Κυριακή 25 Δεκεμβρίου 2022
ΦΥΣΙΚΗ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ επιλογή θεμάτων: ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑΤΑ ΨΕΒ 2015-2022 ΤΑ ΘΕΜΑΤΑ ΚΑΙ ΟΙ ΛΥΣΕΙΣ...
ΦΥΣΙΚΗ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ επιλογή θεμάτων: ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑΤΑ ΨΕΒ 2015-2022 ΤΑ ΘΕΜΑΤΑ ΚΑΙ ΟΙ ΛΥΣΕΙΣ...: 2015-16 2016-17 2017-18 2018-19 2019-20 2020-...
Κυριακή 27 Νοεμβρίου 2022
Ο χάρτης του σύμπαντος που μπορούμε να δούμε
BY PHYSICSGG on 27/11/2022 • ( 0 )
Από τον Γαλαξία μας μέχρι την κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου
Αστρονόμοι στο Πανεπιστήμιο Johns Hopkins δημιούργησαν έναν διαδραστικό χάρτη ο οποίος απεικονίζει το παρατηρήσιμο σύμπαν σε όλο του το μεγαλείο. Κάθε κουκίδα στον χάρτη είναι ένας γαλαξίας, ο οποίος περιέχει δισεκατομμύρια αστέρια και πλανήτες. Περίπου 200.000 γαλαξίες αναπαρίστανται με εκπληκτικά ακριβή λεπτομέρεια.
Χρησιμοποιώντας δεδομένα που συλλέχθηκαν επί 20 χρόνια στο πλαίσιο της ψηφιακής έρευνας Sloan Digital Sky Survey, ο χάρτης δείχνει τις πραγματικές θέσεις και τα χρώματα των γαλαξιών επιτρέποντας στους χρήστες να περιηγηθούν εύκολα.
Ο συγκεκριμένος χάρτης χρησιμοποιεί δεδομένα που δεν είχαν προηγουμένως δημοσιοποιηθεί στο κοινό και είναι ίσως ο πιο ολοκληρωμένος κοσμικός χάρτης που έχει φτιαχτεί για όλο τον κόσμο.
«Αστροφυσικοί σε όλο τον κόσμο αναλύουν αυτά τα δεδομένα εδώ και χρόνια, τα οποία έχουν οδηγήσει σε χιλιάδες επιστημονικές μελέτες και ανακαλύψεις», δήλωσε ο δημιουργός του χάρτη και καθηγητής του John Hopkins, Μπρις Μενάρ, σε δελτίο Τύπου.
«Κανείς όμως δεν βρήκε το χρόνο να δημιουργήσει έναν χάρτη που να είναι όμορφος, επιστημονικά ακριβής και προσιτός σε ανθρώπους που δεν είναι επιστήμονες», συνέχισε. «Ο στόχος μας εδώ είναι να δείξουμε σε όλους πώς μοιάζει πραγματικά το σύμπαν».
Το στενότερο σημείο του χάρτη προέρχεται από τον Γαλαξία μας και περιβάλλεται από γαλάζιες κουκκίδες σπειροειδών γαλαξιών σε απόσταση έως και δύο δισεκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη. Πιο μακριά, το κίτρινο χρώμα παίρνει για λίγο τη σκυτάλη, όπου οι ελλειπτικοί γαλαξίες επισκιάζουν τους αμυδρότερους σπειροειδείς. Περιπλανώμενες κόκκινες κουκκίδες που απεικονίζουν μετατοπισμένα κβάζαρ, είναι διάσπαρτες στο προτελευταίο όριο του σύμπαντος που καλύπτεται από αέριο υδρογόνο.
Η κορυφή του χάρτη αποκαλύπτει την πρώτη λάμψη που εκπέμπεται αμέσως μετά το Big Bang, πριν από 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια.
Σάββατο 5 Νοεμβρίου 2022
Ο ουρανός του μήνα – Νοέμβριος 2022
Τα βράδια του Νοεμβρίου ο αστερισμός του Ταύρου βρίσκεται στο προσκήνιο, μαζί με τα σμήνη, τα νεφελώματα και τις βροχές μετεώρων που «φέρνει» μαζί του
Στο άρθρο αυτό θα δούμε τις θέσεις των αστερισμών και των ουράνιων σωμάτων κατά τη διάρκεια του Νοεμβρίου 2022.
Νωρίς το πρωί
Τις πρωινές ώρες των ημερών του Νοεμβρίου, θα έχουμε την ευκαιρία να παρατηρήσουμε τον Αρκτούρο χαμηλά στον ουρανό, κοιτώντας ανατολικά. Το λαμπερό πορτοκαλί αστέρι θα ξεχωρίζει στο λυκαυγές, μέχρι να χαθεί στα χρώματα της ανατολής.
Πριν το χάραμα, στα ανατολικά-νοτιοανατολικά επανεμφανίζεται και ο αστερισμός της Παρθένου, με τον αστέρα Στάχυ να διακρίνεται χαμηλά στον ορίζοντα. Εκεί κοντά θα βρούμε και τον αστερισμό του Βορείου Στέφανου, με το γνωστό ημικυκλικό του σχήμα.
Λίγο μετά τη δύση του Ηλίου
Λίγο μετά το ηλιοβασίλεμα, κοιτώντας νοτιοδυτικά θα δούμε τον αστερισμό του Τοξότη. Πρόκειται για τον εντυπωσιακό αστερισμό με τα πολυάριθμα αντικείμενα Messier και το κέντρο του Γαλαξία μας, τον οποίο θαυμάσαμε τα βράδια του καλοκαιριού. Ο αστερισμός θα πάψει να είναι ορατός τη νύχτα, καθώς θα ανατέλλει μαζί με τον Ήλιο και θα αποκρύπτεται από το φως του. Θα τον ξαναδούμε στον ουρανό τα πρωινά του Φεβρουαρίου.
Τη νύχτα
Ο μήνας του Νοεμβρίου είναι ο καλύτερος μήνας για την παρατήρηση του αστερισμού του Ταύρου και των ουράνιων αντικειμένων που τον συνοδεύουν. Πρόκειται για έναν αστερισμό που μπορούμε να εντοπίσουμε τα βράδια αρχικά κοιτώντας ανατολικά, αλλά όσο περνούν οι ώρες ψηλότερα στον ουρανό και προς τον νότο. Γειτονεύει με τους γνωστούς μας ήδη αστερισμούς των Διδύμων, του Ηνίοχου και του Ωρίωνα.
Το πιο λαμπρό αστέρι του αστερισμού του Ταύρου είναι ο Αλντεμπαράν, ένας κόκκινος γίγαντας αστέρας με μάζα παρόμοια με του Ήλιου μας και ηλικία 6,4 δισεκατομμύρια έτη. Βρίσκεται κοντά στο τέλος της ζωής του. Γύρω από τον αστέρα περιφέρεται ένας αέριος γίγαντας πλανήτης, ο Aldebaran b.
Το εντυπωσιακότερο ουράνιο αντικείμενο στον αστερισμό του Ταύρου είναι οι «Πλειάδες» (Pleiades/Messier 45). Πρόκειται για ένα ανοιχτό αστρικό σμήνος1, γνωστό στην Ελλάδα και με την ονομασία «Πούλια». Οι Πλειάδες περιέχουν πάνω από 1.000 άστρα, με 7 από αυτά να είναι ορατά με γυμνό μάτι και να έχουν έντονο γαλάζιο χρώμα. Υπό πολύ καλές συνθήκες, μπορούν να γίνουν ορατά με γυμνό μάτι μέχρι και 14 αστέρια από το σμήνος. Θα εντοπίσουμε εύκολα τις Πλειάδες σε σκοτεινό ουρανό, χωρίς ειδικό εξοπλισμό. Βέβαια, για να τις παρατηρήσουμε πιο προσεκτικά απαιτείται να χρησιμοποιήσουμε κιάλια ή τηλεσκόπιο.
Δεξιά: Φωτογραφία των Πλειάδων (Εικόνα: astrobin.com)
Οι Πλειάδες ήταν σύμφωνα με τη μυθολογία επτά αδερφές, κόρες του τιτάνα Άτλαντα και της Ωκεανίδας Πλειόνης. Μια εκδοχή του μύθου αναφέρει πως οι Πλειάδες τοποθετήθηκαν στον ουρανό γιατί τις κυνηγούσε ο Ωρίωνας, του οποίου ο αστερισμός βρίσκεται κοντά στο σμήνος των Πλειάδων. Σύμφωνα με μια άλλη εκδοχή, οι Πλειάδες αυτοκτόνησαν από τη στεναχώρια τους μετά την τιμωρία του πατέρα τους, του Άτλαντα, ή μετά τον χαμό των αδερφών τους, των Υάδων.
Οι «Υάδες» είναι ένα ακόμα ανοιχτό αστρικό σμήνος στον αστερισμό του Ταύρου. Θα τις εντοπίσουμε κοντά στον αστέρα Αλντεμπαράν. Αν και πρόκειται για ένα λιγότερο εντυπωσιακό αστρικό σμήνος από τις Πλειάδες, οι Υάδες είναι το κοντινότερο ανοιχτό αστρικό σμήνος στη Γη, σε απόσταση μόλις 153 ετών φωτός.
Δεξιά: Φωτογραφία των Υάδων (Εικόνα: astropix.com)
Ένα ακόμα εντυπωσιακό ουράνιο αντικείμενο, το «Νεφέλωμα του Καρκίνου» (Crab Nebula/Messier 1), βρίσκεται στον αστερισμό του Ταύρου. Πρόκειται για ένα υπόλειμμα έκρηξης supernova, η οποία είχε παρατηρηθεί από Κινέζους αστρονόμους το έτος 1054. Το νεφέλωμα μέσα από μικρά τηλεσκόπια φαίνεται να έχει το σχήμα ενός καβουριού, απ’ όπου προκύπτει και το όνομά του.
Δεξιά: Φωτογραφία του Νεφελώματος του Καρκίνου (Εικόνα: astrobin.com)
Στον αστερισμό του Ταύρου βρίσκονται τα ακτινοβόλα σημεία των βροχών μετεώρων «Βόρειες Ταυρίδες» (η διεθνής ονομασία τους είναι Northern Taurids) και «Νότιες Ταυρίδες» (η διεθνής ονομασία τους είναι Southern Taurids). Τα μετέωρα της πρώτης βροχής προέρχονται από τον κομήτη 2P Encke, ενώ της δεύτερης από τον κομήτη 2004 TG10. Πρόκειται για μικρά σωματίδια σκόνης που φλέγονται όταν εισέρχονται στην ατμόσφαιρα της Γης, προκαλώντας τα γνωστά σε όλους «πεφταστέρια». Η βροχή των Βόρειων Ταυρίδων θα κορυφωθεί στις 12 Νοεμβρίου και των Νότιων Ταυρίδων λίγες ημέρες πριν, στις 4 του μηνός.
Η τελευταία βροχή μετεώρων για τον μήνα Νοέμβριο θα κορυφωθεί τη νύχτα της 17ης Νοεμβρίου. Πρόκειται για τις «Λεοντίδες» (η διεθνής ονομασία τους είναι Leonids). Το ακτινοβόλο σημείο της βροχής είναι στον αστερισμό του Λέοντα και τα μετέωρα προέρχονται από τον κομήτη Tempel-Tuttle.
Οι πλανήτες Άρης, Δίας και Κρόνος θα είναι ορατοί τα βράδια του Νοεμβρίου.
Τέλος, σε ό,τι αφορά τη Σελήνη, η φάση του πρώτου τετάρτου παρατηρείται το πρωί της 1ης Νοεμβρίου, η πανσέληνος στις 8 Νοεμβρίου στον αστερισμό του Κριού και το τρίτο τέταρτο στις 16 Νοεμβρίου. Η Σελήνη θα βρίσκεται στη φάση της νέας σελήνης στις 24 Νοεμβρίου. Ωστόσο, κατά τη φάση της νέας σελήνης δεν μπορεί να παρατηρηθεί, καθώς το ημισφαίριο το οποίο είναι στραμμένο προς τη Γη δε φωτίζεται από τον Ήλιο. Στις 8 Νοεμβρίου θα πραγματοποιηθεί ολική σεληνιακή έκλειψη. Ωστόσο, η έκλειψη δε θα είναι ορατή από τη χώρα μας καθώς την ώρα που θα πραγματοποιηθεί, η Σελήνη θα βρίσκεται κάτω από τον ορίζοντα.
Κυριακή 25 Σεπτεμβρίου 2022
Αγωνία για τη σύγκρουση σκάφους της NASA με αστεροειδή: «Zωντανά» το βράδυ της Δευτέρας το πρώτο κρίσιμο τεστ πλανητικής άμυνας [video]
Oλα είναι έτοιμα για την πρόσκρουση του σκάφους DART της ΝASA με τον αστεροειδή Δίμορφο του μεγαλύτερου αστεροειδούς Δίδυμου. Photo via AΠΕ-ΜΠΕ, NASA-Johns Hopkins & APL-Steve Gribbe
Δευτέρα 8 Αυγούστου 2022
Παρασκευή 15 Ιουλίου 2022
Καθηγήτριες του ΕΚΠΑ εξηγούν με απλά λόγια τη σπουδαιότητα των εικόνων από τα πέρατα του σύμπαντος Κουιντέντο του Στεφάν NEWSROOM IEFIMERIDA.GR 15/07/2022 09:00
Καθηγήτριες του ΕΚΠΑ εξηγούν με απλά λόγια τη σπουδαιότητα των εικόνων από τα πέρατα του σύμπαντος
Κουιντέντο του Στεφάν
NEWSROOM IEFIMERIDA.GR
15/07/2022 09:00
Οι Επίκουρες Καθηγήτριες του Τομέα Αστροφυσικής, Αστρονομίας, Μηχανικής του Τμήματος Φυσικής του Εθνικού και Καποδιστριακού Πανεπιστημίου Αθηνών Καλλιόπη Δασύρα και Μαρία Πετροπούλου, παρουσιάζουν τις 5 πρώτες εικόνες του Webb που πρόσφατα δόθηκαν στη δημοσιότητα.
Οι εικόνες αποδεικνύουν πως σχεδόν κάθε εικόνα που θα πάρουμε με αυτό το τηλεσκόπιο θα αντιστοιχεί σε ένα «βαθύ πεδίο» άλλων τηλεσκοπίων, δηλαδή σε μία περιοχή του ουρανού με μεγάλη χρονική διάρκεια παρατηρήσεων, καθώς θα αποκαλύπτει έναν τεράστιο αριθμό αστροφυσικών πηγών στον ουρανό.
Αυτό θα ισχύει ανεξαρτήτως του εάν αυτός ήταν ο κύριος επιστημονικός στόχος τους ή όχι. Τέτοια παραδείγματα φαίνονται ήδη στις εικόνες που ακολουθούν, κι οι οποίες μπορούν να βρεθούν στο https://webbtelescope.org/news/first-images/gallery (Πηγή: NASA, ESA, CSA, and STScI)
Σμήνος Γαλαξιών SMACS 0723 (Εικόνα 1) - Zoom σε υποπεδίο της εικόνας (Εικόνα 2)
Η εικόνα 1α, του σμήνους γαλαξιών SMACS 0723, πάρθηκε με την υπέρυθρη κάμερα NIRCam που φέρει το Webb. Ένα σμήνος γαλαξιών είναι ένας μεγάλος αριθμός βαρυτικά δέσμιων γαλαξιών. Το σμήνος εξέπεμψε τα φωτόνια 4.6 δισεκατομμύρια έτη φωτός νωρίτερα - το χρόνο που πήρε στα φωτόνια να φτάσουν από το σμήνος γαλαξιών στο Webb (και σε εμάς).
