ΚΙΝΔΥΝΟΙ ΚΑΙ ΣΥΝΕΠΕΙΕς (?) ΤΟΥ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟς ΣΤΟ CERN

Πώς ένας κόκκος σκόνης απειλεί το σύμπαν

της Sabine Voss

16/03/2007

Γεωλογία

Αν ρωτούσαμε σήμερα στο δρόμο » Τι  είναι προς το παρόν η μεγαλύτερη απειλή για τη γη ; » θα παίρναμε σίγουρα πολλές καλές απαντήσεις, άλλα μόνο μια χούφτα φυσικοί θα ήξεραν τη σωστή. Στη συνήθως τόσο ειδυλλιακή  Ελβετία προετοιμάζεται ένα πείραμα το οποίο μπορεί να προκαλέσει τεράστιες καταστροφές σε μεγάλη ακτίνα. Με το παραμικρό λάθος, που θα ήταν ήδη η παρουσία ενός κόκκου σκόνης κατά τη διάρκεια του πειράματος, θα τεθεί σε λειτουργία μια αλυσιδωτή  αντίδραση την οποία δεν μπορεί να σταματήσει κανείς.

Κατ’ αρχάς το θηρίο αυτό θα αφαιρέσει όλους τους έμβιους  οργανισμούς, μετά θα φάει τη γη και τελικά ως επιδόρπιο μέρη του ηλιακού μας συστήματος, χωρίς να ξέρει κανείς πού θα είναι το τέλος. Αυτοί, στους οποίους δόθηκε αυτό το θεϊκό χάρισμα, βρίσκονται στη Γενεύη, στο ινστιτούτο CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire).

Το CERN ιδρύθηκε το 1954 από 11 ευρωπαϊκές χώρες μεταξύ άλλων και η Έλλαδα και απαρτίζεται σήμερα από 20 χώρες- μέλη. Εκεί πρόκειται να δημιουργήσουν μέσω του Μεγάλου Επιταχυντή Συγκρουόμενων Δεσμών Ανδρονίων ( LHCLarge Hadron Collider) για λίγα δισεκατομμυριοστά ενός δευτερολέπτου μια μελανή οπή. Παρόλο που στην ιδεώδη περίπτωση η μελανή οπή θα διασπαστεί αμέσως, οι επιστήμονες θα έχουν αρκετό καιρό να την παρακολουθήσουν με ευαίσθητες συσκευές. Το LHC είναι ένας τεράστιος μαγνήτης σε σχήμα ενός κειτομένου κύκλου και μήκους είκοσι οχτώ μέτρων. Σε μια τροχιά δύο πρωτόνια επιταχύνονται όλο και περισσότερο ώσπου έχουν σχεδόν ταχύτητα φωτός. Αλλά ο υπερμαγνήτης που κοστίζει δύο δισεκατομμύρια Ευρώ είναι πολύ ευαίσθητος και τα πειράματα λειτουργούν μόνο σε 1,9° κέλβιν ( 271.25° βαθμοί Κελσίου υπό το μηδέν) και υπό συνθήκες κενού. Όμως οποιαδήποτε ανωμαλία στις συνθήκες κενού μπορεί να δημιουργήσει σοβαρότατο ατύχημα, ενώ για κάποιους μπορεί να σημαίνει ακόμα και την εξόντωση της ανθρωπότητας.

