iPon Cikkek

Multiverzum egy pohár petróleumban

Dátum | 2013. 03. 20.
Szerző | Jools
Csoport | EGYÉB

Az égbolt kutatóinak nincs könnyű dolguk, hiszen kutatásuk tárgyáról - néhány kivételtől eltekintve - csak távolról, megfigyelés útján szerezhetnek be ismeretek. Akad azonban néhány csillagász, aki nem elégszik meg a passzív szemlélődő szerepével, hanem azt az elvet vallja, hogy az igazi tudós kísérletek útján ismerheti meg legjobban szakterületének tárgyát. Persze egy valódi csillagot vagy fekete lyukat kívülről manipulálni hasonlóan reménytelen és veszélyekkel teli vállalkozás lenne, mint mintát gyűjteni ugyanezekből, a csillagászat ezen ágának képviselői azonban úgy vélik, hogy megfelelően összeállított kísérletek révén lehetséges úgy modellezni az univerzumot, hogy az utánzaton végzett megfigyelések eredményeként jobban megismerhetjük a világegyetemet.

Ben Murdin, a Surrey Egyetem kutatója például fehér törpéket gyárt. A csillagok világának energikus nyugdíjasai olyan égitestek, amelyek ugyan már kifogytak a fűtőanyagból, de maradék hőenergiájuk még bőven akad, amit folyamatos zsugorodásuk közben még néhány milliárd évig sugároznak. Anyaguk végül annyira sűrű lesz, mintha a Napot egy Földdel egyező méretű égitestbe nyomnánk össze. A fehér törpék összehúzódás közben megőrzik az eredeti csillag perdületét, így végeredményül rendkívül gyorsan forgó égitesteket kapunk. Részben ennek, részben sűrűségüknek köszönhető, hogy ezek az objektumok rendkívül erős mágneses térrel rendelkeznek. Az elméletek szerint a fehér törpék működésének legtöbb aspektusa, például várható életkoruk is, ennek a mágneses térnek a tulajdonságaitól függ, mely utóbbit azonban nagyon nehéz érdemben tanulmányozni.

A kutatók ennek érdekében az égitestek által kibocsátott fényt vizsgálják, és igyekeznek megállapítani, hogyan befolyásolja ezt a mágneses tér jelenléte, illetve hogy pontosan milyen teret kell feltételezni ahhoz, hogy az észlelési adatok értelmet kapjanak. Ez azért különösen nehéz, mert az elméletek szerint fehér törpék legalább 100 ezer tesla erejű mágneses teret gerjesztenek maguk körül, amit viszont emberi ésszel képtelenek vagyunk akár elképzelni is, tekintve, hogy az emberiség által jelenleg létrehozható legerősebb, termonukleáris robbanások során keletkező mágneses tér ereje is csak 1000 tesla körül van.

A Földtől 700 fényévnyire található Csiga-köd vagy Hélix-köd (NGC 7293) középpontjában egy fehér törpe található
Murdin tehát úgy döntött, hogy létrehozza saját fehér törpéjét, hogy tesztelni tudja a létező elméleteket. Miniatűr égitestje egy foszfor atomokkal szennyezett szilícium kristály. A szilícium négy vegyértékelektronnal rendelkezik, amelyek a kristályszerkezetben mindannyian kovalens kötések kialakításában vesznek részt. A foszfor öt hasonló elektronnal rendelkezik, tehát ha egy foszfor atomot helyezünk a kristályrácsba, egy elektron szabadon marad. Mivel a foszfor ráadásul eggyel több protonnal is rendelkezik, mint a szilícium, az összeállítás sok szempontból úgy viselkedik, mintha egy tisztán szilíciumból álló szerkezetbe egy-egy hidrogén atomot (egy protont és egy hozzá tartozó elektront) szorítottunk volna bele.