Κοντινότεροι αλλά και μακρινότεροι γαλαξίες φαίνονται στην ίδια εικόνα. Πολλοί μακρινότεροι γαλαξίες μπορούν εύκολα να αναγνωριστούν από την παραμορφωμένη, τοξοειδή τους μορφή (π.χ., εικόνα 1β). Έχουν υποστεί το (φυσικό) φαινόμενο του βαρυτικού φακού: καθώς το φως τους πέρασε κοντά από το σμήνος, η τροχιά του άλλαξε λόγω κύρτωσης του χώρου από τη μεγάλη βαρύτητα του σμήνους. Το αποτέλεσμα είναι παρόμοιο με αυτό φωτός που περνάει μέσα από παραμορφωτικό οπτικό φακό - εξ’ου και το όνομα του φαινομένου. Η παραμόρφωση της μορφολογίας των γαλαξιών αυτών θα δώσει ακριβή μέτρηση της μάζας του σμήνους. Για τους πιο κοντινούς κι εκτεταμένους γαλαξίες, είναι εντυπωσιακό πως η εικόνα δείχνει συχνά πολλά μεμονωμένα αστρικά σμήνη να φαίνονται σε αυτούς - γεγονός που θα επιτρέψει μελέτες και της μάζας αστρικών σμηνών. Στην εικόνα φαίνονται επίσης και αστέρια του Γαλαξία μας, σε πολύ κοντινές αποστάσεις, τα οποία έχουν εξαγωνικό σχήμα. Αυτό σχετίζεται με την εξαγωνική μορφή των καθρεπτών του Webb.
ΚΟΣΜΟΣ 12/07/2022 17:30
NASA: Οι νέες φωτογραφίες από τα πέρατα του Διαστήματος -«Μεγάλη ημέρα για την ανθρωπότητα»
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ 14/07/2022 11:05
NASA: Το διαστημικό τηλεσκόπιο Τζέιμς Γουέμπ ανοίγει το δρόμο για σημαντικές διαστημικές ανακαλύψεις
Πόσο μεγάλο κομμάτι του ουρανού καλύπτει αυτη η εικόνα; Η παρομοίωση που έγινε από ανθρώπους της NASA ήταν πως αν κάποιος κρατήσει έναν κόκκο σκόνης στην άκρη του χεριού του, θα μπορέσει να κρύψει αυτήν την περιοχή. Πίσω από έναν κόκκο σκόνης κρύβεται, λοιπόν, αυτός ο τεράστιος αριθμός αστροφυσικών πηγών που αποκαλύπτει το Webb.
Η σύγκρουση γαλαξιών Stephan’s Quintet
Το μινι-γκρουπ 5 γαλαξιών που ονομάζεται Stephan’s Quintet, είναι εξαιρετική περίπτωση για την επίδειξη των δυνατοτήτων του Webb, καθώς φαίνονται κοντινοί γαλαξίες κατά τη σύγκρουσή τους. Οι παρατηρήσεις αυτές, μαζί με φασματοσκοπικές, θα δώσουν πολλές πληροφορίες για τη βαρυτική και υδροδυναμική αλληλεπίδρασή γαλαξιών. Οι συγκρούσεις γαλαξιών είναι σημαντικές για τη μορφολογική εξέλιξή τους, όπως για τη δημιουργία σφαιροειδών από σπειροειδείς. Η εικόνα 2α είναι σύνθεση των επιμέρους εικόνων από τα όργανα NIRCam (άσπρη) και MIRI (κόκκινη). Στην εικόνα της κάμερας NIRCam, που παρατηρεί στο κοντινό υπέρυθρο, φαίνεται κυρίως η κατανομή φωτός από τα αστέρια των γαλαξιών. Στην εικόνα από το όργανο MIRI, που βλέπει στο μεσαίο υπέρυθρο, φαίνονται κυρίως η σκόνη και το αέριο. Τα δύο τελευταία συμπεριφέρονται σαν ρευστό, οπότε κατά τη σύγκρουση γαλαξιών φεύγουν από τον εκάστοτε γαλαξία στον οποίο άνηκαν και κινούνται γρήγορα προς το κοινό κέντρο βάρους του συστήματος - για το λόγο αυτό φαίνονται γέφυρες στην εικόνα. Μάλιστα, τα ρευστά υποφέρουν από υδροδυναμικές αστάθειες που τα κάνουν να φαίνονται πιο νηματοειδή, με πυκνώματα και αραιώματα. Στην περιοχή με την πιό έντονη εκπομπή σκόνης κι αερίου (που υποδεικνύεται με μπλε βέλος στην εικόνα 2β) υπάρχει κι αστροχημικό ενδιαφέρον, καθώς δημιουργούνται μόρια από άτομα υδρογόνου λόγω μεγάλης συμπίεσης κατά τη σύγκρουση. Το ίδιο συνέβη και κατά τη δημιουργία μοριακού υδρογόνου στο Πρώιμο Σύμπαν, οπότε μελέτη αυτής της περιοχής θα μας δώσει πληροφορίες και για το τι συνέβη στο παρελθόν. Η εικόνα από το MIRI στο μεσαίο υπέρυθρο είναι, από ποιοτικής άποψης, πραγματικά πρωτοφανής: η διαφορά στην ανάλυση με τις εικόνες του παλαιότερου διαστημικού τηλεσκοπίου Spitzer (οι οποίες μπορούν να βρεθούν, π.χ., στη δημοσίευση https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0004-637X/710/1/248/pdf) είναι εντυπωσιακή, χάρη στη διαφορά διακριτικής ικανότητας των τηλεσκοπίων. Παρόλα αυτά, η ανακάλυψη πολύ ισχυρού σήματος μοριακού υδρογόνου από το Spitzer ήταν από τις μεγαλύτερες ανακαλύψιες εκείνου του τηλεσκοπίου.
Εικόνα 2 - (α) Σύγκρουση Γαλαξιών Stephan’s Quintet σε κοντινό και μεσαίο υπέρυθρο, (β) το ίδιο, μόνο στο μεσαίο υπέρυθρο για την ανάδειξη της κατανομής αερίου και σκόνης
Νεφέλωμα Carina (Carina Nebula)
Υπέρυθρη εικόνα μιας νεαρής περιοχής αστρογέννησης, γνωστή ως NGC 3324, που βρίσκεται στο Νεφέλωμα Carina σε απόσταση περίπου 7,600 ετών φωτός από τη Γη. H εικόνα απεικονίζει μια απότομη αύξηση στην πυκνότητα του αερίου κατά μήκος μια επιφάνειας που μοιάζει με κορυφογραμμή. Η αύξηση αυτή προκαλείται από την πίεση ακτινοβολίας νεαρών άστρων που “σπρώχνει” το αέριο με αποτέλεσμα τη συμπίεσή του. Η εικόνα επίσης φανερώνει περιοχές αστρικής δημιουργίας που ήταν ως τώρα “αόρατες” στα οπτικά μήκη κύματος.
Νεαρά άστρα (φωτεινές κουκίδες στην εικόνα) δημιουργούνται καθώς σκόνη και αέριο (φωτεινή νεφελώδης μάζα στην εικόνα) καταρρέουν βαρυτικά. Το Webb, λόγω της ευαισθησίας του στο υπέρυθρο φως, μπορεί να κοιτάξει μέσα από την κοσμική σκόνη, η οποία δρα σαν μεγάλο “εμπόδιο” για το οπτικό φως το οποίο και απορροφά. Έτσι, μπορεί να δει μέσα στα “αστρικά φυτώρια”. Μπορούμε να δούμε ξεκάθαρα πλέον πίδακες ύλης που εκτοξεύονται από μερικά από αυτά τα νεαρά αστέρια. Η υπεριώδης ακτινοβολία και οι ισχυροί άνεμοι των νεαρών και πιο μαζικών αστέρων διαμορφώνουν με τη σειρά τους τις γύρω περιοχές δημιουργώντας ένα δυναμικό περιβάλλον.
