Φως ΙΙΙ

Αποκαλυπτικό φως:

det_hubble[1] (1)

http://www.kathimerini.com
Το διαστημικό τηλεσκόπιο Χαμπλ το οποίο εκτοξεύτηκε το 1990 και έφερε πραγματική επανάσταση στη σύγχρονη αστρονομία. Χάρις στο τηλεσκόπιο αυτό, αστρονόμοι από διάφορες χώρες έχουν κάνει περισσότερες από 12.800 επιστημονικές δημοσιεύσεις μέχρι σήμερα, γεγονός που το καθιστά ένα από τα πιο παραγωγικά επιστημονικά εργαλεία στην ανθρώπινη ιστορία. Χρειάστηκε να γίνουν μέχρι τώρα 5 αποστολές αστροναυτών για διόρθωση τεχνικών προβλημάτων που παρουσίασε κατά καιρούς το Χαμπλ, το οποίο έχει συμβάλει, μεταξύ άλλων, στον προσδιορισμό της ηλικίας του σύμπαντος (13,8 δισεκατομμύρια έτη), στην ανακάλυψη ότι το Σύμπαν επεκτείνεται συνεχώς με επιταχυνόμενο ρυθμό, στην πρώτη ανίχνευση οργανικού μορίου στην ατμόσφαιρα ενός εξωπλανήτη, στην ανακάλυψη ότι η δημιουργία πλανητών γύρω από άλλα άστρα είναι μια συνηθισμένη διαδικασία και σε πολλά άλλα.

582D3D1A6107572B92C8D9E9F2B70647

http://www.tovima.gr/science/physics-space/article/?aid=664954
Ίσως η πιο διάσημη φωτογραφία του τηλεσκοπίου Χαμπλ. Ονομάζεται «Πυλώνες της Δημιουργίας» και απεικονίζει διαστρικά αέρια και σκόνη στο Νεφέλωμα του Αετού. Ο αριστερός πυλώνας έχει μήκος 4 ετών φωτός.

.

800px-HubbleUltraDeepFieldwithScaleComparison

Βικιπαίδεια: Παρατηρήσιμο Σύμπαν
Πολύ ενδιαφέρουσα εικόνα μιας μόνο περιοχής του παρατηρήσιμου Σύμπαντος. Το μέγεθος της περιοχής του ουρανού φαίνεται με το κόκκινο τετράγωνο στην κάτω αριστερή γωνία!
Κάθε κουκίδα είναι και ένας Γαλαξίας ο οποίος αποτελείται από δισεκατομμύρια άστρα.

.

DBE89FA9525EB8D239871EDFD5DD1BF7

http://www.tovima.gr
Το γαλαξιακό σμήνος «Λουκάνικο», μια από τις μεγαλύτερες ομάδες Γαλαξιών που γνωρίζουμε στο Σύμπαν. Το φως τους χρειάστηκε 2,3 δισεκατομμύρια χρόνια για να φτάσει μέχρι τη Γη. Δημιουργήθηκε από τη συγχώνευση δύο μικρότερων γαλαξιακών σμηνών, τα οποία απελευθέρωσαν τεράστιες ποσότητες ενέργειας κατά τη σύγκρουσή τους.

.

FB7DF7DD7692F9D400B88ACC1944BEE6

http://www.tovima.gr/science
Το φως που εκπέμπει το Νεφέλωμα της Ταραντούλας (που βρίσκεται σε απόσταση 170 χιλιάδων ετών από εμάς) είναι τόσο έντονο ώστε αν ήταν πιο κοντά μας (π.χ. στο Νεφέλωμα του Ωρίωνα – απόσταση 1.340 ετών φωτός) θα κάλυπτε τον μισό ουρανό μας και το φως του θα μετέτρεπε τη νύχτα σε μέρα! Σύμφωνα με τους επιστήμονες το Νεφέλωμα της Ταραντούλας είναι η πιο φωτεινή περιοχή σε ολόκληρο το γαλαξιακό σμήνος στο οποίο ανήκει ο Γαλαξίας μας. Το έντονο αυτό φως οφείλεται στη γέννηση συνεχώς νέων άστρων -κατά εκατομμύρια- που μερικά από αυτά έχουν μάζα 100 φορές μεγαλύτερη από του Ήλιου.

800px-NGC891HunterWilson

Βικιπαίδεια
Ο σπειροειδής Γαλαξίας NGC 891. Απέχει 30 εκατομμύρια έτη φωτός από εμάς. Θεωρείται αντίγραφο του δικού μας Γαλαξία Κάπως έτσι θα φαίνεται και ο δικός μας Γαλαξίας από το πλάι.


TED: Τι μας μαθαίνει το φως για το Σύμπαν (ελληνικοί υπότιτλοι).

Παρ’ όλο που το φως χρειάζεται δισεκατομμύρια χρόνια για να φτάσει σε εμάς μεταφέρει έξι μοναδικά μηνύματα που όταν είναι μαζί μπορούν να αποκαλύψουν εκπληκτικές πληροφορίες στους αστρονόμους που ξέρουν πώς να τις αναζητήσουν. Όπως το ηλιακό φως διασπάται στο γνωστό ουράνιο τόξο, η διάσπαση του φωτός μακρινών αντικειμένων αποκαλύπτει γκάμα χρωμάτων ανάλογα με την πηγή προέλευσης. Αυτός ο γραμμοκώδικας μπορεί να αποκαλύψει όχι μόνο τη σύνθεση ενός αντικειμένου αλλά και τη θερμοκρασία και την πίεση των μερών του. Μπορούμε να ανακαλύψουμε πολλά ακόμη από το φως.

Αν ένα άστρο πλησιάζει προς τη Γη, τότε -λόγω του φαινομένου Ντόπλερ- τότε το φως του θα έχει μικρό μήκος κύματος και θα φαίνεται πιο μπλε. Ενώ το φως από πηγή που απομακρύνεται θα έχει μεγαλύτερο μήκος κύματος προς το κόκκινο. Η ανάλυση της χρωματικής διάταξης στη μετατόπιση Ντόπλερ του φωτός από ένα αντικείμενο που παρατηρούμε με τηλεσκόπιο μας μαθαίνει από τι αποτελείται, τι θερμοκρασία έχει, σε τι πίεση βρίσκεται, αν κινείται, σε ποια κατεύθυνση και με ποια ταχύτητα. Αυτές οι έξι μετρήσεις όπως τα έξι σημεία του φωτός αποκαλύπτουν την ιστορία του σύμπαντος.

