδθεπζδνάζεζξ ηαζ ηα ζςιαηίδζα ιε αάζδ ηδκ φπανλδ ιζηνμζημπζηχκ πμνδχκ. ιςξ ζηδκ θφζδ δεκ οπάνπεζ αθθδθεπίδναζδ πμο κα δδιζμονβεί πμνδέξ. Δηηυξ αοημφ, ακαβηάγεηαζ κα απμδεπεεί ηδκ φπανλδ 10 πςνζηχκ δζαζηάζεςκ ηάηζ πμο ζηδ θφζδ δεκ ζζπφεζ. Σμ υηζ ιπμνμφιε ζηα ιαεδιαηζηά κα δδιζμονβήζμοιε έκα πίκαηα (matrix) υζςκ δζαζηάζεςκ εέθμοιε, δε ζδιαίκεζ υηζ ηαζ ζηδ θφζδ οπάνπμοκ υζεξ δζαζηάζεζξ εέθμοιε ειείξ (ή απαζημφκ ηα ιαεδιαηζηά ιμκηέθα). Δπίζδξ, ζήιενα ιε ηδ αμήεεζα ημο ιεβαθφηενμο επζηαποκηή ζςιαηζδίςκ (LHC ημο CERN) βίκεηαζ πνμζπάεεζα κα ακζπκεοεεί ημ ιπμγυκζμ Higgs, ηάηζ πμο εα ελδβμφζε ηδ ιάγα ηςκ ζςιαηζδίςκ ιε αάζδ ηδκ αθθδθεπίδναζδ αοημφ ημο ζςιαηζδίμο ιε υθα ηα οπυθμζπα. Αοηή δ ενιδκεία υιςξ εηηυξ απυ ημ υηζ πνεζάγεηαζ έκα ιδπακζζιυ πμο δεκ έπεζ αλζυπζζηα απμδεζπεεί, απαζηεί ηαζ ηδκ φπανλδ επί πθέμκ ημο πεδίμο Higgs, ηάηζ πμο ιαξ απμιαηνφκεζ πενζζζυηενμ απυ πνζκ απυ ηδκ εκμπμίδζδ υθςκ ηςκ δοκάιεςκ ζε ιία εκζαία αθθδθεπίδναζδ. Δπί πθέμκ, ηα ιμκηέθα πμο ζζπφμοκ ζήιενα δεκ δίκμοκ απακηήζεζξ ζε πμθθά εέιαηα π.π. πχξ δ αθθδθεπίδναζδ δφμ θςημκίςκ ορδθήξ εκένβεζαξ δδιζμονβεί ζςιαηίδζα φθδξ ηαζ πχξ δ ελαΰθςζδ δομ ζςιαηζδίςκ (π.π. εκυξ γεφβμοξ δθεηηνμκίμο – πμγζηνμκίμο) 2 μδδβεί ζηδκ εηπμιπή ΖΜ αηηζκμαμθίαξ. Οζ απακηήζεζξ πμο δίκμκηαζ ζήιενα είκαζ ιαεδιαηζηά ηαζ ιυκμ ιμκηέθα πμο δεκ έπμοκ υιςξ θοζζηή ενιδκεία. 4: Ο ηαακηζζιυξ ηςκ ιεβεεχκ πμο παναηδνείηαζ ζε οπμαημιζηή ηθίιαηα δεκ μθείθεηαζ ζε ηάπμζμ ανπζηυ ηαακηζζιυ ηςκ πεδίςκ αθθά ζηδκ εζδζηή
2
Σν φηη κφλν δεχγε ζσκαηηδίνπ – αληηζσκαηηδίνπ κπνξνχλ λα εμαυισζνχλ είλαη ζπλέπεηα ηνπ φηη κφλν ζε ηέηνηα δεχγε ε ζηξνθνξκή ιφγσ ηεο θπθιηθήο πφισζεο ησλ ΖΜ θπκάησλ πνπ πεξηέρνληαη ζηνπο νξίδνληεο γεγνλφησλ είλαη αθξηβψο ίζε θαη αληίζεηε θαη επνκέλσο κεδελίδεηαη ζηεξψληαο έηζη ηε δπλαηφηεηα δεκηνπξγίαο λένπ νξίδνληα γεγνλφησλ θαη επνκέλσο ηα πεξηερφκελα ΖΜ θχκαηα απειεπζεξψλνληαη έρνληαο πιένλ γξακκηθή πφισζε. Απηφ δε ζπκβαίλεη ζηα ηξηθνπάξθ πνπ απνηεινχλ ηα λνπθιεφληα, γηαηί νη κάδεο ηνπο θαη νη ζηξνθνξκέο ησλ πεξηερνκέλσλ θπκάησλ, φπσο θαη ηα κήθε θχκαηνο (αλ θαη ζπκβαηά σο πξνο ην κήθνο θχκαηνο – κήθνο ηξνρηάο εληφο ησλ νξηδφλησλ γεγνλφησλ) είλαη πνιχ δηαθνξεηηθά κεηαμχ ηνπο, ζπκβαίλεη φκσο ζηα κπνδφληα θαη απηφ είλαη ε αηηία ηνπ πνιχ κηθξνχ ρξφλνπ δσήο ησλ κπνδνλίσλ. (Ζ πεξίπησζε ησλ θσηνλίσλ θαη ησλ ππνζεηηθψλ βαξπηνλίσλ νπζηαζηηθά δελ πθίζηαηαη δεδνκέλνπ φηη παξαθάησ εμεγείηαη ε βαξπηηθή αιιειεπίδξαζε ρσξίο ηελ αλάγθε ηεο χπαξμεο βαξπηνλίσλ, ελψ ζηελ πεξίπησζε ησλ θσηνλίσλ ε θχζε ηνπο είλαη θαζαξά θπκαηηθή θαη φρη ζσκαηηδηαθή). 8
δζαδζηαζία ιε ηδκ μπμία οθμπμζμφκηαζ ηα ζςιαηίδζα. Αοηυ ιε ηδ ζεζνά ημο έπεζ ςξ ζοκέπεζα ημκ ανπζηυ ηαακηζζιυ ηςκ πεδίςκ πμο απμννέμοκ απυ αοηά. 5: Ο ηοιαημζςιαηζδζαηυξ δοζζιυξ ζηα ζςιαηίδζα είκαζ ζοκέπεζα ημο ηνυπμο οθμπμίδζδξ ηςκ ζςιαηζδίςκ, ηα μπμία είκαζ ζηδκ μοζία ιζηνμζημπζηέξ ιαφνεξ ηνφπεξ. Άθθςζηε, ημ υηζ ζςιαηίδζα φθδξ ιπμνμφκ κα ελατθςεμφκ ηαζ κα ιεηαηναπμφκ ζε ΖΜ ηφιαηα ηαζ ημ υηζ ΖΜ ηφιαηα ορδθήξ εκένβεζαξ ιπμνμφκ κα οθμπμζδεμφκ, ιαξ μδδβμφκ ζημ ζοιπέναζια υηζ ηα ΖΜ ηφιαηα ηαζ ηα ζςιαηίδζα φθδξ είκαζ δφμ ιμνθέξ ημο ίδζμο πνάβιαημξ. Αθθά ιυκμ έκαξ ηνυπμξ οπάνπεζ βζα κα ζοιαεί αοηυ: Ο εβηθςαζζιυξ ΖΜ ηοιάηςκ ζε μνίγμκηεξ βεβμκυηςκ. Έηζζ ελδβείηαζ ιε απυθοηα θοζζηυ ηνυπμ δ δοκαηυηδηα ιεηαηνμπήξ απυ ηδ ιζα ιμνθή ζηδκ άθθδ αθθά ηαοηυπνμκα ελδβείηαζ ηαζ δ πμθφ ιεβάθδ εκενβεζαηή ποηκυηδηα ηδξ φθδξ (E=mc2). Δπίζδξ, ενιδκεφεηαζ μ ηαακηζζιυξ ηςκ ιεβεεχκ πμο αθμνμφκ ηα ζςιαηίδζα, δεδμιέκμο υηζ μ ηαακηζζιυξ ιεβεεχκ είκαζ ηαεανά ηοιαηζηή ζδζυηδηα. ε ιαηνμζημπζηυ επίπεδμ ηαακηζζιυξ ιεβεεχκ ειθακίγεηαζ ζε ζηάζζιεξ ηαθακηχζεζξ π.π. πμνδέξ ιμοζζηχκ μνβάκςκ, υπμο ℓ = ℓ0/n ηαζ n= 1,2,3….