Οι πρώιμες, γρήγορες φάσεις του σχηματισμού άστρων είναι δύσκολο να συλληφθούν, αλλά η εξαιρετική ευαισθησία, η χωρική ανάλυση και η ικανότητα απεικόνισης του Webb μπορούν να καταγράψουν αυτά τα γεγονότα. Το Webb θα μας βοηθήσει να απαντήσουμε μερικές βασικές ερωτήσεις της σύγχρονης αστροφυσικής όπως: Τι καθορίζει τον αριθμό των άστρων που δημιουργούνται σε μια περιοχή; Γιατί τα άστρα γεννιούνται με συγκεκριμένη μάζα;
Πλανητικό Νεφέλωμα Νότιου Δαχτυλιδιού (Southern Ring Planetary Nebula) όπως φαίνεται στο κοντινό υπέρυθρο (αριστερά) και στο μεσαίο υπέρυθρο (δεξιά)
Τα πλανητικά νεφελώματα είναι κελύφη αερίου και σκόνης που εκτοξεύονται από αστέρια που, λίγο πριν πεθάνουν, μπαίνουν σε φάση ταχείας απελευθέρωσης ενέργειας από πυρηνικές αντιδράσεις. Είναι ένας από τους μηχανισμούς εμπλουτισμού του μεσοαστρικού χώρου με βαριά στοιχεία, όπως άνθρακας και οξυγόνο, που έχουν παραχθεί στο εσωτερικό των αστέρων μέσω πυρηνικών συντήξεων. Το τηλεσκόπιο Webb παρατήρησε ένα τέτοιο πλανητικό νεφέλωμα σε απόσταση ~2,500 ετών φωτός με τις δύο κάμερες του, μια στο κοντινό υπέρυθρο (αριστερά) και μία στο μεσαίο υπέρυθρο (δεξιά).
Στο κέντρο του νεφελώματος υπάρχουν δύο άστρα (αντί για ένα που μέχρι πρότινος νομίζαμε!) που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από το κοινό κέντρο μάζας τους. Στην αριστερή εικόνα κυριαρχεί η ακτινοβολία από το πιο νεαρό και φωτεινό άστρο. Ωστόσο, αν δούμε την ίδια περιοχή σε άλλο μήκος κύματος -- που ανιχνεύει την εκπομπή από θερμή σκόνη -- εμφανίζεται πλέον και το αμυδρότερο άστρο για πρώτη φορά που είναι εμβαπτισμένο σε ένα κέλυφος από σκόνη (κόκκινη κουκίδα στη δεξιά εικόνα). Πρόκειται για ένα γηραιό άστρο που χάνει τα εξωτερικά του στρώματα δημιουργώντας ασυμμετρικά κελύφη αερίου και σκόνης, δηλαδή το ίδιο το πλανητικό νεφέλωμα. Κάθε κέλυφος αντιπροσωπεύει ένα επεισόδιο όπου το πιο αμυδρό αστέρι έχασε μέρος της μάζας του. Τα κελύφη αερίου προς τις εξωτερικές περιοχές της εικόνας εκτινάχθηκαν νωρίτερα, ενώ όσα είναι πιο κοντά στο αστέρι είναι πιο πρόσφατα. Η ανίχνευση αυτών των κελυφών επιτρέπει στους ερευνητές να εξετάσουν με λεπτομέρεια τα τελευταία στάδια της ζωής των αστέρων όπως ο Ήλιος μας.
Σύσταση ατμόσφαιρας εξωπλανήτη WASP-96 b
Το Webb έστρεψε τον καθρέφτη του προς τον εξωπλανήτη WASP 96-b, έναν γιγάντιο θερμό αέριο πλανήτη που περιστρέφεται γύρω από ένα αστέρι σαν τον Ήλιο σε απόσταση περίπου 1,000 έτη φωτός από τη Γη. Καθώς ο πλανήτης περνούσε μπροστά από το μητρικό του άστρο ένα μέρος του αστρικού φωτός φιλτραρίστηκε μέσα από την ατμόσφαιρα του πλανήτη αφήνοντας ένα “χημικό αποτύπωμα” στο μοναδικό φάσμα του φωτός. Οι ιδιαιτερότητες αυτού του δακτυλικού αποτυπώματος, δηλαδή οι κοιλάδες και οι κορυφές που φαίνονται στο φάσμα της εικόνας, υποδεικνύουν έντονα ότι υπάρχουν υδρατμοί, σύννεφα και ομίχλη στην ατμόσφαιρα του WASP 96-b.
Η μπλε γραμμή στο γράφημα απεικονίζει ένα μοντέλο ατμόσφαιρας με την καλύτερη προσαρμογή στα δεδομένα (σημεία με σφάλματα). Χρησιμοποιώντας τις βέλτιστες παραμέτρους του μοντέλου αυτού, οι ερευνητές μπορούν να μετρήσουν την ποσότητα των υδρατμών στην ατμόσφαιρα, να περιορίσουν την αφθονία διαφόρων στοιχείων όπως ο άνθρακας και το οξυγόνο και να εκτιμήσουν τη θερμοκρασία της ατμόσφαιρας σε διάφορα βάθη. Αυτές οι πληροφορίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να βγουν συμπεράσματα σχετικά με τη συνολική σύνθεση και τη δημιουργία του πλανήτη. Οι ερευνητές θα μπορούν να χρησιμοποιήσουν το φάσμα για να μετρήσουν την ποσότητα των υδρατμών στην ατμόσφαιρα, να περιορίσουν την αφθονία διαφόρων στοιχείων όπως ο άνθρακας και το οξυγόνο και να εκτιμήσουν τη θερμοκρασία της ατμόσφαιρας με το βάθος. Στη συνέχεια, μπορούν να χρησιμοποιήσουν αυτές τις πληροφορίες για να βγάλουν συμπεράσματα σχετικά με τη συνολική σύνθεση του πλανήτη, καθώς και πώς, πότε και πού σχηματίστηκε.
Το φάσμα του WASP-96 b που καταγράφηκε από το φασματογράφο NIRISS του Webb δεν είναι μόνο το πιο λεπτομερές φάσμα μετάδοσης μιας ατμόσφαιρας εξωπλανήτη κοντά στο υπέρυθρο που έχει καταγραφεί μέχρι σήμερα, αλλά καλύπτει επίσης ένα εξαιρετικά μεγάλο εύρος μηκών κύματος, συμπεριλαμβανομένου του ορατού κόκκινου φωτός και ενός μέρους του φάσματος που δεν ήταν προηγουμένως προσβάσιμο από άλλα τηλεσκόπια (μήκη κύματος μεγαλύτερα από 1,6 μικρόμετρα). Αυτό το τμήμα του φάσματος είναι ιδιαίτερα ευαίσθητο στο νερό καθώς και σε άλλα βασικά μόρια όπως το οξυγόνο, το μεθάνιο και το διοξείδιο του άνθρακα, τα οποία δεν είναι άμεσα εμφανή στο φάσμα WASP-96 b, αλλά θα πρέπει να ανιχνευθούν σε άλλους εξωπλανήτες που σχεδιάζονται για παρατήρηση από τον Webb.
Είναι άξιο αναφοράς ότι πολλές ανακαλύψεις αναμένονται να προκύψουν από προγράμματα του 1ου κύκλου παρατηρήσεων του Webb. Οι (εντυπωσιακές) εικόνες που θα δώσει το Webb στον κύκλο αυτό, όμως, θα είναι μόνο το 30% των παρατηρήσεών του. Το υπόλοιπο 70% θα αφορά φάσματα (δηλαδή μετρήσεις της έντασης ακτινοβολίας ανά μήκος κύματος) γιατί σε αυτά κωδικοποιείται πολύ περισσότερη πληροφορία αναφορικά με τις ιδιότητες των γαλαξιών, αστεριών, σκόνης κι αερίου.<p>Πηγή: <a target="_blank" href="https://www.iefimerida.gr">iefimerida.gr</a> - <a target="_blank" href="https://www.iefimerida.gr/tehnologia/kathigitries-toy-ekpa-exigoyn-me-apla-logia-ti-spoydaiotita-ton-eikonon-apo-ta-perata">Καθηγήτριες του ΕΚΠΑ εξηγούν με απλά λόγια τη σπουδαιότητα των εικόνων από τα πέρατα του σύμπαντος - iefimerida.gr</a></p>
Παρασκευή 22 Απριλίου 2022
Η ομορφιά της συμμετρίας και το εγκώμιο της ατέλειας Γράφει ο Αντώνης Αντωνίου
Ας υποθέσουμε ότι υποβάλλουμε σε μια ομάδα ανθρώπων την επόμενη ερώτηση: «Ποιο θεωρείτε πιο όμορφο από τα εξής γεωμετρικά σχήματα; Τον κύκλο, το τετράγωνο ή το παραλληλόγραμμο; Ποιο ικανοποιεί πιο πολύ την αισθητική σας;» Είναι σίγουρο βέβαια ότι οι απόψεις θα διέφεραν. Αλλά είναι επίσης σίγουρο ότι η πλειοψηφία των ερωτηθέντων θα έβαζε σε πρώτο επίπεδο προτιμήσεων τον κύκλο. Θα συμφωνούσε δηλαδή με τους αρχαίους Έλληνες, που πίστευαν και αυτοί, περισσότερο από δύο χιλιάδες χρόνια πριν, ότι ο κύκλος είναι το πιο τέλειο γεωμετρικό σχήμα. Αυτό παρακίνησε τον Αριστοτέλη να ισχυριστεί ότι οι κινήσεις των πλανητών έπρεπε να είναι κυκλικές, αφού ο ουρανός ήταν κόσμος της τελειότητας. Η εμμονή αυτή με τις κυκλικές πλανητικές τροχιές κράτησε ως τις αρχές του 17ου αιώνα, όταν ο μεγάλος γερμανός μαθηματικός και αστρονόμος Γιοχάνες Κέπλερ (Johannes Kepler, 1571-1630) αναγκάστηκε να παραδεχθεί με βαριά καρδιά ότι οι πλανήτες ακολουθούσαν τροχιές όχι κυκλικές, αλλά ελλειπτικές. Και λέμε με βαριά καρδιά γιατί και αυτός μέχρι τότε πίστευε ότι οι πλανήτες ακολουθούσαν τροχιές κυκλικές.