Όπως παρατήρησε πρώτος ο Χαμπλ, όλοι οι Γαλαξίες απομακρύνονται από εμάς και όσο πιο μακριά βρίσκονται τόσο ταχύτερα απομακρύνονται. Ο Χαμπλ ανακάλυψε ότι το Σύμπαν διαστέλλεται παρέχοντας τις πρώτες αποδείξεις της θεωρίας της Μεγάλης Έκρηξης. Παράλληλα με την ιδέα ότι το ορατό Σύμπαν διευρύνεται σταθερά από ένα συμπυκνωμένο σημείο, μια από τις σπουδαιότερες προβλέψεις της θεωρίας είναι ότι το πρώιμο Σύμπαν αποτελούνταν μόνο από δύο αέρια, υδρογόνο και ήλιο, σε αναλογία τρία προς ένα. Η πρόβλεψη αυτή μπορεί να δοκιμαστεί με το φως.

Η παρατήρηση και διάσπαση του φωτός από μακρινό και ήσυχο σημείο του Σύμπαντος φέρει τις υπογραφές των δύο αυτών αερίων στις παραπάνω ακριβώς αναλογίες. Ένας ακόμη θρίαμβος της Μεγάλης Έκρηξης.

Μένουν ωστόσο αρκετά ερωτήματα. Αν και ξέρουμε ότι το ορατό Σύμπαν διαστέλλεται, η βαρύτητα θα έπρεπε να βάζει τροχοπέδη. Πρόσφατες όμως μετρήσεις του φωτός από μακρινά άστρα που σβήνουν, δείχνουν ότι είναι πιο μακριά από τις προβλέψεις. Η διαστολή επομένως του Σύμπαντος επιταχύνεται. Κάτι φαίνεται να το πιέζει. Και πολλοί επιστήμονες πιστεύουν ότι είναι η σκοτεινή ενέργεια, από την οποία αποτελούνται τα 2/3 του Σύμπαντος και το συντρίβει.

Αρχέγονο φως:

ikon3

Χειρ Αγγέλου «Τα Εισόδια της Θεοτόκου», (μεταξύ 1425 και 1450)
έργο της Κρητικής Σχολής Ζωγραφικής
Στη Βυζαντινή Αγιογραφία δεν αποδίδεται σκιά. Όλα είναι φωτεινά και ευδιάκριτα επειδή φωτίζονται από το θείο φως.

.

Στα 1964 δύο αστρονόμοι, οι Α. Penzias και R. Wilson διαπίστωσαν ότι το ραδιοτηλεσκόπιο στο οποίο εργάζονταν λάμβανε μια αρκετά μεγάλη ποσότητα μικροκυματικού «θορύβου», που ήταν ανεξάρτητη από τον προσανατολισμό της κεραίας. Παρατήρησαν επίσης ότι αυτά τα «παράσιτα» δε μεταβάλλονταν κατά τη διάρκεια της ημέρας ή με την αλλαγή των εποχών.

Αυτός ο «θόρυβος» δεν έδειχνε να προέρχεται από τον δικό μας Γαλαξία, αλλά από μια πολύ μεγαλύτερη περιοχή του Σύμπαντος. Οι δύο επιστήμονες προσπάθησαν να επιβεβαιώσουν με κάθε τρόπο το εύρημά τους. Μέχρι και τα περιστέρια που είχαν κάνει φωλιά στην κεραία έδιωξαν, όπως επίσης καθάρισαν σχολαστικά την κεραία από κάθε είδους ακαθαρσίες, όμως ο «θόρυβος» παρέμενε.

penziaswilson

http://www.physics4u.gr/articles/cobe.html
Οι Πέντζιας και Γουίλσον μπροστά στην κωνική κεραία με την οποία ανακάλυψαν το 1964 τη διάχυτη ακτινοβολία υποβάθρου.

Στη συνέχεια οι δύο αστρονόμοι μέτρησαν την ισοδύναμη θερμοκρασία του ραδιοφωνικού θορύβου και διαπίστωσαν ότι ήταν γύρω στους 3,5 βαθμούς πάνω από το απόλυτο μηδέν.

Γρήγορα διαπιστώθηκε ότι αυτός ο διάχυτος ραδιοφωνικός θόρυβος ήταν ό,τι «περίσσεψε» από το Αρχέγονο Σύμπαν, με τη θερμοκρασία του μειωμένη λόγω της διαστολής του Σύμπαντος.

Η Μεγάλη Έκρηξη, όπως κάθε έκρηξη, δημιούργησε τεράστιες ποσότητες θερμότητας. Τώρα, ύστερα από 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια η θερμοκρασία έχει πέσει τρομαχτικά περίπου στους 3 βαθμούς πάνω από το απόλυτο μηδέν.

wmap

http://physicsgg.me
Χαρτογράφηση της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου από τον δορυφόρο WMAP. Η ακτινοβολία αυτή είναι το «απομεινάρι» της Μεγάλης Έκρηξης που δημιούργησε το Σύμπαν.

Λίγες επιστημονικές ανακαλύψεις αυτού του αιώνα μπορούν να συγκριθούν σε σπουδαιότητα με την παρατήρηση της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου, μιας διάχυτης ακτινοβολίας μικροκυμάτων που κατακλύζει ολόκληρο το Σύμπαν και θεωρείται ότι είναι το σημερινό υπόλειμμα από την υπέρθερμη αρχέγονη Μεγάλη Έκρηξη που δημιούργησε την ύλη, τον χώρο και τον χρόνο περίπου 13, 7 δισεκατομμύρια χρόνια πριν.