A pszeudo-hidrogén elektronja azonban sokkal lazábban kapcsolódik a protonhoz, mint egy tényleges hidrogén atom esetében történne, így viszont sokkal kisebb erejű mágneses hatás is elég ahhoz, hogy az atom színképét adott mértékben megváltoztassuk, magyarázza Murdin. Tehát amikor a szakértő egy 30 tesla erejű mágneses térbe helyezi a szennyezett kristályt, ugyanolyan hatást ér el, mintha normál hidrogén atomokat tenne ki százezer tesla fluxussűrűségnek, ilyen módon tehát modellezni tudja a fehér törpék mágneses terének viselkedését. Kísérleti eredményei mindeddig megerősítették az elméletek által felvázoltakat, és a tényleges megfigyelési adatokat is.

Csillagot gyártani persze jóval egyszerűbb a laboratóriumban, mint egy fekete lyukat létrehozni. Ezek az égitestek olyan nagy tömegűek ugyanis, hogy még a fény sem képes megszökni gravitációs terükből. Silke Weinfurtner, a trieszti SISSA kutatója ugyanakkor úgy gondolja, hogy nem lehetetlen valami olyat alkotni, ami kisebb méretekben ugyan, de közelítőleg úgy viselkedik, mint egy fekete lyuk.

A szakértő egy másfél méter széles, három méter hosszú és fél méter vízzel teli kádban tervezi létrehozni saját fekete lyukát. A vízfelületen gondosan megtervezett módon kisebb hullámokat hoz létre, és ezek viselkedését vizsgálja. A tartály alján középen egy lyuk található, és a dugó kihúzásával keletkezik a tulajdonképpeni fekete lyuk: a képződő örvény belseje felé haladva ugyanis a víz egy ponton túl gyorsabban fog forogni a felületen keltett hullámok terjedésének sebességénél, így búcsút mondhatunk mindazon a hullámoknak, amelyek átlépik az örvény ezen kritikus határvonalát, vagyis az eseményhorizontot.

Weinfurtner és kollégái leginkább arra kíváncsiak, hogy az általuk kreált modellben hasonlóan viselkednek-e a hullámok, mint ahogy azt az általános relativitáselmélet értelmében a fekete lyuk közelébe kerülő a fénytől várnánk. Einstein elmélete szerint az eseményhorizontot közvetlenül határoló teret magával ragadja a forgó égitest gravitációja. Elvileg az ide bekerülő, de az eseményhorizontot át nem lépő hullámok visszaverődnek, mégpedig olyan módon, hogy közben több energiára tesznek szert, mint amennyivel eredetileg rendelkeztek. Ezen szóródási jelenség megfigyelése érdekében Weinfurtner fluoreszcens festéket fog adni a vízhez, és lézerekkel tervezi megvilágítani a felszínt. Ilyen módon egy nagyfelbontású kamera segítségével már az egy milliméter magasságú hullámok is észlelhetők lesznek.

Stefano Liberati, a kutatócsoport tagja a kísérlet egy másik aspektusára koncentrál a leginkább. A szakértő úgy véli, hogy szerencsés esetben új információkat tudhat meg a téridő alapvető természetével kapcsolatban is. A fizikusok évtizedek óta vitatkoznak azon, hogy az univerzum szövete valóba folytonos-e, ahogy azt relativitáselmélet gondolja, vagy inkább diszkrét egységekből épül fel. A legtöbben úgy vélik, hogy a kérdésre a fekete lyukak rejthetik a választ.

Weinfurtner kádja talán erre is megoldást kínál, hiszen a víz diszkrét elemekből, egyforma molekulákból áll. Ahogy egyre rövidebb a hullámhossz, tehát egyre nagyobb az energia, elviekben elérkezhet az a pont, ahol a molekulák mérete érdemileg befolyásolni kezdi a hullám viselkedését. A szakértők pedig pontosan erre a pillanatra kíváncsiak.