κ. Απυ ηδκ ελίζςζδ ημο Schwarzschild R(S)= 2 Gm/c2 ζε ζοκδοαζιυ ιε ηδκ πενίθδιδ ελίζςζδ ημο Ασκζηάζκ E=mc2 πνμηφπηεζ δ ελίζςζδ R(S) = 2GE/c4. Δπμιέκςξ, ακ οπάνπεζ έκα ΖΜ ηφια ιε ηδκ ηαηάθθδθδ εκένβεζα, ηυηε ιπμνεί κα αοημεβηθςαζζηεί ζημκ μνίγμκηα βεβμκυηςκ πμο ημ ίδζμ δδιζμονβεί θυβς ηδξ αανφηδηάξ ημο. Αοηυ θφκεζ ηαζ ημ πνυαθδια ημο απεζνζζιμφ ηδξ ποηκυηδηαξ ζημ ζδιείμ ηδξ ιμκαδζηυηδηαξ, δεδμιέκμο υηζ δ ιμκαδζηυηδηα (singularity) είκαζ έκα αδζάζηαημ ζδιείμ, εκχ μ μνίγμκηαξ βεβμκυηςκ έπεζ δζαζηάζεζξ. Γεκ είκαζ ακαβηαία πθέμκ δ φπανλδ ηδξ ιμκαδζηυηδηαξ αθθά ιυκμ ημο μνίγμκηα βεβμκυηςκ. Ο ηαακηζζιυξ ηςκ ιεβεεχκ ζε οπμαημιζηή ηθίιαηα πνμηφπηεζ απυ ημ υηζ βζα κα οπάνλεζ έκαξ μνίγμκηαξ βεβμκυηςκ, πςνίξ ημ ιέηςπμ ημο εβηθςαζζιέκμο ηφιαημξ κα ζοιαάθεζ αηονςηζηά (εηηυξ θάζδξ) ιε ηδκ μονά ημο, πνέπεζ κα έπεζ ζοβηεηνζιέκεξ δζαζηάζεζξ πμο ελανηχκηαζ απυ ημ ιήημξ ηφιαημξ ημο ΖΜ ηφιαημξ πμο πενζηθείεζ. Ακ οπάνπεζ αηονςηζηή ζοιαμθή ιεηαλφ ημο ιεηχπμο ημο ηφιαημξ ηαζ ηδξ μονάξ ημο, είκαζ θακενυ υηζ αοηυ ιεζχκεζ ηδκ έκηαζδ ημο ηφιαημξ ηαζ ηαηά ζοκέπεζα, μ μνίγμκηαξ βεβμκυηςκ ηαηαννέεζ ηαζ είηε εα ζοννζηκςεεί ζε ιέβεεμξ πμο επζηνέπεζ ηδ ζηαεενμπμίδζή ημο εηπέιπμκηαξ ηδκ πθεμκάγμοζα εκένβεζα είηε ηαηαννέεζ εκηεθχξ απεθεοεενχκμκηαξ ημ πενζεπυιεκμ ηφια (πενίπηςζδ ελαΰθςζδξ). Δδχ, ηνίκς ζηυπζιμ κα ακαθένς υηζ ακέηαεεκ ιμο πνμηαθμφζε εκηφπςζδ ηαζ πνμαθδιαηζζιυ ημ βεβμκυξ υηζ ιεβέεδ πμο αθμνμφζακ ηφιαηα (ηαζ ιάθζζηα ΖΜ) υπςξ δ Δκένβεζα ηαζ δ ηαπφηδηα c, ήηακ ηυζμ ζηεκά ζοζπεηζζιέκα ιε ημ ιέβεεμξ ηδξ ιάγαξ. Αοηυ βίκεηαζ πνμθακέξ ζηδκ ελίζςζδ ημο Ασκζηάζκ E=mc2 , υπμο ημ ιέβεεμξ Δ ιπμνεί ηάθθζζηα κα είκαζ δ εκένβεζα πμο θένεζ έκα ΖΜ ηφια ηαζ c είκαζ δ ηαπφηδηα αοημφ αηνζαχξ ημο ΖΜ ηφιαημξ. Γζα πμζμ θυβμ υιςξ οπήνπε αοηυξ μ ζηεκυξ ζοζπεηζζιυξ ιεηαλφ ιεβεεχκ πμο αθμνμφκ ηφιαηα ηαζ ιάγαξ; Ο θυβμξ αοηυξ έβζκε πνμθακήξ ιυκμ υηακ άνπζζακ κα δζαιμνθχκμκηαζ ζημ ιοαθυ ιμο μζ παναπάκς οπμεέζεζξ πμο δίκμοκ ιζα πμθφ ηαθή ελήβδζδ, κμιίγς, ζημ ζπεηζηυ ενχηδια. Πζζηεφς υηζ μ ζοζπεηζζιυξ αοηυξ εα βίκεζ πενζζζυηενμ πνμθακήξ ιε ηδκ ακάπηολδ ημο ιαεδιαηζημφ ιμκηέθμο πμο απαζηείηαζ βζα ηδκ μθμηθδνςιέκδ πανμοζίαζδ ηςκ παναπάκς οπμεέζεςκ.
9