Η κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία είναι το πιο μακρινό στον χρόνο πράγμα που μπορούμε να δούμε. Είναι το Σύμπαν κατά τη χρονική στιγμή της γέννησής του, μόλις 400.000 χρόνια μετά τη μεγάλη έκρηξη. Μέχρι εκεί μπορούμε να δούμε. Δυστυχώς η παρατηρητική μας ικανότητα σταματάει απότομα κι αυτό δεν έχει να κάνει με τα όργανα των αστρονόμων αλλά με το φράγμα της ίδιας της ταχύτητας του φωτός.

Αυτή η ακτινοβολία αρχικά είχε μεγάλη θερμοκρασία, αλλά σιγά σιγά καθώς το Σύμπαν διαστέλλεται, τα φωτόνια συνεχώς κρυώνουν και χάνουν ενέργεια. Έτσι έφτασε σήμερα η θερμοκρασία τους λίγο πάνω από το απόλυτο μηδέν. Επίσης το μήκος κύματος της ακτινοβολίας ολοένα αυξάνεται. Έτσι ενώ τα αρχικά φωτόνια ανήκαν στην περιοχή του ορατού φωτός, σήμερα έχουν μετατραπεί σε ραδιοφωνικά κύματα.

.

Το φως που προέρχεται από αντικείμενα, τα οποία βρίσκονται σε απόσταση 10 δισεκατομμυρίων ετών φωτός φαίνεται να φτάνει σε μας με αρκετά σημαντική ένταση. Το γεγονός αυτό φανερώνει ότι οποιαδήποτε μορφή ύλης βρίσκεται στον μεσογαλαξιακό χώρο, πρέπει να είναι αρκετά διαφανής, ώστε τα φωτόνια να μπορούν να ταξιδεύουν για ένα μεγάλο χρονικό διάστημα, που αντιστοιχεί σε ένα υπολογίσιμο ποσοστό της ηλικίας του Σύμπαντος, χωρίς να σκεδαστούν ή να απορροφηθούν.

ΠΗΓΕΣ

STEVEN WEINBERG  «ΤΑ ΠΡΩΤΑ ΤΡΙΑ ΛΕΠΤΑ»
Εκδόσεις ΕΙΡΜΟΣ

G. FIELD, E.J. CHAISSON «ΤΟ ΑΘΕΑΤΟ ΣΥΜΠΑΝ»
Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης

Γ. ΓΡΑΜΜΑΤΙΚΑΚΗΣ «Η ΑΥΤΟΒΙΟΓΡΑΦΙΑ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ»
Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης

http://www.physics4u.gr/articles/cobe.html

Φως που ανακαλύπτει:

Εξωπλανήτες ονομάζονται οι πλανήτες που περιφέρονται γύρω από μακρινά άστρα. Οι πλανήτες αυτοί δεν είναι καθόλου εύκολο να εντοπιστούν από τους αστρονόμους διότι το φως από το κοντινό τους άστρο υπερκαλύπτει το φως που αντανακλούν οι ίδιοι, γεγονός που τους κάνει ουσιαστικά αθέατους από τα τηλεσκόπια.
Ωστόσο τα τελευταία χρόνια οι αστρονόμοι έχουν καταφέρει -με διάφορες μεθόδους- να εντοπίσουν αρκετούς εξωπλανήτες.

planet1-thumb-large

http://www.kathimerini.gr/805538/article/epikairothta/episthmh/idoy-to-arxaiotero-systhma-planhtwn
Αναπαράσταση του αστέρα Κέπλερ – 444 με τους πέντε πλανήτες του.
Οι επιστήμονες μπόρεσαν να ανιχνεύσουν τους πλανήτες που περιφέρονται γύρω από τον Κέπλερ – 444 με τη βοήθεια του φωτός, συγκεκριμένα με τη μέθοδο των διαβάσεων, δηλαδή την παρατήρηση του περάσματος του πλανήτη μπροστά από τον αστέρα του. Αυτή η διάβαση προκαλεί απειροελάχιστες διακυμάνσεις στη λαμπρότητα του αστέρα και παρατηρώντας την πτώση στη φωτεινότητα οι επιστήμονες εξάγουν συμπεράσματα τόσο για τον πλανήτη όσο και για τον αστέρα τον ίδιο. Είναι σα να προσπαθούμε να δούμε ένα κουνούπι που περνάει μπροστά από ένα φάρο και να μετρήσουμε τη μεταβολή του φωτός του φάρου λόγω του περάσματος του κουνουπιού, εξηγεί ο αστροφυσικός Α. Λιάκος.

F33E3CA599B6D77F39DA1BD1D66766DF

http://www.tovima.gr/science/physics-space/article/?aid=697381&wordsinarticle=%CF%86%CF%89%CF%82
Καλλιτεχνική απεικόνιση του εξωπλανήτη 51 Pegasi b, του πρώτου πλανήτη που ανακαλύφθηκε, το 1995, γύρω από ένα κανονικό άστρο σαν τον ήλιο. Δυο χιλιάδες εξωπλανήτες έχουν ανακαλυφθεί μέχρι σήμερα, οι περισσότεροι όμως χάνονται από τη λάμψη των άστρων τους. Η ύπαρξη του 51 Pegasi b έγινε μόνο έμμεσα αντιληπτή με μια άλλη μέθοδο από αυτή που αναφέρθηκε παραπάνω, με την πρόκληση -λόγω της βαρύτητάς του- ταλαντώσεων στην κίνηση του μητρικού του άστρου. Το 2015 όμως το όργανο HARPS που λειτουργεί συνδεδεμένο με το τηλεσκόπιο ESO στην Χιλή κατάφερε να ανιχνεύσει ορατό φως που εκπέμπεται από το μητρικό άστρο και ανακλάται στην ατμόσφαιρα του 51 Pegasi b, όπως το ηλιακό φως ανακλάται στη Σελήνη και την κάνει ορατή.