Az eddig említett két kísérlet azonban gyerekjátéknak tűnhet Igor Szmoljaninov, a Marylandi Egyetem kutatójának projektje mellett, ő ugyanis egész univerzumokat modellez. A téridő négy dimenziójában haladó fény útja matematikailag nagyon hasonló ahhoz, ami a fény metaanyagokkal való találkozása során történik. Ezek az anyagok a fény hullámhosszánál kisebb alapegységekből épülnek fel, ami egészen különleges tulajdonságokhoz vezet, előfordulhat például, hogy a fény úgy törik meg ezek felületén, hogy gyakorlatilag megkerüli a metaanyaggal körülvett objektumot, így az egyfajta láthatatlanná tevő köpönyegként funkcionál. A téridő szintén képes hasonlóan meghajlítani a fény útját, mégpedig attól függő mértékben, hogy hogyan oszlik el az adott térrészben a tömeg.


Elviekben metaanyagok révén nemcsak azon formájában modellezhető a téridő, amely jelenlegi elképzeléseink szerint kitölti az általunk ismert univerzumot, hanem bármilyen másfajta univerzum máshogy felépülő térideje is. Szmoljaninov és kollégái egy két évvel ezelőtt megjelent tanulmányukban egy olyan kísérlet terveiről írnak, amelyben különféle tulajdonságú metaanyagokat kombinálnának össze egy házi készítésű multiverzummá. Legújabb publikációjukban pedig már arról számolnak be, hogy mindezt sikeresen meg is valósították.

A kísérletben a kutatók külön-külön bizonyos tulajdonságokra hangolt metaanyagok helyett petróleumban oldott kobalt nanorészecskéket használtak. A ferromágneses tulajdonságokkal rendelkező részecskéket mágneses tér hatásának kitéve vékony nanooszlopokba rendezték, egyfajta dinamikus metaanyagot hozva így létre. A téridő tulajdonságaira lefordítva a dolgot, az elrendezésben az oszlopok magassága jelképezte az időt, az erre merőleges két tengely pedig az adott univerzum térbeli dimenzióit.

A multiverzum létrehozásához a kutatók nyolc százalékkal kevesebb nanorészecskét adtak a petróleumhoz annál a mennyiségnél, mint amennyi a stabil nanooszlopok kialakulásához szükséges lett volna. A folyadékban végbemenő természetes sűrűségingadozások így spontán módon, időről időre különféle nanooszlopok létrejöttéhez vezettek, amelyek aztán újra széthullottak, hogy részecskéik aztán máshol, más formában, egy másfajta univerzummá épüljenek fel újra.

Az persze kérdéses, hogy ez utóbbi kísérlet pontosan minek a megértéséhez nyújt majd segítséget, de kétségkívül nagyon szemléletesen mutatja be, hogyan jöhetnek létre és létezhetnek egymás mellett (előtt, után) egymástól alapvetően különböző univerzumok.

Új hozzászólás írásához előbb jelentkezz be!

Eddigi hozzászólások

5. VAjZY
2013.03.20. 12:13
Csak épp nem veszik figyelembe az arányokat, amik nagyban befolyásolják a fizikát...
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
4. nyerek01
2013.03.20. 13:37
Szerintem ha ezen modellek valamelyikével sikerülne is találnijuk valami merőben új dolgot, akkor sem fogadná el a tudományos világ (jogosan?), mert nincs rá bizonyíték hogy a modell a valóság egy megfelelő leképezése. Ettől függetlenül hajrá, tetszik az ötletességük.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
3. mikej95
2013.03.20. 15:46
nyerek01: Nemrég még a patkánykísérletek is mérvadóak voltak, sőt.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
2. Humbuk
2013.03.20. 16:40
nyerek01:Véleményem szerint ezek a kísérletek inkább az új ismeretlen dolgok felfedezésében lehetnek a kutatók segítségére.Ez a világegyetemesdi inkább csak a körítés, hogy felfigyeljenek rájuk. Hiszen ők sem gondolhatják komolyan, hogy a jelenlegi ismereteinkel ez lehetséges(az univerzum kialakulásának megértése).
Pont ezért ilyen specifikusak ezek a kísérletek, mert a sok anomália közül amelyet az űr megfigyelése során tapasztalunk, ezek lehetnek a legközelebb ahhoz, amit most megtudunk érteni.

Szurkolok nekik!
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
1. adler741
2013.03.23. 10:45
"Amint fent úgy lent"
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!