Η ύπαρξη των μαύρων τρυπών δεν αποτελεί πλέον αντικείμενο διαμάχης πια αλλά υπάρχουν πολλές διαφορετικές θεωρίες για τη φύση τους. Δε θεωρούνται πια φυσικές ανωμαλίες όπως πριν από  20 χρόνια. Μπορούμε να τις βρούμε παντού στο σύμπαν. Χωρίς τις μαύρες τρύπες δε θα μπορούσαμε να εξηγήσουμε ούτε τις παρατηρούμενες σκούρες, πυκνές μάζες στο κέντρο των γαλαξίων (όπως στο δικό μας) ούτε από που τα κβάζαρ παίρνουν την απόλυτη πραγματική λαμπρότητα. Τα κβάζαρ είναι  πάρα πολύ φωτεινοί και απόμακροι γαλαξίες. Το κοντύτερο είναι το 3C273 σε απόσταση πάνω από ένα εκατομμύριο έτος φωτός που έχει την εκατοπλάσια λαμπρότητα από ένα κανονικό γαλαξία. Μόνο οι εκπομπές ακτινοβολίας κατά τη διάρκεια της λήψης ύλης μιας μαύρης τρύπας  μπορούν να τα εξηγήσουν. Επί πλέον εξηγούν τους πίδακες (Jets), πελώρια επικεντρωμένα ρεύματα από πλάσμα τα οποία ρίπτονται από το εσωτερικό ενός ενεργητικού γαλαξία σχεδόν με έτος φωτός. Κοντολογίς, μια μελανή οπή είναι ένα αστρονομικό αντικείμενο το οποίο λόγω του ισχυρού του πεδίου βαρύτητας κυρτώνει τόσο πόλυ το χωρόχρονο ώστε ούτε φως ούτε ύλη μπορούν να διαρρέουν. Όμως σήμερα δε θεωρούνται πια άγνωστοι θανατηφόροι κίνδυνοι αλλά τόπος γεννήσεώς του σύμπαντος.

Μια μελανή οπή αποτελεί το κέντρο του κάθε γαλαξία στο οποίο περιστρέφονται ήλιοι, πλανήτες και αστέρια. Γι΄ αυτό δεν ήταν καμία έκπληξη που ανακαλύφθηκε τελικά και στο δικό μας ηλιακό σύστημα μια μαύρη τρύπα. Οι επιστήμονες είχαν βρει μια φωτεινή περιοχή που εν αντιθέσει με τα άλλα ουράνια σώματα  ήταν ακίνητη. Αυτή είναι η δική μας μαύρη τρύπα η οποία είναι 24.000 έτη φωτός μακριά στο αστερισμό Τοξότης. Η μάζα της είναι περίπου τρια εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του ηλίου μας.

Οι μαύρες τρύπες είναι τόσο πυκνές που δεν εκπέμπουν καμία ακτινοβολία από το εσωτερικό τους. Αλλά ευτυχώς η δική μας είναι αδρανής όπως οι περισσότερες στον κόσμο. Το γεγονός πως που και που τρώει λιγάκι δεν είναι επικίνδυνο για μας. Γύρω από το κέντρο μιας μαύρης τρύπας υπάρχει ο λεγόμενος ορίζοντας γεγονότων (event horizon) μέσα στο οποίο ελκύονται και απορροφούνται όλες οι ακτίνες και η ύλη. Εκεί συμβαίνουν μερικές μοναδικές φυσικές ανωμαλίες, λ.χ. η ταχύτητα ενός μορίου για να απελευθερωθεί από το δυνατό βαρυτικό πεδίο, η λεγόμενη ταχύτητα διαφυγής, έπρεπε να ξεπερνάει την ταχύτητα του φωτός. Όμως ο Άλμπερτ Αϊνστάιν απέδειξε στη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας ότι η ταχύτητα του φωτός  είναι το ανώτατο όριο ταχύτητας για σήματα και ύλη. Γι’αυτό από τον ορίζοντα γεγονότων τα πάντα εμφανίζονται στη μαύρη τρύπα. Η δύναμη της βαρύτητας ελκύει όλα που βρίσκονται αρκετά κοντά και τρέφει έτσι την τρύπα. Λόγω του ταΐσματος ( Αccretion) η μαύρη τρύπα επεκτείνεται και αποκτάει μεγαλύτερη μάζα. Με την αύξηση του μεγέθους η μαύρη τρύπα γίνεται επιπλέον όλο και πιο δυνατή αφού ο ορίζοντας γεγονότων αυξάνει σταθερά με τη μάζα και από την άλλη πλευρά  και η σφαίρα επιρροής της. Μόνο αν δεν υπάρχει τίποτα πια στις γύρω τις περιοχές που μπορεί να καταβροχθίζει σταματάει να μεγαλώνει και γίνεται αδρανής. Όμως και μαύρες τρύπες μπορούν να χάσουν ενέργεια. Αφενός μέσω των ήδη αναφερθέντων πιδάκων  και αφετέρου μέσω της ακτινοβολίας Hawking, μια θερμική ακτινοβολία που την εκπέμπει διαρκώς η μαύρη τρύπα. Όμως δεν πεθαίνουν ποτέ και περιέρχονται απλώς σε ένα είδος χειμερίας νάρκης  από την έλλειψη δραστηριότητας από την οποία ξυπνάνε πάραυτα αν ύπαρχει τροφή κοντά τους. Αυτήν την στιγμή που ένας δήθεν ήρεμος γαλαξίας παίρνει ξαφνικά καύσιμο μετατρέπεται σε μια ενεργητική και γίνεται πηγή θανάτου για το περιβάλλον της.

