Οφείλεται στη διακύμανση του κενού η προέλευση της μάζας;

Η προέλευση της μάζας είναι ένα από τα βαθύτερα μυστήρια της φύσης. Υπάρχει όμως μία, αμφιλεγόμενη προς το παρόν, θεωρία που προτείνει ότι η μάζα προέρχεται από την αλληλεπίδραση της ύλης με το κβαντικό κενό που διαποτίζει το σύμπαν κι όχι από το πεδίο Higgs.

Η θεωρία είχε χρησιμοποιηθεί στο παρελθόν για να εξηγήσει την αδρανειακή μάζα – η ιδιότητα της ύλης που αντιστέκεται στην κίνηση – αλλά έχει επεκταθεί και στην βαρυτική μάζα, η οποία είναι η ιδιότητα της ύλης που αισθάνεται την έλξη της βαρύτητας.

Για δεκαετίες, η κυρίαρχη άποψη στην φυσική συμφωνεί ότι το πεδίο Χιγκς δίνει μάζα στην ύλη, με τη μεσολάβηση ενός σωματιδίου που ονομάζεται μποζόνιο Higgs. Όμως, κανείς δεν έχει δει το μποζόνιο Higgs ακόμη, παρά τον σημαντικό χρόνο και τα χρήματα που δαπανώνται στην αναζήτηση του στους επιταχυντές των σωματιδίων.

Στη δεκαετία του 1990, ο Alfonso Rueda του Πολιτειακού Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας με τον αστροφυσικό (που ερευνά την ηλιο-αστροφυσική καθώς και την στοχαστική ηλεκτροδυναμική)  Bernard Haisch στο Καλιφορνέζικο Ινστιτούτο για την Φυσική και Αστροφυσική, πρότειναν ότι ένα πολύ διαφορετικό είδος πεδίου που είναι γνωστό ως κβαντικό κενό μπορεί να ευθύνεται για την μάζα. Αυτό το πεδίο, το οποίο προβλέπεται από την κβαντική θεωρία, είναι η χαμηλότερη ενεργειακή κατάσταση του χωροχρόνου και φτιάχνεται από τις παραμένουσες ηλεκτρομαγνητικές δονήσεις σε κάθε σημείο του σύμπαντος. Λέγεται επίσης πεδίο μηδενικού σημείου και πιστεύεται ότι εκδηλώνεται ως μια θάλασσα εικονικών φωτονίων, που συνεχώς αναδύονται από το πουθενά..

Οι Rueda και Haisch υποστήριξαν ότι τα φορτισμένα σωματίδια της ύλης, όπως τα ηλεκτρόνια και τα κουάρκ ακατάπαυστα παλινδρομούν γύρω από το πεδίο μηδενικού σημείου. Αν είναι σε κατάσταση ηρεμίας ή κινούνται με σταθερή ταχύτητα σε σχέση με το πεδίο, τότε το καθαρό αποτέλεσμα από όλη αυτή την παλινδρόμηση είναι μηδέν: δεν υπάρχει καμία δύναμη να ενεργεί πάνω στο σωματίδιο. Αλλά αν ένα σωματίδιο επιταχύνεται, τότε οι υπολογισμοί που έκαναν το 1994 έδειξαν ότι αναμένουν να αντιμετωπίσει περισσότερα εικονικά φωτόνια από το κβαντικό κενό,  μπροστά του από ό,τι πίσω του 

Πάνω εικόνα: σωματίδιο σε ηρεμία δεν αισθάνεται καμιά πίεση από την ακτινοβολία των φωτονίων του κβαντικού κενού. Αντιθέτως, κάτω εικόνα, αν το σωματίδιο επιταχύνεται ή με την παρουσία καμπύλου χωροχρόνου λόγω βαρυτικού πεδίου, τότε εμφανίζεται μια πίεση ακτινοβολίας που το σπρώχνει αριστερά. Η δύναμη λόγω της επιτάχυνσης εμφανίζει την αδρανειακή μάζα και η δύναμη λόγω της κύρτωσης του χωροχρόνου εμφανίζει την βαρυτική μάζα   

Αυτό θα είχε ως αποτέλεσμα μια καθαρή δύναμη να πιέζει το σωματίδιο, κι αυτή η πρόσθετη δύναμη εμφανίζεται σαν αδρανειακή μάζα.