.

o-EXOPLANET-MILKY-WAY-900

http://www.huffingtonpost.com/2015/04/16/exoplanet-milky-way_n_7072932.html

Υπάρχει και τρίτη μέθοδος ανακάλυψης εξωπλανητών, η χρήση του βαρυτικού φακού, η οποία βασίζεται στην ιδέα του Αϊνστάιν ότι η παρουσία της ύλης καμπυλώνει το φως από μακρινά αστέρια. Όπως είναι γνωστό όταν ένα άστρο διέρχεται μπροστά από κάποιο άλλο, το βαρυτικό του πεδίο καμπυλώνει ή εστιάζει το φως του άστρου που βρίσκεται πίσω του λειτουργώντας έτσι σαν ένας τεράστιος βαρυτικός φακός. Εάν μάλιστα το πρώτο άστρο συνοδεύεται και από κάποιον εξωπλανήτη, ο εξωπλανήτης αυτός λειτουργεί ως ένας δευτερεύων φακός, προκαλώντας μια επιπλέον μικρή αύξηση της φωτεινότητας του απομακρυσμένου άστρου. Η ανίχνευση αυτής της επαυξημένης φωτεινότητας αποκαλύπτει την ύπαρξη του εξωπλανήτη, ο οποίος είναι πολύ αμυδρός για να ανιχνευτεί με άλλες μεθόδους.

Οι επιστήμονες έχουν καταλήξει πλέον ότι η ύπαρξη πλανητών στον Γαλαξία μας δεν είναι η εξαίρεση αλλά ο κανόνας. Φαίνεται πως τα δύο τρίτα των άστρων του Γαλαξία μας θα πρέπει να έχουν έναν εξωπλανήτη στο μέγεθος της Γης, κάτι που σημαίνει πως ο Γαλαξίας μας διαθέτει τουλάχιστον 100 δισεκατομμύρια εξωπλανήτες. Η σημασία αυτού του συμπεράσματος είναι προφανής μια και αυξάνει τις πιθανότητες να υπάρχουν αρκετοί εξωπλανήτες στη «σωστή» απόσταση από το άστρο τους ώστε να έχουν νερό σε υγρή μορφή άρα και τις κατάλληλες συνθήκες για την εμφάνιση και ανάπτυξη μορφών ζωής.
από την ιστοσελίδα του Ιδρύματος Ευγενίδου

microlens1

http://kostasvakouftsis.blogspot.gr/2012/11/methods-of-detecting-extrasolar-planets.html

.

Οι αστρονόμοι ελπίζουν πως σύντομα θα ανακαλύψουν έναν εξωπλανήτη με τα χαρακτηριστικά της Γης, δηλαδή με παρόμοια μάζα και σε παρόμοια απόσταση από το μητρικό άστρο, το οποίο θα έχει παρόμοια θερμοκρασία με τον Ήλιο. Ένας τέτοιος πλανήτης θα βρίσκεται στη ζώνη βιωσιμότητας του μητρικού άστρου, έτσι ώστε να είναι δυνατή η ανάπτυξη ζωής σε αυτόν.

http://www.tovima.gr/science/article/?aid=484343


TED: Αστρονόμος προτείνει την κατασκευή διαστημικού τηλεσκοπίου, το οποίο θα μπορεί να φωτογραφίζει εξωπλανήτες κρύβοντας το φως από το μητρικό τους άστρο (με ελληνικούς υπότιτλους).

SSSS_486_355

http://www.newsit.gr/default.php?pname=Article&art_id=222045&catid=6
«Η μπλε χλωμή κουκκίδα»
Η φωτογραφία της Γης, που τραβήχτηκε από τον Βόγιατζερ 1, καθώς εγκατέλειπε το ηλιακό μας σύστημα, το 1990.
Λέει ο Καρλ Σαγκάν για αυτή τη φωτογραφία: «Προσέξτε και πάλι αυτή την κουκκίδα. Είναι το σπίτι μας. Είναι ό,τι είμαστε. Πάνω της βρίσκονται όλοι όσοι αγαπάτε, όλοι όσοι γνωρίζετε, όλοι όσοι έχετε ακουστά. Κάθε πρόσωπο που υπήρξε ποτέ, εκεί έζησε τη ζωή του. Ο συνδυασμός της χαράς και της λύπης. Χιλιάδες «απόλυτες» θρησκείες, ιδεολογίες, οικονομικά συστήματα, κάθε κυνηγός και συλλέκτης, κάθε ήρωας και δειλός, κάθε δημιουργός και καταστροφέας του πολιτισμού, κάθε βασιλιάς και χωρικός, κάθε ζευγάρι ερωτευμένων, κάθε μητέρα και πατέρας, κάθε ελπιδοφόρο παιδί, εφευρέτης και εξερευνητής, κάθε ηθικολόγος, κάθε διεφθαρμένος πολιτικός, κάθε σούπερσταρ, κάθε υπέρτατη εξουσία, κάθε άγιος και αμαρτωλός στην ιστορία του είδους μας… ζούσαν εκεί… σ’ ένα κόκκο σκόνης. Η Γη είναι μια πολύ μικρή σκηνή σε μια γιγιαντιαία κοσμική αρένα. Σκεφτείτε τα ποτάμια αίματος, που έχουν χυθεί από όλους τους στρατηγούς και αυτοκράτορες, ώστε με «δόξα και θρίαμβο» να γίνουν οι στιγμιαίοι κύριοι ενός απειροελάχιστου μέρους μιας …κουκκίδας. Σκεφτείτε τις ατέλειωτες φρικαλεότητες που επέφεραν οι κάτοικοι μιας γωνιάς αυτής της κουκκίδας στους ελάχιστα διαφορετικούς κατοίκους κάποιας άλλης γωνιάς. Πόσο συχνές είναι οι παρανοήσεις τους, πόσο πρόθυμοι είναι να σκοτώνουν ο ένας τον άλλον, πόσο ένθερμα τα μίση τους. Οι φλυαρίες μας, η νομιζόμενη αυτοσημασία μας, η ψευδαίσθηση ότι κατέχουμε προνομιακή θέση στο σύμπαν, όλα τίθενται υπό αμφισβήτηση. Από αυτή την κουκκίδα θαμπού φωτός. Ο πλανήτης μας. Μια μοναχική κηλίδα στο μεγαλειώδες κοσμικό σκοτάδι που μας περιβάλλει. Στο σκοτάδι μας, σε αυτή την αχανή έκταση δεν υπάρχει καμιά ένδειξη ότι θα υπάρχει βοήθεια από κάπου για να μας σώσει από τους εαυτούς μας. Η Γη είναι ο μόνος γνωστός κόσμος μέχρι στιγμής για να φιλοξενήσει τη ζωή. Δεν υπάρχει άλλο μέρος, τουλάχιστον στο εγγύς μέλλον, που το είδος μας θα μπορούσε να μεταναστεύσει. Να επισκεφθεί; Ναι. Να εγκατασταθεί; Όχι ακόμα. Είτε σας αρέσει είτε όχι για την ώρα η Γη είναι το μέρος που δίνουμε τον αγώνα μας. Λέγεται ότι η αστρονομία είναι μια εμπειρία που διδάσκει σεμνότητα χτίζοντας χαρακτήρα. Και ίσως δεν υπάρχει καλύτερη επίδειξη του παραλογισμού της ανθρώπινης αλαζονείας από τη μακρινή αυτή εικόνα του …μικροσκοπικού μας κόσμου. Για μένα υπογραμμίζει την ευθύνη μας να συμβιώνουμε με μεγαλύτερη καλοσύνη μεταξύ μας, και να διαφυλάξουμε και περιθάλψουμε τη χλωμή μπλε κουκκίδα. Το μόνο σπίτι που έχουμε γνωρίσει ποτέ.