Που οφείλεται όμως αυτή η ταύτιση της ομορφιάς με το κυκλικό σχήμα; Οι λόγοι είναι κατ’ αρχάς μάλλον ενστικτώδεις. Αυτό σημαίνει ότι δυσκολευόμαστε να τους εξηγήσουμε με ακρίβεια. Ένας μαθηματικός ή ένας φυσικός θα μπορούσε να ισχυρισθεί ότι ο κύκλος είναι το ομορφότερο σχήμα, γιατί είναι και το πιο συμμετρικό, εισάγοντας κατ’ αυτόν τον τρόπο την έννοια της συμμετρίας.
Η συμμετρία ως έννοια
Η λέξη συμμετρία είναι αρχαιοελληνική και χρησιμοποιείται σχεδόν αυτούσια σε όλες τις γλώσσες. Σύμφωνα με το λεξικό συμμετρία σημαίνει «σωστό μέτρο, αναλογία». Χρησιμοποιήθηκε στην αρχιτεκτονική για να ορίσει τη «συμφωνία, την αναλογία των μερών ενός οικοδομήματος μεταξύ τους και προς το σύνολο, με στόχο την ομορφιά». Στη συνέχεια η λέξη πήρε, κατ’ επέκταση, και τη γενικότερη έννοια «της κανονικότητας και της αρμονίας που χαρακτηρίζει τα μέρη ενός αντικειμένου» και χρησιμοποιήθηκε και σε άλλους τομείς εκτός της αρχιτεκτονικής. Ιδιαίτερα γύρω στο 1660, κατά την κλασσική εποχή χρησιμοποιήθηκε στη Δύση για να χαρακτηρίσει ένα έργο τέχνης. Αργότερα, περί το 1770, χρησιμοποιήθηκε για να χαρακτηρίσει τη λογοτεχνία, ενώ το 1847 χρησιμοποιήθηκε και στη μουσική. Στην εγκυκλοπαίδειά του ο Ντιντερό (Diderot, 1713-1784), δίνει στη συμμετρία μια έννοια πιο συγκεκριμένη θεωρώντας, σε μια πρώτη προσέγγιση, ότι, αν έχουμε κανονική (ισομερή) κατανομή των μερών ενός αντικειμένου ως προς έναν άξονα, τότε λέμε ότι το αντικείμενο αυτό έχει συμμετρία ως προς τον άξονα αυτόν. Η Γη μας, για παράδειγμα, είναι συμμετρική ή σχεδόν συμμετρική ως προς τον άξονα περιστροφής της.
Ο όρος χρησιμοποιείται και στη βοτανική (1866), στη ζωολογία, αλλά κυρίως χρησιμοποιείται στη γεωμετρία (1872). Μεταφορικά χρησιμοποιούμε τη λέξη «συμμετρία» για να μιλήσουμε για ιδέες, θέματα ή καταστάσεις που μοιάζουν ή υπάρχει αντιστοιχία μεταξύ τους. Γίνεται εμφανής ο λόγος που η έννοια της συμμετρίας σχετίζεται με τη συμφωνία, την αναλογία, την κανονικότητα, την αρμονία, την ομορφιά. Έτσι, αν ένας φυσικός ή ένας μαθηματικός θέλει να χρησιμοποιήσει, κατά την αναζήτηση των φυσικών νόμων που περιγράφουν όλα αυτά που βλέπουμε γύρω μας, ως οδηγό του την ομορφιά, μέσα στα συστήματα που μελετά, θα πρέπει να εντοπίσει τη συμμετρία. Για να γίνει βέβαια αυτό θα πρέπει να εισαγάγει έναν ακριβή λειτουργικό ορισμό της συμμετρίας. Έτσι, σε μια δεύτερη προσέγγιση, λέμε ότι ένα αντικείμενο είναι συμμετρικό αν δεν αλλάζει εμφάνιση (παραμένει αναλλοίωτο) όταν το υποβάλλουμε σε ορισμένες διαδικασίες. Μένει, για παράδειγμα, αναλλοίωτο σε σχέση με κάποιον άξονα ή σε σχέση με κάποια περιστροφή. Αν πάρετε για παράδειγμα τη «φιγούρα» από ένα τραπουλόχαρτο και θεωρήσετε μια οριζόντια γραμμή, έναν οριζόντιο άξονα, θα δείτε ότι αυτός ο άξονας παίζει το ρόλο ενός καθρέφτη. Το πάνω μέρος της φιγούρας «καθρεφτίζεται» στο κάτω.
Η συμμετρία αυτή ως προς τον άξονα αυτόν λέγεται κατοπτρική συμμετρία ή συμμετρία δεξιά- αριστερά ή συμμετρία πάνω-κάτω. Ή αν περιστρέψετε τη φιγούρα αυτή κατά μια πλήρη περιστροφή (360 μοίρες) θα πάρετε την ίδια εικόνα. Το τραπουλόχαρτο-φιγούρα παρέμεινε αμετάβλητο ως προς την περιστροφή. Μπορούμε επομένως να πούμε ότι διαθέτει και περιστροφική συμμετρία.
Συνοψίζοντας λοιπόν θα λέγαμε ότι ένα σχήμα, ένα αντικείμενο ή γενικότερα μια κατάσταση είναι συμμετρική όταν παραμένει αναλλοίωτη σε κάποιες διαδικασίες.
Κατοπτρική συμμετρία
Είναι γεγονός ότι οι μεγαλύτεροι αρχιτέκτονες όλων των εποχών και των πολιτισμών χρησιμοποίησαν τη συμμετρία και μάλιστα την κατοπτρική συμμετρία για να εκφράσουν την αίσθηση που είχαν για την τάξη, την ομορφιά και την τελειότητα και να δώσουν στην όρασή μας και στο πνεύμα μας την αίσθηση αρμονίας. Για να το διαπιστώσουμε, αρκεί μόνο να παρατηρήσουμε την Αψίδα του Θριάμβου στο Παρίσι, τους Κήπους του Λε Νότρ στις Βερσαλλίες, την εκπληκτική γοτθική αρχιτεκτονική της Παναγίας των Παρισίων, αλλά πρώτα απ’ όλα τη δικιά μας την Ακρόπολη και τον επίσης δικό μας εκπληκτικό ναό της Αγίας Σοφίας στην Κωνσταντινούπολη.
Ένα άλλο παράδειγμα αμφίπλευρης συμμετρίας (δεξιά-αριστερά, κατοπτρική) είναι το σχήμα του ανθρωπίνου σώματος. Το πρόσωπό μας παρουσιάζει μια σχεδόν τέλεια συμμετρία δεξιά – αριστερά. Πάρτε μια από τις φωτογραφίες – πορτρέτα σας και κόψτε την στα δύο ακολουθώντας μια ευθεία γραμμή που να πηγαίνει από τη μέση του μετώπου σας ως τη μέση του σαγονιού σας. Κοιτάξτε την ανάκλαση της μισής φωτογραφίας σ’ έναν καθρέφτη και θα δείτε το ίδιο και απαράλλαχτο πορτρέτο σας. Βέβαια, υπάρχουν κάποιες διαφορές στις λεπτομέρειες, επειδή η συμμετρία ενός προσώπου είναι σχεδόν και όχι απόλυτα τέλεια.