Αλλά στην αρχική εργασία τους οι Rueda και Haisch  εξηγούσαν μόνο την αδρανειακή μάζα. Αργότερα, το 2005, εξήγησαν ότι η ίδια διαδικασία μπορεί να εξηγήσει και τη βαρυτική μάζα. Φανταστείτε, λένε, ένα τεράστιο σώμα που στρεβλώνει τον ιστό του χωροχρόνου γύρω του. Το αντικείμενο θα στρεβλώνει και το πεδίο μηδενικού σημείου, με τέτοιο τρόπο που ένα σωματίδιο στη γειτονιά του θα αντιμετωπίσει περισσότερα φωτόνια στην πλευρά μακριά από το αντικείμενο από ό,τι στην πλησιέστερη πλευρά. Κι αυτό θα είχε ως αποτέλεσμα μια καθαρή δύναμη για το αντικείμενο. Κι έτσι το σωματίδιο θα αισθανόταν την ελκτική δύναμη ης βαρύτητας, που οφείλεται στην βαρυτική του μάζα, ή το βάρος.

Οι Rueda και Haisch εξήγησαν ότι το ίδιο φαινόμενο (εικονικά σωματίδια) εξηγεί τις δύο μάζες, συνεπώς αποδεικνύεται η ισοδυναμία αδρανειακής και βαρυτικής μάζας – κάτι που ο Αϊνστάιν υποστήριξε στην θεωρία της γενικής σχετικότητας. Στη ίδια θέση που το σωματίδιο επιταχύνεται, ασκείται και βαρυτική έλξη μέσω του πεδίου μηδενικού σημείου. Έτσι η παραγωγή του βάρους γίνεται με παρόμοιο τρόπο με την γέννηση της αδρανειακής μάζας.

Η ιδέα τους πάντως δεν υποστηρίζεται από πολλούς φυσικούς, γιατί η κοινότητα των φυσικών πιστεύει αφενός ότι η μάζα οφείλεται στο πεδίο Higgs και αφετέρου ότι υπάρχει ένα αίνιγμα σχετικά με το πεδίο μηδενικού σημείου που πρέπει να λυθεί. Η συνολική ενέργεια που περιέχεται στο πεδίο (σύμφωνα με υπολογισμούς) είναι απίστευτα μεγάλη  – αρκετή για να παραμορφώσει τον χωροχρόνο και να προκαλέσει την κατάρρευση του σύμπαντος στο πι και φι. Προφανώς αυτό δεν συμβαίνει. Εξάλλου, η εργασία των δύο φυσικών μπορεί να υπολογίσει μόνο τη μάζα των φορτισμένων σωματιδίων.

Ο νομπελίστας Sheldon Glashow είναι απορριπτικός: «Αυτή η ουσία, όπως θα έλεγε και ο Wolfgang Pauli, δεν είναι καν λάθος». Όμως, ο φυσικός Paul Wesson του Πανεπιστημίου του Στάνφορντ λέει ότι η ανορθόδοξη προσέγγιση των Rueda και Haisch είναι πολλά υποσχόμενη, αν και προσθέτει ότι η θεωρία πρέπει να υποστηριχτεί από πειραματικά δεδομένα. Αν λοιπόν οι Haisch και Rueda μπορούσαν να δώσουν μια συγκεκριμένη πρόβλεψη, τότε θα αναγκάσει τους θεωρητικούς να σκύψουν πάνω στην θεωρία τους. Γιατί όλοι ψάχνουν για κάτι που μπορεί να μετρηθεί.

Πηγη

Posted in: επιστήμη