ΚΑΡΛ ΣΑΓΚΑΝ (1934-1996)
από το https://www.youtube.com/watch?v=K7L-d-mKxnU

Φως που ξεγελάει τον χρόνο:

The_Persistence_of_Memory

Σαλβαντόρ Νταλί «Η Εμμονή της Μνήμης»
Όταν ένα διαστημόπλοιο κινείται με ταχύτητα που προσεγγίζει την ταχύτητα του φωτός, τα ρολόγια στο εσωτερικό του εννοείται πως δε λιώνουν όμως αρχίζουν να επιβραδύνονται. Παρ’ όλο που οι ίδιοι οι αστροναύτες δεν αντιλαμβάνονται καμία διαφορά, ο χρόνος μέσα στο διαστημόπλοιο πηγαίνει πιο αργά σε σχέση με τον χρόνο στη Γη.

Με το πείραμα των Μίκελσον – Μόρλεϊ αποδείχτηκε πως το φως, είτε κινείται στην ίδια κατεύθυνση με την κίνηση της Γης, είτε κινείται στην αντίθετη κατεύθυνση, διατηρεί πάντα σταθερή την ταχύτητά του.

Μετά το πείραμα των Μίκελσον – Μόρλεϊ και οι εξισώσεις του Μάξγουελ έδειξαν το ίδιο ότι δηλαδή η τιμή της ταχύτητας των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων -επομένως και του φωτός- παραμένει η ίδια χωρίς να έχει σημασία ποιος είναι ο παρατηρητής.

Βασιζόμενος σε αυτά ο Αϊνστάιν κατέληξε στο δεύτερο αξίωμα της θεωρίας της Σχετικότητας που λέει πως η ταχύτητα του φωτός έχει πάντα την ίδια τιμή ανεξάρτητα από την κίνηση της πηγής που το εκπέμπει ή την κίνηση του παρατηρητή. Δηλαδή η ταχύτητα του φωτός είναι σταθερή και αναλλοίωτη υπό οποιεσδήποτε συνθήκες.

Το αξίωμα αυτό ακούγεται παράλογο. Σημαίνει ότι το φως από ένα άστρο -ακόμα και αν το άστρο απομακρύνεται από εμάς λόγω της διαστολής του Σύμπαντος- φτάνει στη Γη με την ίδια καθορισμένη πάντοτε ταχύτητα.

GR History - albert_einstein

http://www.tovima.gr/science/article/?aid=664171

Η διαστολή του χρόνου, όπως τη σκέφτηκε ο Αϊνστάιν, μπορεί να γίνει εύκολα κατανοητή. Οι γνώσεις που απαιτούνται είναι το Πυθαγόρειο Θεώρημα και ο τύπος v=s/t όπου v η ταχύτητα ενός σώματος, s (ή d) η απόσταση που διανύει σε χρόνο t.

Σε ένα βαγόνι τρένου που κινείται, ένας παρατηρητής μέσα στο τρένο στέλνει με ένα φακό μια ακτίνα φωτός προς τα πάνω. Η ακτίνα φωτός χτυπάει σε έναν καθρέφτη και επιστρέφει πίσω (μπλε πορεία). Ο χρόνος που μετράει ο παρατηρητής μέχρι να χτυπήσει το φως στον καθρέφτη είναι t=d/v.

time_dilation

http://hendrix2.uoregon.edu/~imamura/FPS/week-2/week-2.html

Ας φανταστούμε τώρα έναν εξωτερικό παρατηρητή. Τι βλέπει αυτός; Βλέπει το φως να ακολουθεί την κίτρινη πορεία επειδή το τρένο κινείται. Με τη γνώση που μας δίνει το Πυθαγόρειο Θεώρημα μπορούμε να αντιληφθούμε ότι η κίτρινη πορεία από τον φακό μέχρι τον καθρέφτη είναι μεγαλύτερη από την μπλε πορεία (d), αφού η υποτείνουσα είναι μεγαλύτερη από την κάθετη πλευρά. Ας το δούμε και σε ένα άλλο σχήμα:

img29

http://hep.physics.uoc.gr/physics4/node4.html

Η κίτρινη ευθεία στον κόκκινο άξονα δεξιά είναι σίγουρα μεγαλύτερη από την κίτρινη ευθεία στον μπλε άξονα.