Η αμφίπλευρη αυτή ιδιότητα σας κάνει να αναγνωρίζετε έναν φίλο σας από το προφίλ του, πλησιάζοντάς τον είτε από δεξιά είτε από αριστερά. Η συμμετρική, επίσης, διευθέτηση των ματιών και των αφτιών επιτρέπει στον άνθρωπο να βλέπει ανάγλυφα τα τοπία και να διακρίνει την προέλευση του ήχου. Μια τέτοια συμμετρία υπάρχει και στο ζωικό βασίλειο με μοναδική εξαίρεση ίσως ένα ψάρι που λέγεται «γλώσσα» το οποίο έχει και τα δύο του μάτια στην ίδια πλευρά.
Άλλα είδη συμμετριών
Υπάρχουν και άλλες συμμετρίες. Ένα κύκλος, για παράδειγμα, δεν αλλάζει εμφάνιση αν τον περιστρέψουμε γύρω από το κέντρο του. Παρουσιάζει, όπως λέγαμε και παραπάνω, την αποκαλούμενη περιστροφική συμμετρία. Ο κύκλος παρουσιάζει το απόλυτο ποσοστό περιστροφικής συμμετρίας, αφού σε οποιαδήποτε γωνία και αν τον περιστρέψουμε θα παραμένει πάντοτε ο ίδιος. Για αυτό είναι (ίσως και ενστικτωδώς) το συμμετρικότερο σχήμα. Αλλά και το τετράγωνο παρουσιάζει περιστροφική συμμετρία. Απλώς είναι λιγότερο συμμετρικό από τον κύκλο, αφού δεν παραμένει αναλλοίωτο ως προς οποιαδήποτε περιστροφή.
Για να μην αλλάζει η εμφάνισή του κατά την περιστροφή, θα πρέπει η γωνία περιστροφής να παίρνει μόνο τέσσερις τιμές, και συγκεκριμένα να είναι 90, 180, 270 ή 360 μοίρες. Το ορθογώνιο παραλληλόγραμμο είναι ακόμα λιγότερο συμμετρικό, αφού μόνο οι περιστροφές των 180 ή 360 μοιρών το αφήνει αμετάβλητο. Ίσως επομένως, να είχαν δίκιο οι αρχαίοι ημών πρόγονοι που επέλεξαν τον κύκλο ως το πιο όμορφο γεωμετρικό σχήμα. Είναι πιο όμορφο απ’ το τετράγωνο ή το ορθογώνιο παραλληλόγραμμο, επειδή είναι πιο απόλυτα συμμετρικός.
Αλλά και οι κρύσταλλοι του χιονιού που λαμπυρίζουν πάνω στα κλαδιά των γυμνωμένων δέντρων ή που παγώνουν στα τζάμια των σπιτιών, όταν η θύελλα έχει σκεπάσει με λευκό πέπλο την κοιμισμένη εξοχή, είναι εξαιρετικής ομορφιάς. Αν μαγεύουν το μάτι, είναι επειδή οι νόμοι της κρυσταλλοποίησης χρησιμοποίησαν απλές σταγόνες νερού για να δημιουργήσου μια ατελείωτη, σχεδόν, ποικιλία κρυσταλλικής γεωμετρίας με εκπληκτικές συμμετρίες. Δίνουν την αίσθηση της ομορφιάς επειδή ταυτόχρονα παρουσιάζουν κατοπτρική συμμετρία, δηλαδή διατηρούν την ίδια εμφάνιση ιδωμένη από διάφορες κατευθύνσεις, αλλά και περιστροφική συμμετρία, δηλαδή παραμένουν ίδιοι οποιοσδήποτε και αν είναι ο προσανατολισμός τους.
Συμμετρία καταστάσεων
Η Κτίση είναι απείρως πιο σύνθετη από έναν κύκλο ή από μια νιφάδα χιονιού όσο συμμετρικά, άρα και όμορφα είναι αυτά τα αντικείμενα. Η Κτίση για να υφάνει το πλούσιο και πολύπλοκο χαλί της πραγματικότητας, χρησιμοποιεί όχι μόνο τη συμμετρία των αντικειμένων, αλλά και τη συμμετρία των νόμων. Για παράδειγμα οι φυσικοί νόμοι παραμένουν ίδιοι όποιος και αν είναι ο προσανατολισμός του εργαστηρίου που τους μελετά. Αυτό βέβαια σήμερα φαίνεται αυτονόητο, αλλά δεν ήταν πάντα τόσο προφανές.
Ο Αριστοτέλης πίστευε ότι η φυσική κίνηση στο χώρο ήταν η κατακόρυφη, ότι κάθε πράγμα πήγαινε κατά προτίμηση από πάνω προς τα κάτω και ότι η Φύση «μισούσε» το οριζόντιο. Χρειάστηκε να περιμένουμε ως τον 16ο και 17ο αιώνα μέχρι που ο Γαλιλαίος και ο Νεύτων αντίστοιχα, να αποδείξουν ότι μέσα στο χώρο όλες οι διευθύνσεις είναι ισοδύναμες.
Το μήλο πέφτει κατακόρυφα στο έδαφος, όχι γιατί πρόκειται για μια διεύθυνση ευνοημένη από τη Φύση, αλλά λόγω του ότι ζούμε σε μια σφαιρική Γη που με τη βαρύτητά της, λόγω της μεγάλης μάζας της, έλκει το μήλο προς το κέντρο της. Οι φυσικοί νόμοι, επίσης, δεν εξαρτώνται ούτε από τον τόπο μελέτης. Είτε παρατηρώ έναν γαλαξία από το αστεροσκοπείο της Πεντέλης είτε από το αστεροσκοπείο της Χαβάης οι ιδιότητές του δεν αλλάζουν. Κάποιος που θα παρατηρούσε τον ίδιο γαλαξία από την άλλη άκρη του δικού μας Γαλαξία, θα εντοπίσει τις ίδιες ακριβώς ιδιότητες. Άρα συμπεραίνουμε ότι οι φυσικοί νόμοι παραμένουν αμετάβλητοι στο χώρο. Παρουσιάζουν δηλαδή μια χωρική συμμετρία.
Οι φυσικοί νόμοι είναι επίσης αμετάβλητοι σε σχέση με το χρόνο. Δεν έχει δηλαδή σημασία αν ο Γιοχάνες Κέπλερ ανακάλυψε τους νόμους που υπαγορεύουν την κίνηση των πλανητών το 1609 ή το 2011, αν ο Έντουιν Χάμπλ (Edwin Powell Hubble, 1889- 1953) ανακάλυψε τη διαστολή του Σύμπαντος το 1929 ή αν την ανακάλυπτε στις μέρες μας. Οι φυσικοί νόμοι ήταν, είναι και θα είναι πάντα οι ίδιοι. Αυτή η μη μεταβλητότητα των νόμων σε σχέση με το χρόνο είναι ιδιαίτερα χρήσιμοι για τον αστρονόμο. Του δίνει τη δυνατότητα να χρησιμοποιήσει τα τηλεσκόπια σα μηχανές που τον γυρίζουν πίσω στο χρόνο. Όμοια με τον εξερευνητή που πηγαίνει για παράδειγμα πίσω στο Νείλο, μέχρι να φθάσει στις πηγές του, έτσι και ο αστρονόμος πηγαίνει πίσω ως τις απαρχές του Σύμπαντος, του χώρου και του χρόνου.
Μολονότι το φως που κουβαλά μαζί του τόσες πληροφορίες, ταξιδεύει με τη μεγαλύτερη δυνατή ταχύτητα (300.000 χλμ/δευτ.), στην κλίμακα του Σύμπαντος μετακινείται με ταχύτητα χελώνας. Έτσι, η Σελήνη μας εμφανίζεται πως ήταν πριν από ένα δευτερόλεπτο περίπου, ο Ήλιος πως ήταν πριν από 8 λεπτά, ο πιο κοντινός αστέρας πως ήταν πριν από 4 περίπου χρόνια, ο πιο κοντινός σε εμάς γαλαξίας, αναλόγου μεγέθους με το δικό μας, ο γαλαξίας της Ανδρομέδας, πως ήταν περίπου 2,5 δισεκατομμύρια χρόνια πριν και ο πιο μακρινός γαλαξίας που παρατηρήθηκε ποτέ πως ήταν πριν από 12 δισεκατομμύρια χρόνια πριν.
Έτσι, μπορούμε να πούμε ότι οι φυσικοί νόμοι παρουσιάζουν μια χρονική συμμετρία, αφού παραμένουν, σε μεγάλο βαθμό , αναλλοίωτοι με το χρόνο. Και αυτή ακριβώς η χρονική συμμετρία μας δίνει τη δυνατότητα οι φυσικοί νόμοι που ανακαλύψαμε σ’ αυτή τη μικρή γωνιά, τη Γή μας, να μας βοηθούν κατανοήσουμε τις ιδιότητες των αστέρων και των γαλαξιών που βρίσκονται στην άλλη άκρη του Σύμπαντος.
Κατοπτρική συμμετρία και φυσικοί νόμοι
Ενώ στους φυσικούς νόμους ισχύει, όπως αναφέραμε προηγουμένως, η χρονική συμμετρία, γεννάται το ερώτημα: τι γίνεται με τις άλλες συμμετρίες; Η κατοπτρική συμμετρία, για παράδειγμα, ισχύει στους φυσικούς νόμους; Ας δούμε μερικά παραδείγματα. Πάρτε οποιοδήποτε φυσικό φαινόμενο, για παράδειγμα τη σύγκρουση ανάμεσα σε δύο μπάλες του μπιλιάρδου. Δείτε την ανάκλασή τους στον καθρέφτη.
Θέλουμε να μελετήσουμε το αν ο κόσμος που ανακλάται στον καθρέφτη ακολουθεί με ακρίβεια τους φυσικούς νόμους του πραγματικού κόσμου. Αν συμβαίνει αυτό τότε λέμε ότι οι νόμοι αυτοί παρουσιάζουν κατοπτρική συμμετρία. Στον καθρέφτη λοιπόν θα δείτε τις μπάλες του μπιλιάρδου να συναντούνται και να απομακρύνονται προς τις αντίθετες κατευθύνσεις.
Όμως κανένας από τους φυσικούς νόμους δεν θα παραβιασθεί. Επομένως χαρακτηρίζονται από συμμετρία δεξιά- αριστερά, από κατοπτρική δηλαδή συμμετρία. Ο Τσαρλς Λούτγουϊτζ Ντότζσον (Charles Lutwidge Dodgson, 1832-1898) γνωστός με το ψευδώνυμο Λιούις Κάρολ, στο «παραμύθι» του «Η Αλίκη μέσα απ’ τον καθρέφτη» ήθελε να επαληθεύσει κατά κάποιο τρόπο την άποψη αυτή. Βάζοντας τη μικρή του ηρωίδα να ζήσει μέσα στον κόσμο ενός καθρέφτη ήθελε να την κάνει να βιώσει αυτήν ακριβώς την κατοπτρική συμμετρία. Βέβαια αυτός ο κόσμος δεν είναι ολόιδιος με αυτόν στον οποίο ζούμε εμείς. Αν κοιταχτείτε στον καθρέφτη, ο άνθρωπος που θα ανακαλύψετε θα έχει βέβαια το ίδιο πρόσωπο και το χαμόγελό σας, αλλά η χωρίστρα σας για παράδειγμα θα είναι από την άλλη μεριά, η καρδιά σας θα είναι ελαφρώς προς τα δεξιά και οι περιπεπλεγμένοι έλικες του DNA σας θα περιελίσσονται κατά την αντίθετη φορά από την πραγματική.
Όμως, a priori, τίποτα από όλα αυτά δεν παραβιάζει τους γνωστούς φυσικούς νόμους. Έτσι αν, σαν άλλη Αλίκη, βρεθείτε στην άλλη πλευρά του καθρέφτη και συναντήσετε ένα φυσικό που θα έχει ελαφρώς την καρδιά του προς τα δεξιά, και του ζητήσετε να σας περιγράψει τους φυσικούς νόμους που διέπουν αυτό το Σύμπαν – κάτοπτρο, οι νόμοι αυτοί θα σας θυμίσουν σε τέτοιο βαθμό τους νόμους του πραγματικού Σύμπαντος, που θα συμπεράνετε το δίχως άλλο ότι και οι φυσικοί νόμοι παρουσιάζουν, αναμφισβήτητα, κατοπτρική συμμετρία.
Το «σπάσιμο» της συμμετρίας
Για φανταστείτε ένα σύνολο ανθρώπων που να έχουν όλοι τον ίδιο δείκτη ευφυΐας, έστω το μέσο όρο. Θα είχαμε μια τέλεια συμμετρία ευφυΐας αλλά καμία ελπίδα για να υπάρξει μέσα στο σύνολο αυτό ένας Πλάτωνας, ένας Αριστοτέλης, ένας Νεύτων ένας Αϊνστάιν κλπ., όπως βέβαια και κανένα άτομο με κάποιες νοητικές αδυναμίες. Άρα από δημιουργική άποψη η συμμετρία δεν είναι πάντοτε «καλή».
Με οδηγό τη συμμετρία των φυσικών νόμων και ως προς το χρόνο και ως προς το χώρο μπορέσαμε πλησιάσαμε στην αρχή της Δημιουργίας. Είδαμε ότι κατά τις πρώτες στιγμές το Σύμπαν ήταν πάρα πολύ μικρό, ζεστό και πυκνό, οι δυνάμεις μπορούσαν να ήταν ενοποιημένες και η ενότητα τέλεια. Αντιθέτως, σήμερα μετά από 15 περίπου δισεκατομμύρια χρόνια, ζούμε σε ένα Σύμπαν απίστευτα πολύπλοκο και ποικιλόμορφο, που διέπεται από τέσσερις διαφορετικές δυνάμεις, με εντελώς διαφορετική ένταση και χαρακτήρα.
Η δομή επιπλέον τόσο του μικρόκοσμου όσο και του μακρόκοσμου δείχνει ότι η ύλη παρουσιάζει και αυτή μια ποικιλότητα εκπληκτική. Η Κτίση φαίνεται να διασκεδάζει με το να διαφοροποιείται Γιατί δεν «επέλεξε» να κατασκευάσει πανομοιότυπους τους δομικούς λίθους της ύλης; Η απάντηση είναι απλή: ένα τέλειο Σύμπαν θα μπορούσε βέβαια να είναι πιθανό, αλλά θα ήταν άγονο και ζοφερό. Ένα τέτοιο Σύμπαν δεν θα μπορούσε να φιλοξενήσει το άρωμα των τριαντάφυλλων, ούτε το τραγούδι των αηδονιών, ούτε τις λαμπερές φλόγες του ηλιοβασιλέματος. Η τέλεια ενοποίηση, η αλάνθαστη συμμετρία, η απόλυτη τελειότητα θα ήταν συνώνυμες με τη στειρότητα, με μια νεκρή και άγονη φύση. Η Κτίση παρουσιάζει τόσες ομορφιές, ακριβώς επειδή έσπασε η αρχική συμμετρία.
Το εγκώμιο της ατέλειας
Αυτήν τη σπουδαιότητα της ατέλειας την ξαναβρίσκουμε στους πιο διαφορετικούς τομείς, από τα μαθηματικά και τη φυσική, ως τη βιολογία. Οι ατέλειες είναι συχνά χρήσιμες, αν όχι αναγκαίες. Τα μικρά λάθη, τα ελαφρά ελαττώματα, οι μικροσκοπικές κηλίδες, οι απειροελάχιστες εξαιρέσεις του κανόνα είναι αναντικατάστατες για την καλή λειτουργία των συστημάτων. Για παράδειγμα, όπως είχε γραφτεί κάποτε στον τύπο, στην Ιαπωνία αναρωτιόντουσαν γιατί τα εναέρια καλώδια που πουλούσε η Γαλλία στην Ιαπωνία φθείρονταν πολύ γρηγορότερα στους σιδηροδρόμους της Ιαπωνίας από ότι στους σιδηροδρόμους στη Γαλλία. Το πρόβλημα απαντήθηκε, όταν έγινε αντιληπτό ότι οι Ιάπωνες μηχανικοί, μανιακοί με την ακρίβεια, τοποθετούσαν τους πυλώνες αφήνοντας ενδιάμεσα διαστήματα ακριβώς 100 μέτρων, ενώ οι γάλλοι ομόλογοί τους άφηναν διαστήματα περίπου 100 μέτρων. Ως εκ τούτου, σχηματίζονταν ένα σύστημα κυμάτων δόνησης μεγάλου εύρους, που έκανε τα ηλεκτρικά καλώδια να τρίβονται πάνω στα εναέρια καλώδια και τα έφθειρε πρόωρα. Το πρόβλημα ήταν η τελειότητα του συστήματος. Η λύση, ήταν μια μικρή ατέλεια στα διαστήματα που αφήνονταν.