Μα γιατί οι επιστήμονες πρόκειται να πλάσουν ένα τέτοιο τέρας;  Ένα τέρας που δεν μπορεί να σταματηθεί σε περίπτωση ενός λάθος; Ένα τέρας που καθίσταται ανεξέλεγκτο και καταστρέφει κάθε μορφή ζωής στη γη;

Οι επιστήμονες του CERN επιβεβαιώνουν πως δεν υπάρχει κίνδυνος αφού ελήφθησαν όλα τα μέτρα. Δύο πρωτόνια θα επιταχθούν ως σχεδόν την ταχύτητα του φωτός πριν συγκρουσθούν. Με αυτό τον τρόπο θα απελευθερώνεται τόσο πολλή ενέργεια ώστε θα δημιουργηθεί μια μαύρη τρύπα με τη μάζα των δύο ενωμένων πρωτονίων. Όμως οι επιστήμονες καθησυχάζουν πως η τρύπα αυτή είναι μικρότερη από ένα άτομο και ότι θα διασπασθεί αμέσως αφού δεν μπορεί να τρώει. Αλλά αυτό το κλάσμα ενός δευτερολέπτου θα τους αρκούσε να μάθουν κάτι για τη δημιουργία του  κόσμου, για τη γέννηση του σύμπαντος.

Οι ειδικοί θέλουν να βρουν απαντήσεις στο ερώτημα: Ποιά είναι η προέλευση των μαζών; Επιπλέον ονειρεύονται να δραπεύσουν από την τρισδιάσταση μας φυλακή με τη βοήθεια της μινι-τρύπας. Εν τω μεταξύ στην επιστήμη οι έννοιες δεν μετρούνται πια με τέσσερις διαστάσεις (η τέταρτη είναι ο χρόνος) αλλά με έως και έντεκα διαστάσεις. Αν η τρύπα ήταν αρκετή μεγάλη ένας άνθρωπος θα μπορούσε να πετάει μέσα στο χώρο και χρόνο. Στη Γενεύη θα εισερχόταν στη μελανή οπή και θα εγκατέλειπε την σκουληκότρυπα κάπου μακριά από τη γη.  Εκεί θα μπορούσε να είναι δύο εκατομμύρια χρόνια πριν από μας ή κάποια στιγμή στο δικό μας μέλλον.  Ποιος δεν έχει ευχηθεί να ρίξει μια ματιά στο μέλλον ή να αλλάξει κάτι στο παρελθόν; Ποιος δεν έχει ονειρευτεί να ξαναζήσει μια συγκεκριμένη στιγμή; Αυτή η μαύρη τρύπα θα μπορούσε να είναι η είσοδος μιας χρονομηχανής και εμείς ανοίγουμε τώρα την πόρτα της. Ταξίδια σε απόμακρα ηλιακά  συστήματα θα ήταν ξαφνικά δυνατά κι οι επιστήμονες θα μπορούσαν να οπισθοχωρούν σχεδόν ως τη γέννηση του σύμπαντος. Όμως όχι στην πρώτη στιγμή, στην απόλυτη δημιουργία, αφού τότε δεν υφίστατο χρόνος και γι’αυτό δε θα μπορούσε να προγραμματιστεί η χρονομηχανή. Και ακριβώς ο προγραμματισμός μιας μαύρης τρύπας είναι το πρόβλημα. Δεν το καταφέρνουμε. Ελέγξιμα μπορούμε να δημιουργήσουμε μόνο μια μινι-εκδοχή που δεν μπορούσε να την διασχίζει ένα άτομο πόσο μάλλον ένας άνθρωπος. Αν όμως αναχωρούσαμε, με κάποιον άγνωστο τρόπο, δε θα επιζούσαμε. Ο θάνατος θα επερχόταν τόσο γρήγορα ώστε ούτε καν θα παρατηρούσαμε την αρχή του ταξιδιού, το πρώτο βήμα ή την σκέψη να κάνουμε το πρώτο βήμα. Κανείς δεν μπορεί να υπολογίσει πού είχαν μεταφερθεί τα ανθρώπινα μόρια. Στην αγγελία θανάτου θα γραφόταν μόνο: « Αναπαύεται εν τόπω χλοερώ κάπου στο διάστημα.»