Αν μέχρι εδώ είμαστε κατανοητοί, ας πάμε ένα βήμα παραπάνω, προσπαθώντας να παρακολουθήσουμε το μυαλό του Αϊνστάιν. Γνώριζε, λοιπόν, ο Αϊνστάιν -όπως και οι φυσικοί της εποχής του- ότι η ταχύτητα του φωτός είναι σταθερή ανεξάρτητα της κίνησης της πηγής. Άρα εφαρμόζοντας τον τύπο t=s/v ή t=d/v (αφού το d είναι διαφορετικό και το v σταθερό) βγαίνει το συμπέρασμα ότι διαφορετικό χρόνο μετράει ο παρατηρητής μέσα στο τρένο και διαφορετικό χρόνο (μεγαλύτερο) μετράει ο εξωτερικός παρατηρητής.

image012

Η διαστολή του χρόνου σε μικρές ταχύτητες είναι πολύ μικρή. Σε μεγάλες όμως ταχύτητες μπορεί να παρατηρηθεί με τη χρήση οργάνων μεγάλης ακριβείας.

183224.image0_

Το ίδιο νοητικό πείραμα, μόνο που αντί για βαγόνι τρένου έχουμε διαστημόπλοιο.

Γράφει ο Γιώργος Γραμματικάκης στην Αυτοβιογραφία του Φωτός:

Ακόμα και ο επιβάτης ενός αεροπλάνου παραμένει κατά τι νεότερος από εκείνον που στον αντίστοιχο χρόνο κάθεται στην αναπαυτική πολυθρόνα του σπιτιού του. Πριν όμως οι αναγνώστες και, κυρίως, οι αναγνώστριες του παρόντος βιβλίου σπεύσουν να επιβιβασθούν στο πρώτο αεροπλάνο είναι χρήσιμο να υπογραμμισθεί μια πικρή αλήθεια: ότι, επειδή η ταχύτητα ενός αεροπλάνου είναι πολύ μικρή σε σχέση με εκείνη του φωτός, το κέρδος σε χρόνο ή σε νεότητα, ακόμα και στα υπερατλαντικά ταξίδια, είναι απειροελάχιστο. Ισοδυναμεί το κέρδος αυτό με ένα δευτερόλεπτο, όταν το αεροπλάνο κάνει τον γύρο του κόσμου τετράκοσια εκατομμύρια φορές! Χαρακτηριστική είναι η περίπτωση του Ρώσου αστροναύτη Σεργκέι Κρικάλεφ που επέβαινε στον διαστημικό σταθμό Μιρ και επέστρεψε στη Γη ύστερα από 748 μέρες περιφοράς. Οι υπολογισμοί έδειξαν ότι ήταν κατά ένα πέμπτο του δευτερολέπτου νεότερος από όσο αν έμενε στο έδαφος!

ΓΙΩΡΓΟΣ ΓΡΑΜΜΑΤΙΚΑΚΗΣ «ΑΥΤΟΒΙΟΓΡΑΦΙΑ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ»
Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης

laser1a

http://www.physics4u.gr/faq/special.html

laser2a

http://www.physics4u.gr/faq/special.html

Στα 1971 οι φυσικοί Τζον Χάφελε και Ρίτσαρντ Κίτινγκ τοποθέτησαν υψηλής ακρίβειας ατομικά ρολόγια μέσα σε αεροπλάνα τα οποία έκαναν τον γύρο του κόσμου και στη συνέχεια συνέκριναν τις ενδείξεις αυτών των ρολογιών με πανομοιότυπα ρολόγια στο έδαφος. Τα αποτελέσματα: ο χρόνος κύλησε πιο αργά στο αεροσκάφος από ό,τι στο εργαστήριο έτσι ώστε μετά τη λήξη του πειράματος τα ρολόγια του αεροπλάνου πήγαιναν κατά 59 νανοδευτερόλεπτα πίσω σε σχέση με τα επίγεια ρολόγια. Και αυτή η τιμή ήταν ακριβώς όσο προέβλεπε η θεωρία του Αϊνστάιν.  time-dilation (1)

http://physicsgg.me

Οι παραμορφώσεις του χρόνου που παράγονται όταν αντικείμενα κινούνται με ταχύτητες που πλησιάζουν την ταχύτητα του φωτός έχουν παρατηρηθεί όταν μελετώνται κάποια σωματίδια των κοσμικών ακτίνων που ονομάζονται μιόνια. Αυτά παράγονται ψηλά στην ατμόσφαιρα και κινούνται προς τη Γη με ταχύτητες που πλησιάζουν την ταχύτητα του φωτός. Η διάρκεια ζωής τους είναι μικρή. Έχουν χρόνο ημιζωής δύο μικροδευτερόλεπτα και εξαφανίζονται γρήγορα καθώς κατευθύνονται προς τη Γη.

mu5

http://physicsgg.me

Οι επιστήμονες που παρατηρούν τα μιόνια ανακαλύπτουν ότι αυτά δεν εξαφανίζονται τόσο γρήγορα, όσο υποδηλώνουν οι κανονικοί χρόνοι ημιζωής τους. Υπολογίζοντας τον αριθμό των μιονίων στην κορυφή ενός βουνού και στη συνέχεια σε μια κοιλάδα ανακαλύπτουν ότι έχουν επιζήσει και φτάνουν στην επιφάνειαα της Γης πολύ περισσότερα από τα αναμενόμενα με βάση τον κανονικό χρόνο ημιζωής τους. Η μόνη εξήγηση είναι ότι οι χρόνοι ημιζωής τους είναι μεγαλύτεροι σε υψηλές ταχύτητες.

Σε πείραμα του 1966, σε επιταχυντή σωματιδίων, μιόνια εκτοξεύθηκαν με ταχύτητα ίση με 99,7% της ταχύτητας του φωτός. Αυτό προκάλεσε μια επιμήκυνση του χρόνου των μιονίων κατά 12 φορές. Το 1978 μιόνια επιταχύνθηκαν ακόμη πλησιέστερα στην ταχύτητα του φωτός και ο χρόνος ζωής τους επεκτάθηκε κατά 29 φορές.

617CAB32746DC9D966CFB1CA3189F135

http://www.skai.gr/news/technology/article/251503/to-cern-shediazei-ishurotero-epitahudi/
O υπόγειος επιταχυντής σωματιδίων CERN με διάμετρο 27 χμ. είναι ο μεγαλύτερος επιταχυντής στον κόσμο.