Αλλά και η τελειότητα του χρόνου μπορεί να αποδειχθεί τόσο ολέθρια, όσο και η τελειότητα του χώρου: οι στρατιώτες δεν πρέπει ποτέ να παρελαύνουν με το ίδιο βήμα διασχίζοντας μια γέφυρα, γιατί τα επαναλαμβανόμενα και συγχρονισμένα κτυπήματα θα μπορούσαν να την κάνουν να καταρρεύσει. Είναι το γνωστό από τη φυσική φαινόμενο του συντονισμού.
Αλλά και αυτή η ίδια η ιστορία του Σύμπαντος αποτελείται από μια σειρά από σπασμένες συμμετρίες, από ελεγχόμενες ατέλειες. Αυτή η ατέλεια μέσα στην τελειότητα είναι εκείνη που επιτρέπει στη σκοτεινή νύχτα να φωτίζεται από αστέρες και γαλαξίες. Ο κόσμος σφύζει από χρώματα, αλλά και από θόρυβο και έξαψη. Για να δημιουργήσει την πολυπλοκότητα και την καινοτομία, το Σύμπαν «αναγκάσθηκε» να σπάσει την τέλεια συμμετρία των αρχικών δυνάμεων. Το έκανε «αυθόρμητα» (οι φυσικοί μιλούν για αυθόρμητο σπάσιμο της συμμετρίας) καθώς κατέβαινε η θερμοκρασία του.
Πράγματι το κρύο σπάει τη συμμετρία. Αλλά και ένα άλλο σπάσιμο είναι εκείνο μεταξύ ύλης και αντιύλης. Με τον όρο αντιύλη εννοούμε ακριβώς ό,τι και με την ύλη αλλά με διαφορετικό ηλεκτρικό φορτίο. Το αντιπρωτόνιο, για παράδειγμα, είναι ακριβώς όπως και το πρωτόνιο, αλλά με αρνητικό φορτίο. Το αντιηλεκτρόνιο είναι ακριβώς ό, τι είναι και το ηλεκτρόνιο, αλλά με θετικό φορτίο. Δηλαδή, αν βλέπαμε κάποιον ο οποίος αποτελείτο από αντιύλη, δεν θα το καταλαβαίναμε. Εκείνο που θα έπρεπε να αποφύγουμε ήταν να τον χαιρετίσουμε δια χειραψίας γιατί τότε και οι δύο θα εξαϋλωνόμασταν.
Αν λοιπόν οι αρχικές συνθήκες δημιούργησαν εκτός από την ύλη και την αντιύλη μέσα στο πρωτογενές Σύμπαν, πως γίνεται να ζούμε σήμερα σε ένα Σύμπαν που αποτελείται αποκλειστικά από ύλη; Τι συνέβη στην αντιύλη; Σήμερα γνωρίζουμε ότι μέσα στον Γαλαξία μας δεν υπάρχουν πλήθη αντιαστέρων με ακολουθίες αντιπλανητών, πάνω στους οποίους να υπάρχουν αντι-εσείς που να χειρίζονται τον αντι-υπολογισή τους. Μας το πληροφορούν οι κοσμικές ακτίνες, αυτά τα σωματίδια που γεννιούνται από την επιθανάτια έκρηξη των μεγάλων αστέρων που μας έρχονται από το διάστημα. Περιέχουν μόνο 0,01% αντιύλης.
Τι θα γινόταν αν δεν είχε σπάσει αυτή η συμμετρία ύλης/αντιύλης;
Αν επικρατούσε η αντιύλη δεν θα γινόταν τίποτα. Θα ήμασταν σήμερα από αντιύλη. Αν όμως είχαμε τέλεια συμμετρία και είχαμε τόσα σωματίδια όσα και αντισωματίδια, σίγουρα δεν θα υπήρχαμε σήμερα εδώ και να συζητάμε αυτό το θέμα. Η ύλη και η αντιύλη θα εξουδετερώνονταν εντελώς και το Σύμπαν θα περιείχε μόνο φωτόνια, δηλαδή μόνο φως και θα ήταν ανίκανο να δημιουργήσει αστέρες, γαλαξίες κλπ.. Θα ήταν ένα Σύμπαν άγονο. Το Σύμπαν λοιπόν, «αναγκάστηκε» νωρίς να βρει έναν τρόπο να σπάσει αυτή τη συμμετρία ύλης/αντιύλης δείχνοντας μια, άγνωστο γιατί, προτίμηση στην ύλη. Δηλαδή για κάθε ένα δισεκατομμύριο στοιχειωδών αντισωματιδίων δημιούργησε ένα δισεκατομμύριο συν ένα σωματίδια. Απειροελάχιστη διαφορά μεν, πλήρης συνεπειών δε.
Έτσι το ένα δισεκατομμύριο αντισωματίδια αντέδρασε με το ένα δισεκατομμύριο σωματίδια δημιουργώντας ένα δισεκατομμύριο φωτόνια και περίσσεψε ένα σωματίδιο ύλης χωρίς σωματίδιο αντιύλης που να το καταστρέφει. Για αυτό στο Σύμπαν σήμερα σε κάθε ένα σωματίδιο ύλης αντιστοιχεί ένα δισεκατομμύριο σωματιδίων φωτός.
Το ερώτημα βέβαια είναι, γιατί αυτή η ρήξη της συμμετρίας και γιατί αυτή η απειροελάχιστη προτίμηση του Σύμπαντος στην ύλη; Η απάντηση δεν έχει γίνει γνωστή ακόμα, παρ’ όλες τις προσπάθειες των φυσικών, και ειδικά του μεγάλου ρώσου αντιφρονούντα στο τότε σοβιετικό καθεστώς Αντρέι Ζαχάρωφ (Andrei Dmitrievich Sakharov, 1921-1989).
Ένα Σύμπαν ατελές μέσα στην τελειότητά του
Ζούμε μέσα σε ένα Σύμπαν που μέσα στην τελειότητα «αναγκάσθηκε» να εισαγάγει την ελεγχόμενη ατέλεια για να «επιτρέψει» την ύπαρξή μας. Ζούμε μέσα σε ένα Σύμπαν που είναι εκεί που πρέπει συμμετρικό και εκεί που πρέπει «σπάζει» τη συμμετρία, που είναι εκεί που πρέπει χαοτικό και εκεί που πρέπει αρμονικό. Ζούμε σε ένα Σύμπαν που δημιουργεί μιαν απίστευτη και ταυτόχρονα πανέμορφη ποικιλομορφία. Ζούμε σε ένα Σύμπαν που είναι ατελές μέσα στην τελειότητά του.
(Ο Αντώνης Αντωνίου, Δρ Αστροφυσικής Παν/μίου Αθηνών είναι Διδάσκων Πανεπιστημίου Πελοποννήσου και Επιστημονικός υπεύθυνος της Εστίας Γνώσης και Πολιτισμού Χαλκίδας)
web: http://web.cc.uoa.gr/fasma/
email: ananton@phys.uoa.gr
i Σημειώνεται ότι η χρονική συμμετρία που αφορά τους φυσικούς νόμους δεν ισχύει όταν αυτοί εξελίσσονται σε κάποιες εξαιρετικές συνθήκες, όπως για παράδειγμα, κοντά στον ορίζοντα γεγονότων μιας μελανής οπής.
Εγγραφή σε:
Σχόλια (Atom)