Δε θέλω να διαδίδω κατάθλιψη μόνο και μόνο αφού μερικοί τρελοί επιστήμονες πρόκειται να παίξουν το Δημιουργό. Ας ελπίζουμε πως ξέρουν τι κάνουν ακριβώς εκεί.                   .

Όμως αν δεν ξέρουν τι κάνουν δεν πειράζει, αφού για μεταμέλεια δε θα υπάρξει καιρός.

http://www.e-telescope.gr

Μπορεί ένα εργαστηριακό πείραμα να καταστρέψει τη Γη;

Υπάρχει, λένε οι φυσικοί, έστω και μια απειροελάχιστη πιθανότητα ένα πείραμα φυσικής, που σχεδιάζεται στο CERN για το 2005, να καταστρέψει τη Γη.

Πρόσφατες εξελίξεις στη φυσική υποδεικνύουν ότι υπάρχει ένας αυξημένος κίνδυνος από τα επερχόμενα πειράματα κατά τις συγκρούσεις σωματιδίων υψηλής ενέργειας, για να καταστραφεί η Γη. Οι θεωρητικοί των υπερχορδών, που θεωρούν ότι υπάρχουν κρυμμένες διαστάσεις, προβλέπουν ότι στους επιταχυντές των σωματιδίων θα παραχθούν μίνι-μαύρες τρύπες, οι οποίες θα διαλυθούν εξ’ αιτίας της ακτινοβολίας Hawking. Ο κίνδυνος από την ακτινοβολία Hawking, που δεν έχει φανεί ποτέ ούτε έχει δοκιμαστεί, είναι ότι μπορεί να μην δουλεύει όπως αναμένεται.

Έχει γίνει παράδοση ότι οι φυσικοί, που εμπλέκονται σε μεγάλα πειράματα αυτού του είδους, να δημοσιεύουν μια αξιολόγηση του κινδύνου των πειραμάτων, για να πειστούν και οι άλλοι ότι ο κίνδυνος είναι ελάχιστος. Αυτή είναι μια καλή παράδοση. Είναι πολύ καλό που οι φυσικοί σκέπτονται τέτοια πράγματα. Εντούτοις, δεν αρκεί που οι φυσικοί αναλαμβάνουν να εξετάσουν οι ίδιοι τα πειράματά τους. Όταν μια ομάδα επιστημόνων επενδύει εκατομμύρια σε ορισμένα πειράματα και εξαρτώνται οι σταδιοδρομίες τους από αυτά, είναι επίσης εύκολο να θεωρήσουν ότι δεν υπάρχουν κίνδυνοι. Ο φυσικός Francesco Calogero έχει προτείνει οι κίνδυνοι από τα πειράματα να αξιολογούνται από μια κόκκινη ομάδα, όπως την αναφέρει, που θα υποστηρίζει την εργασία, και μια μπλε ομάδα, που να είναι εναντίον της. Οι φυσικοί του επιταχυντή που θα γίνουν τα πειράματα, είναι συνεπώς η κόκκινη ομάδα. Όλοι οι υπόλοιποι, οι άλλοι ενδιαφερόμενοι φυσικοί, τα μέσα των ειδήσεων, και τα πεπειραμένα μέλη του κοινού, θα αποτελούν την μπλε ομάδα.