Τέλος τα ηλεκτρόνια που παράγονται στο σύγχροτρο (κυκλικό επιταχυντή σωματιδίων) επιταχύνονται με ταχύτητα ίση με 99,99999% της ταχύτητας του φωτός και η διαστολή του χρόνου φτάνει τις μερικές χιλιάδες.

ΠΗΓΕΣ

ΓΙΩΡΓΟΣ ΓΡΑΜΜΑΤΙΚΑΚΗΣ «Η ΑΥΤΟΒΙΟΓΡΑΦΙΑ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ»
ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΑΚΕΣ ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΚΡΗΤΗΣ

Paul Davies «ΠΕΡΙ ΧΡΟΝΟΥ»
Εκδόσεις ΠΟΥΚΑΜΙΣΑΣ

Clifford A. Pickover «ΧΡΟΝΟΣ: ΟΔΗΓΟΣ ΓΙΑ ΤΑΞΙΔΙΩΤΕΣ»
Εκδόσεις ΚΕΔΡΟΣ

JEREMY BERNSTAIN «ΑΪΝΣΤΑΪΝ»
ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΑΚΕΣ ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΚΡΗΤΗΣ

http://www.christianity-science.gr/files/TimeDilation.htm

http://physicsgg.me

http://www.physics4u.gr/articles/2004/timedilation.html

Γιατί ισχύει Ε=mc2

Ειδική θεωρία της σχετικότητας (ελληνικοί υπότιτλοι)

Απαγορευτικό φως:

Η ταχύτητα του φωτός δεν είναι απλώς ένας αριθμός. Είναι μια φυσική διαδικασία. Όπως το απόλυτο μηδέν (-273) στη θερμοκρασία φανερώνει πως από εκείνο το σημείο σταματούν να δονούνται τα μόρια της ύλης, έτσι και η ταχύτητα του φωτός είναι το ανώτατο όριο ταχύτητας.

speed-limit

http://physicsgg.me/2013/09/25

Υποθέστε ότι ένα διαστημικό όχημα ταξιδεύει με ταχύτητα που πλησιάζει την ταχύτητα του φωτός.

Ο πιλότος του διαστημοπλοίου αρχίζει να ανεβοκατεβάζει απεγνωσμένα το πηδάλιο της προωστικής ισχύος ώστε να κάνει το σκάφος να τρέξει ταχύτερα.

Παρά τις μεγάλες προσπάθειες του πιλότου, το διαστημόπλοιο δεν μπορεί να κερδίσει σ’ αυτό τον αγώνα δρόμου. Τι συμβαίνει λοιπόν;

Οι μηχανές ζορίζονται από τη διοχετευόμενη ενέργεια, αλλά αυτό δεν αυξάνει την ταχύτητα του διαστημοπλοίου, γιατί τίποτε δεν τρέχει πιο γρήγορα από την ταχύτητα του φωτός. Αλλά ούτε και η ενέργεια μπορεί έτσι απλά να εξαφανιστεί.

Το αποτέλεσμα είναι η ενέργεια που διοχετεύεται να «συμπιέζεται» και να μετατρέπεται σε μάζα.

Στην αρχή η διόγκωση είναι μικρή, αλλά όσο διοχετεύεται ενέργεια η μάζα θα συνεχίζει να αυξάνεται. Το διαστημόπλοιο θα συνεχίσει να διογκώνεται.

Ακούγεται παράξενο, αλλά υπάρχουν στοιχεία που το αποδεικνύουν. Εάν αρχίσετε να επιταχύνετε μικρά πρωτόνια, που έχουν μια «μονάδα» μάζας όταν είναι ακίνητα, στην αρχή απλώς κινούνται όλο και ταχύτερα, όπως εξάλλου το περιμένετε. Αλλά στη συνέχεια, όταν πλησιάζουν την ταχύτητα του φωτός, ένας παρατηρητής θα διαπιστώσει πράγματι ότι τα πρωτόνια αρχίζουν να αλλάζουν. Είναι ένα συνηθισμένο γεγονός στους επιταχυντές έξω από το Σικάγο και στο CERN κοντά στη Γενεύη και στην εργασία των φυσικών σ’ όλο τον κόσμο. Τα πρωτόνια στην αρχή «φουσκώνουν» και γίνονται δύο «μονάδες» μάζας -διπλά από ό,τι ήταν στην αρχή-, μετά τρεις μονάδες και όλο και περισσότερες στη συνέχεια, καθώς συνεχίζεται η διοχέτευση ενέργειας. Στις ταχύτητες της τάξης του 99,9997 επί τοις εκατό του c, τα πρωτόνια είναι 430 μεγαλύτερα από το αρχικό τους μέγεθος. (Αντλείται τόση πολλή ενέργεια από τους κοντινούς ηλεκτρικούς σταθμούς, που τα βασικά πειράματα προγραμματίζονται να διεξάγονται αργά τη νύχτα, ώστε να μη διαμαρτύρονται οι γείτονες γιατί τα φώτα τους χαμηλώνουν).

Επί αιώνες, η ενέργεια και η μάζα φαίνονταν εντελώς διαφορετικά πράγματα. Εξελίχθηκαν χωρίς να έρθουν σε επαφή.

Σε κανέναν δεν ήρθε η ιδέα, όπως στον Αϊνστάιν, ότι μπορούσε να υπάρχει ένας «φυσικός» διαβιβαστής μεταξύ ενέργειας και μάζας, όπως είδαμε στο παράδειγμα του διαστημοπλοίου, και ότι το c είναι ο συντελεστής μετατροπής που συνδέει αυτές τις δύο.

από το βιβλίο του D. BODANIS «Ε=mc2»
Εκδόσεις ΛΙΒΑΝΗ

massincrease

http://www.emc2-explained.info/Time-Dilation/#.VjbqXLfhDIU

 Η ιδέα της κοινής λογικής για τη μάζα είναι ότι αυτή αντιπροσωπεύει την ποσότητα της ύλης ενός σώματος. Πώς είναι δυνατόν να μεταβάλλεται η ποσότητα της ύλης ενός σώματος επειδή το θέτουμε απλώς σε κίνηση; Αλλά όταν ο φυσικός μιλάει για «μάζα» δεν εννοεί ακριβώς «ποσότητα ύλης» αλλά την «αδρανειακή μάζα».

Έτσι λοιπόν όταν ένας φυσικός ισχυρίζεται ότι η αδρανειακή μάζα ενός σώματος αυξάνεται καθώς αυξάνεται η ταχύτητά του, εννοεί ότι, αν ασκείται πάνω του η ίδια δύναμη, αυτή θα είναι όλο και λιγότερο αποτελεσματική στο να το επιταχύνει, καθώς το σώμα θα κινείται όλο και γρηγορότερα. Και καθώς το σώμα προσεγγίζει την ταχύτητα του φωτός, δεν θα είναι καθόλου αποτελεσματική. Διάφοροι φυσικοί, πριν από τον Αϊνστάιν, είχαν συμπεράνει ότι κάτι τέτοιο ίσχυε για τα ηλεκτρόνια, βασιζόμενοι σε συγκεκριμένους υπολογισμούς με τις εξισώσεις του Μάξγουελ και διάφορα πρότυπα για το ηλεκτρόνιο.

από το βιβλίο του JEREMY BERNSTAIN «ΑΪΝΣΤΑΪΝ»
Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης

Πώς κατέληξε όμως ο Αϊνστάιν στην ιδέα ότι η ταχύτητα του φωτός είναι σταθερή ανεξάρτητα από την κίνηση της πηγής που εκπέμπει το φως;

 Η αρχή αυτή παίζει τόσο σημαντικό ρόλο στη θεωρία του Αϊνστάιν ώστε αξίζει τον κόπο να την παρουσιάσουμε όσο πιο παραστατικά γίνεται. Αυτό που σημαίνει είναι ότι αν έχουμε έναν φανό που εκπέμπει φως και μετρήσουμε την ταχύτητα του εκπεμπόμενου φωτός, τότε η ταχύτητα αυτή θα είναι πάντοτε η ίδια, ανεξάρτητα από το πόσο γρήγορα ο φανός κινείται ως προς εμάς όταν εκπέμπει το φως.

Υπάρχει πλέον σήμερα άμεση πειραματική στήριξη γι’ αυτή την «αρχή της σταθερότητας». Το εντυπωσιακότερο παράδειγμα το προσφέρει το φως που προέρχεται από διπλούς αστέρες, δηλαδή από ζεύγη αστέρων που κινούνται σε τροχιά ο ένας γύρω από τον άλλο. Από ό,τι φαίνεται, υπάρχουν σημεία στην τροχιακή κίνηση του αστέρα στα οποία αυτός κινείται προς τη Γη και σημεία κατά τα οποία απομακρύνεται από αυτήν. Αν η ταχύτητα του φωτός διέφερε στα δύο αυτά διαφορετικά σημεία της τροχιάς του αστέρα, μπορούμε εύκολα να αποδείξουμε ότι θα βλέπαμε φαινομενικά -διαφόρων ειδών- «φευγαλέα» είδωλα του κινούμενου αστέρα. Θα φαινόταν να βρίσκεται, για να το πούμε έτσι, σε δυο μέρη ταυτόχρονα. Τέτοια είδωλα δεν παρατηρούνται. Και αυτό αποτελεί ισχυρότατο πειστήριο υπέρ της αρχής της σταθερότητας.

Οι εξισώσεις του Μάξγουελ περιέχουν ως μια από τις ιδιότητές τους την αρχή της σταθερότητας, αλλά καθώς αυτή ερχόταν σε σύγκρουση με τη Νευτώνεια Μηχανική, έπρεπε κάποιος να «μαντέψει» ποιες ήταν οι σωστές εξισώσεις. Εκείνη την εποχή υπήρχαν και άλλες υποθέσεις για το θέμα, τις οποίες ο Αϊνστάιν απέκλεισε γιατί δεν μπορούσε να σκεφτεί μορφή διαφορικής εξίσωσης η οποία να έχει λύσεις που να αναπαριστούν κύματα των οποίων η ταχύτητα εξαρτάται από την κίνηση της πηγής. Στην περίπτωση αυτή, η θεωρία της εκπομπής κυμάτων θα οδηγούσε σε σχέσεις φάσεων τέτοιες ώστε το διαδιδόμενο φως θα βρισκόταν άσχημα «ανακατεμένο» και θα μπορούσε ακόμη να «πέσει πάνω στον εαυτό του».

από το βιβλίο του J. BERNSTAIN «ΑΪΝΣΤΑΪΝ»
Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης

Πώς γίνεται να βρεθεί το φως «άσχημα ανακατεμένο»; Τι ακριβώς εννοούσε ο Αϊνστάιν με την παραπάνω φράση; Ας δούμε μια απλή εξήγηση που δίνει ο Καρλ Σαγκάν. Υποθέστε ότι βρισκόμαστε στο παρακάτω σταυροδρόμι στη θέση που βρίσκεται ο φωτογράφος που τράβηξε τη φωτογραφία:

6a00d8345159c669e2015435dbad6c970c-800wi

Έστω ότι ένα αυτοκίνητο έρχεται από τον απέναντι δρόμο και ένα άλλο από τον δρόμο αριστερά. Έστω ότι τα δύο αυτοκίνητα συγκρούονται. Αν το φως από το απέναντι αυτοκίνητο διαδιδόταν πιο γρήγορα (επειδή το απέναντι αυτοκίνητο κινείται προς εμάς) σε σχέση με το φως από το αυτοκίνητο που έρχεται από αριστερά, ουσιαστικά θα βλέπαμε το απέναντι αυτοκίνητο να συγκρούεται μόνο του και ύστερα από λίγο θα έφτανε το φως από το αυτοκίνητο που κινείται από αριστερά.


ΤED: Είναι δυνατό το ταξίδι στο χρόνο;

 

 

Advertisements