Πρόσφατα, προκλήθηκαν μερικές ανησυχίες για την πιθανότητα σε πειράματα συγκρούσεων μεταξύ ιόντων υψηλής ενέργειας που γίνονται τώρα στο Εθνικό Εργαστήριο Brookhaven στις Ηνωμένες Πολιτείες, και σε παρόμοια που προγραμματίζονται να αρχίσουν μερικά χρόνια μετά στο Κέντρο Πυρηνικών Μελετών και Ερευνών (CERN) στη Γενεύη, να έχει κατακλυσμικές συνέπειες και σαν αποτέλεσμα αυτών να εξαφανιστεί η Γη.

Η πιθανότητα να συμβεί αυτό είναι φυσικά πολύ μικρή. Οι φυσικοί ερεύνησαν και παρουσίασαν στο πρώτο μέρος μιας εργασίας το βαθμό του κινδύνου και βγάζουν τα συμπεράσματά τους. Στο δεύτερο μέρος, αυτής της εργασίας, λαμβάνοντας υπόψη τους αυτό το προηγούμενο παράδειγμα, γίνεται μια σύντομη ανάλυση από τη σκοπιά την επιστημονική, την ηθική, την πολιτική και την κοινωνιολογική αν έστω και οι ελάχιστοι κίνδυνοι από τα πειράματα γίνουν πραγματικοί. Αν έλθει δηλαδή μιας εντελώς καταστροφική έκβαση — με ιδιαίτερη έμφαση στις σχετικές ευθύνες της επιστημονικής/τεχνολογικής κοινότητας.

Οι αξιολογητές του κινδύνου για τις συγκρούσεις μεταξύ ιόντων στους επιταχυντές, που αναπτύχθηκαν πριν από αυτήν την θεωρία, απέρριψαν τις μίνι-μαύρες τρύπες αλλά εξέφρασαν την ανησυχία για άλλα υποθετικά προϊόντα των συγκρούσεων όπως είναι οι μεταβάσεις σε μια χαμηλότερη κενή κατάσταση που θα μπορούσε να έχει παρόμοια αποτελέσματα.

Η άποψη των φυσικών

Πρόσφατες υποθέσεις στη θεωρία των υπερχορδών προτείνουν ότι μπορούν να δημιουργηθούν μίνι-μαύρες τρύπες, όταν λειτουργήσει η επόμενη γενιά επιταχυντών στο CERN, όταν θα συγκρούονται σωματίδια. Η ιδέα των φυσικών είναι ότι η βαρύτητα μπορεί να είναι πολύ ισχυρότερη από την αναμενόμενη (την υπολογίζουν μέχρι και 1033 φορές ισχυρότερη) στις πολύ μικρές κλίμακες εάν ο νόμος του αντίστροφου τετραγώνου  γίνει ένας νόμος του αντίστροφου σε δύναμη άνω του τρία στις μικρές κλίμακες, κάτι που θα οφείλεται στις κρυμμένες πρόσθετες διαστάσεις.

Οι κρυμμένες πρόσθετες διαστάσεις στις υποατομικές κλίμακες προβλέπεται ότι υπάρχουν από τη θεωρία των χορδών. Η θεωρία των χορδών θεωρείται αρκετά εύλογη από πολλούς φυσικούς. Οι φυσικοί που προβλέπουν παραγωγή μίνι μαύρων οπών αναμένουν ότι αυτές οι τρύπες πρόκειται να εξατμιστούν μέσω της ακτινοβολίας Hawking. Αλλά η ακτινοβολία Hawking δεν έχει φανεί ποτέ πουθενά. Είναι η θεωρία της βασισμένη μεν στην κβαντική θεωρία αλλά θεωρείται δε από πολλούς σαν μια περίεργη θεωρία. Εάν δημιουργηθούν οι μίνι-μαύρες τρύπες και δεν εξατμιστούν τότε αυτές θα μπορούσαν να συμπιέσουν τη Γη.

Ένας λόγος για να μην ανησυχούμε είναι ότι οι κοσμικές ακτίνες με το επίπεδο ενέργειας των επερχόμενων επιταχυντών κτυπούν τη Γη (και το φεγγάρι) για δισεκατομμύρια χρόνια χωρίς καμιά καταστροφική επίδραση. Αλλά μια μίνι-μαύρη τρύπα,  η οποία δημιουργείται από δύο μόνο άτομα, ένα άτομο μιας κοσμικής ακτίνας και ένα άτομο πάνω στη Γη, θα διατηρούσε τη σχετικιστική ορμή του ατόμου της κοσμικής ακτίνας. Θα κινούνταν έτσι πολύ γρήγορα, πολύ γρηγορότερα από την ταχύτητα διαφυγής από τη Γη. Επιπλέον, αυτή μπορεί να μην αντιδρούσε αρκετά. Στις ατομικές παρά στις υποατομικές κλίμακες η βαρύτητα θα ήταν ασθενής. Μια γρήγορα κινούμενη μίνι-μαύρη τρύπα θα μπορούσε να περάσει μέσω της Γης όπως ένα νετρίνο και πολύ γρήγορα να αφήσει τη γήινη γειτονιά μας. Αφ’ ετέρου, μερικές από τις μίνι-μαύρες τρύπες που φτιάχνονται από δύο μόνο σωματίδια, τα οποία κινούνται αντίθετα μέσα σε ένα επιταχυντή, δεν θα κινούνταν γρήγορα. (Ένας υπολογισμός δείχνει την παραγωγή 158 μίνι-μαύρων οπών ανά έτος, οι οποίες θα κινούνταν λιγότερο από την ταχύτητα διαφυγής από τη Γη). Ακόμα κι αν ήταν σχετικά μη-αντιδρούσες οπές, αυτές θα μπορούσαν να προσαυξήσουν την ύλη τους μετά από πολλά περάσματα μέσω του γήινου πυρήνα, έως ότου η βαρύτητα στην ατομική κλίμακα δεν θα ήταν πλέον τόσο ασθενής.

Η πιθανότητα δυσμενών αποτελεσμάτων είναι δύσκολο να υπολογιστεί. Δεν είναι πιθανή, αλλά φαίνεται λιγότερο απίθανη από προηγουμένως προσδιορισμένους κινδύνους. Όμως οποιαδήποτε εύλογη εκτίμηση κινδύνου οδηγεί σε μια πολύ μεγάλη αρνητική αναμενόμενη τιμή λόγω των δισεκατομμυρίων ζωών που θα χάνονταν στη Γη.

Τι θα έπρεπε να γίνει για αυτόν τον κίνδυνο; Φαίνεται σαφές ότι ο νέος επιταχυντής στο Κέντρο Πυρηνικών Μελετών και Ερευνών (CERN) δεν θα πρέπει να ανοιχτεί έως ότου κάνουν οι φυσικοί και οι μαθηματικοί μια πολύ προσεκτική αξιολόγηση του κινδύνου. Στην πραγματικότητα, σε λίγες ημέρες θα δημοσιευθεί μια αξιολόγηση κινδύνου από το CERN.

Ενδεχομένως οι επιστήμονες στο CERN να έχουν κάνει μια καλή εργασία πάνω σε αυτό, αλλά όμως μπορεί να είναι απρόθυμοι να δημοσιεύσουν μια σχετικά άσχημη πρόβλεψη λόγω των χρημάτων και του κόπου που έχουν ξοδευτεί για το νέο επιταχυντή και συγκρουστή των ιόντων. Για αυτό απαιτείται μια ανεξάρτητη αξιολόγηση και συζήτηση στο φαινόμενο αυτό.

Οι αξιολογήσεις κινδύνου χρειάζονται επειδή οι νέες θεωρίες των χορδών δείχνουν πρόσφατα προσδιορισμένους και υψηλότερους κινδύνους. Αυτή είναι μια σημαντική επιχείρηση, και δεν θα συμβεί αυτόματα. Υπάρχουν ιστοχώροι που ξεκίνησαν συζήτηση για την αξιολόγηση των κινδύνων αυτού του ζητήματος.

http://www.physics4u.gr

Advertisements

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Google+

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google+. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Σύνδεση με %s

Αρέσει σε %d bloggers: