Πώς είναι να εξερευνάς το σύμπαν με τον Νομπελίστα Φυσικό, Κιπ Θορν
Βαρυτικά κύματα, μαύρες τρύπες, ταξίδια στο χρόνο, φυσική, πολλή φυσική και όροι που σίγουρα δεν είχα σκεφτεί πως θα χρησιμοποιήσω και μάλιστα κατά τη διάρκεια μιας συνομιλίας που θα θυμάμαι για καιρό και για πολλούς λόγους.
Κάπως έτσι θα μπορούσαμε να συνοψίσουμε τη συνέντευξη με τον Κιπ Θορν, τον Νομπελίστα της Φυσικής ή αλλιώς τον σημαντικότερο θεωρητικό φυσικό στη μελέτη των βαρυτικών κυμάτων και των μελανών οπών, ο οποίος την περασμένη εβδομάδα επισκέφτηκε την Ελλάδα στο πλαίσιο εκδήλωσης που διοργάνωσε το Ίδρυμα Ευγενίδου, μία ημέρα πριν την αναγόρευσή του σε επίτιμο διδάκτορα του Τμήματος Φυσικής του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης. Η επίσκεψή του πραγματοποιήθηκε με την ευκαιρία και της δεύτερης έκδοσης του βιβλίου του «Η Επιστήμη του Interstellar» από τις εκδόσεις Ροπή.
Τα ερωτήματα που προσπαθώ να καταγράψω στο χαρτί, λίγα μόλις 24ωρα πριν την συνάντησή μας, δεν είναι και πολύ συγκεκριμένα, δεδομένου ότι δεν είναι εύκολο να συνοψίσεις δεκάδες θεωρίες και άλλες τόσες εξισώσεις μέσα σε λίγα μόνο λεπτά της ώρας. Η πρώτη μας όμως επαφή κατά τη διάρκεια της συνέντευξης -για καλή μου τύχη- με απαλλάσσει από το άγχος που ήταν σίγουρο πως θα ακολουθούσε στη συνέχεια κι αυτό γιατί διαπιστώνω πως ο Θορν είναι μια απίστευτα οικεία προσωπικότητα που με απλό και κατανοητό τρόπο θα σου απαντήσει σε όλα τα πιθανά -και μη- ερωτήματα που είχες ποτέ σκεφτεί.
Ο Νομπελίστας Αμερικανός με περιμένει σε μία από τις αίθουσες του Ιδρύματος Ευγενίδου, ενώ στο πλευρό του βρίσκεται ο μαθητής του και επίκουρος καθηγητής του ΕΚΠΑ, Θεοχάρης Αποστολάτος. Με καλωσορίζει και η συζήτηση ξεκινά από την εικόνα της μαύρης τρύπας, την οποία στις αρχές του περασμένου μήνα χαιρέτισε σύσσωμη η επιστημονική κοινότητα αλλά και η ανθρωπότητα παγκοσμίως και την οποία έδωσε στη δημοσιότητα η επιστημονική ομάδα Event Horizon Telescope.
O Kιπ Θορν έλαβε το βραβείο Νόμπελ το 2017 για τις αποφασιστικές συνεισφορές του στον ανιχνευτή LIGO και την παρατήρηση βαρυτικών κυμάτων
Οι μαύρες τρύπες του σύμπαντος
«Η εικόνα που όλοι αντικρίσαμε παρόλο που δεν επέτρεψε την καταγραφή σημαντικών λεπτομερειών -δεδομένου ότι ήταν χαμηλής ανάλυσης- μας γεμίζει αισιοδοξία για το μέλλον, αφού πιστεύουμε πως με την εξέλιξη της τεχνολογίας θα καταφέρουμε να συγκεντρώσουμε αναλυτικότερες εικόνες για τον τρόπο που λειτουργούν οι μαύρες τρύπες στο σύμπαν και για τον τρόπο που η κίνησή τους οδηγεί στη δημιουργία πιδάκων ύλης που φαίνεται πως αναδύονται με μοναδική ταχύτητα από το εσωτερικό τους. Σε κάποια χρόνια από τώρα θα έχουμε πλήρεις απαντήσεις και όσον αφορά όλα εκείνα που καταγράφονται πέρα από την επιφάνεια της μαύρης τρύπας και τον τρόπο που αυτά μπορούν να επηρεάσουν τον κόσμο μας», σχολιάζει ο ίδιος.
Σημειώνεται ότι ο Κιπ Θορν μεταξύ άλλων έχει πραγματοποιήσει σημαντική έρευνα και για τα λεγόμενα βαρυτικά κύματα, των οποίων την θεωρητική ύπαρξη είχε προβλέψει ο Αϊνστάιν μέσα από τη Θεωρία της Σχετικότητας το 1915. Χρειάστηκαν όμως περίπου εκατό χρόνια για να αποδειχθεί και πειραματικά η ύπαρξή τους. Το 2016 το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών των ΗΠΑ, τα Πανεπιστήμια Caltech και MIT και η ερευνητική κοινοπραξία LIGO (Laser Interferometer Gravitational wave Observatory, Παρατηρητήριο Βαρυτικών κυμάτων με Συμβολομετρία Λέιζερ), ανακοίνωσαν την ανακάλυψη βαρυτικών κυμάτων, ανεπαίσθητων ρυτιδώσεων στον «ιστό» του χωροχρόνου, τα οποία δημιουργήθηκαν από την σύγκρουση δύο μαύρων οπών, περίπου 1 δισ. έτη φωτός μακριά.
Όπως τότε είχε δηλώσει ο Karsten Danzmann, διευθυντής στο Ινστιτούτο Max Planck Βαρυτικής Φυσικής, αλλά και στο Ινστιτούτο Βαρυτικής Φυσικής του Πανεπιστημίου Leibniz της Γερμανίας, «πρόκειται για την πρώτη στα χρονικά απευθείας ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων, για την πρώτη στην ιστορία άμεση ανίχνευση μαύρων οπών και συνάμα μία ακόμη επαλήθευση της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας, αφού οι ιδιότητες αυτών των μαύρων οπών συμφωνούν επακριβώς με όσα προβλέπει γι’ αυτές η θεωρία του Αϊνστάιν που διατυπώθηκε σχεδόν 100 χρόνια πριν».
...και οι σκουληκότρυπες
Κατά τη συζήτησή μας δεν θα μπορούσα να μην του ζητήσω να μου δώσει μια σαφή ερμηνεία για τις αποκαλούμενες σκουληκότρυπες -που οι περισσότεροι έχουν ακούσει χωρίς ίσως να γνωρίζουν με ακρίβεια τι αυτές σηματοδοτούν- αλλά και για το ενδεχόμενο να είναι στο μέλλον εφικτό ένα ταξίδι στο χρόνο. Ο Θορν αναλαμβάνει να μου εξηγήσει διεξοδικά. Αν οι σκουληκότρυπες μπορούσαν να γίνουν ορατές με γυμνό μάτι, θα τις παρουσιάζαμε ως «σήραγγες», που συνδέουν σημεία του χωρόχρονου κατά τέτοιο τρόπο ώστε το ταξίδι μεταξύ των σημείων της σκουληκότρυπας να μπορεί να διαρκέσει πολύ λιγότερο χρόνο από όσο το ταξίδι μέσω του συνηθισμένου χώρου.
Όπως χαρακτηριστικά επισημαίνει, η επιστημονική κοινότητα δεν έχει καταλήξει με σιγουριά πως υπάρχουν, στην περίπτωση όμως που κάτι τέτοιο ισχύει, ανοίγονται νέοι δρόμοι για τον κόσμο και πρόκειται για μια ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα θεωρία. «Και εκτός από ενδιαφέρουσα, θα ήταν και σωτήρια για όλους μας», λέει μάλιστα γελώντας. Με αφορμή το σχετικό σενάριο της κινηματογραφικής ταινίας «Interstellar» δε, στην οποία ήταν ο ίδιος επιστημονικός σύμβουλος, υπογραμμίζει πως «μπορεί πολλοί να ήθελαν να επιχειρήσουν ένα τέτοιο ταξίδι, ωστόσο αν συμβεί κάτι τέτοιο, μπορεί να αποδειχτεί ότι δεν είναι απλά επικίνδυνο αλλά θανατηφόρο». «Αν έχεις μία σκουληκότρυπα θα καταρρεύσει τόσο γρήγορα που δεν μπορείς να ταξιδέψεις μέσα σε αυτή. Νομίζω πως είμαι λίγο απαισιόδοξος. Δεν ξέρω, θα δείξει το μέλλον. Για αυτά τα πράγματα δεν μπορούμε να μιλάμε με απόλυτη σιγουριά», συμπληρώνει.
Όσο για τα ταξίδια στο χρόνο, υπογραμμίζει και πάλι πως αμφισβητεί πως ένα τέτοιο σενάριο μπορεί να επιτευχθεί αφού κανείς δεν γνωρίζει ακόμα αν και πού μπορεί να υπάρχουν οι σκουληκότρυπες, αφού η ύπαρξή τους δεν συνάδει με τους θεμελιώδεις κανόνες της Φυσικής.
Η ύπαρξη σκουληκότρυπων θα ήταν σωτήρια για όλους μας. Δεν γνωρίζουμε όμως αν υπάρχουν
Η νέα εποχή στην αστρονομική έρευνα
Παίρνει μια γρήγορη ανάσα και αμέσως του θέτω το επόμενο ερώτημα που έχω σημειωμένο στο τετράδιο μπροστά μου. Τι να περιμένουμε όσον αφορά την έρευνα για τα βαρυτικά κύματα -στα οποία ο Θορν έχει εστιάσει την προσοχή του- και πώς η μελέτη τους θα μπορούσε να συνδυαστεί με το επόμενο μεγάλο επίτευγμα στον χώρο της Φυσικής; Εξηγώντας γιατί είναι τόσο σημαντικά τα βαρυτικά κύματα αλλά και γιατί ήταν αδύνατο μέχρι πριν από λίγα χρόνια να τα εντοπίσουμε, μου μιλά για τους μελλοντικούς ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων, οι οποίοι θα τοποθετηθούν σε τροχιά γύρω από τον Ήλιο. Αναφέρεται στα νέας γενιάς συστήματα ανίχνευσης των βαρυτικών κυμάτων που έχουν ήδη αρχίσει να σχεδιάζονται, όπως το τηλεσκόπιο Αϊνστάιν, το οποίο θα εγκατασταθεί δεκάδες μέτρα κάτω από την επιφάνεια της Γης, ώστε να μειώνονται οι παρεμβολές και ο «θόρυβος» που προκαλεί η διέλευση σεισμικών κυμάτων.
Ο Κιπ Θορν λέει ότι με τους επόμενης γενιάς ανιχνευτές θα μπορούμε να εντοπίζουμε όλα τα είδη βαρυτικών κυμάτων, ακόμη και εκείνα που προέρχονται από την συγχώνευση γιγάντιων γαλαξιακών μαύρων τρυπών ή από την εποχή του Πληθωρισμού. Με τους νέους ανιχνευτές, σύμφωνα με τον Θορν, θα μπορούμε σύντομα να μελετάμε ενδελεχώς, κάθε είδους μαύρη τρύπα. Από τις πιο μικρές που έχουν μάζα 2-3 φορές μεγαλύτερη από αυτή του Ήλιου μέχρι τις κολοσσιαίες μαύρες τρύπες που βρίσκονται στους γαλαξιακούς πυρήνες και έχουν μάζα εκατομμύρια, ακόμη και δισεκατομμύρια φορές, μεγαλύτερη από αυτή του μητρικού μας άστρου. Ο ίδιος ευελπιστεί ότι με την μελέτη των βαρυτικών κυμάτων θα πάρουμε απαντήσεις για την γέννηση του Σύμπαντος και την εξέλιξή του από τα πρώτα εκατομμυριοστά του δευτερολέπτου μετά την περιβόητη «Μεγάλη Έκρηξη».
Στόχος είναι να «δούμε» την γέννηση του χώρου και του χρόνου αλλά και τον μηχανισμό που οδήγησε στον αποκαλούμενο Πληθωρισμό, την ραγδαία επιταχυνόμενη διαστολή του αρχέγονου Σύμπαντος, η οποία διήρκεσε για ένα απειροελάχιστο κλάσμα του δευτερολέπτου. Με βάση όλα αυτά ο Κιπ Θορν υποστηρίζει ότι είμαστε μπροστά στην έναρξη μιας νέας εποχής στην αστρονομική έρευνα, στην διάρκεια της οποίας η αστρονομία των βαρυτικών κυμάτων θα βοηθήσει τους επιστήμονες να διευρύνουν εντυπωσιακά τις γνώσεις τους για το Σύμπαν.
Το ενδεχόμενο μιας νέας ταινίας και το βραβείο Νόμπελ
Λίγο πριν κλείσουμε τη συζήτηση, τον ρωτώ για το βραβείο Νόμπελ που του απονεμήθηκε το 2017 για τις αποφασιστικές συνεισφορές του στον ανιχνευτή LIGO και την παρατήρηση βαρυτικών κυμάτων. Μαζί του βραβεύτηκαν και οι Ράινερ Βάις και Μπάρι Μπάρις. «Πώς νιώσατε στ’ αλήθεια τη στιγμή της απονομής;», του λέω. «Ένιωσα βαθιά απογοήτευση», απαντά ενώ αιτιολογώντας τα λόγια του επισημαίνει πως το βραβείο ήταν αποτέλεσμα μιας συλλογικής δουλειάς και γι’ αυτό θεωρεί πως έπρεπε να το λάβει ολόκληρη η ομάδα.
Υπενθυμίζεται πως η έρευνα του Θορν είχε προβλέψει τις αναμενόμενες εντάσεις και τις χρονικές «υπογραφές» των βαρυτικών κυμάτων που προέρχονται από διάφορες πηγές, όπως αυτά θα καταγράφονταν στη γη. Αυτό το θέμα αφορά άμεσα το LIGO -που όπως έχει ήδη αναφερθεί- είναι ένα συνεργατικό πείραμα ανιχνεύσεως βαρυτικών κυμάτων του οποίου ο Θορν υπήρξε βασικός υποστηρικτής.
Μία σημαντική πτυχή της έρευνας του Θορν ήταν το ότι ανέπτυξε τα απαραίτητα μαθηματικά για την ανάλυση της παραγωγής των βαρυτικών κυμάτων από αστροφυσικά σώματα. Ο Θορν ασχολήθηκε επίσης με αναλύσεις του μηχανικού σχεδιασμού για χαρακτηριστικά του LIGO που δεν μπορούν να αναπτυχθούν με πειραματικές μεθόδους και συμβούλευσε σχετικά με τους αλγόριθμους για την ανάλυση δεδομένων, δια των οποίων θα ανιχνεύονταν τα βαρυτικά κύματα.
Η θεωρητική του υποστήριξη για το LIGO περιελάμβανε επίσης την ταυτοποίηση πηγών βαρυτικών κυμάτων που θα έπρεπε να στοχεύσει το LIGO και (σε συνεργασία με την ερευνητική ομάδα του Βλαντίμιρ Μπραγκίνσκυ στη Μόσχα) την επινόηση σχεδίων για μετρήσεις ελάχιστης κβαντικής αβεβαιότητας (quantum nondemolition) για την κατασκευή προηγμένων ανιχνευτών βαρυτικών κυμάτων και μεθόδων για τη μείωση του σοβαρότερου είδους θορύβου σε αυτούς: του θερμοελαστικού. Μαζί με τον Κάρλτον Κέιβς (Carlton M. Caves) ο Θορν επινόησε την προσέγγιση «αποφυγής αναδράσεων» (back-action-evasion approach) σε μετρήσεις ελάχιστης κβαντικής αβεβαιότητας αρμονικών ταλαντωτών- μια τεχνική που μπορεί να εφαρμοσθεί τόσο στην ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων όσο και στην κβαντική οπτική.
Στις 11 Φεβρουαρίου 2016 μια ομάδα τεσσάρων φυσικών που αντιπροσώπευαν το LIGO ανακοίνωσαν ότι τον Σεπτέμβριο του 2015, είχαν καταγράψει την «υπογραφή» βαρυτικών κυμάτων που είχαν συγκρουστεί 1,3 δισεκατομμύριο έτη φωτός μακριά μας. Αυτή ήταν η πρώτη απευθείας παρατήρηση βαρυτικών κυμάτων και επιβεβαίωσε μία σημαντική πρόβλεψη της γενικής θεωρίας της σχετικότητας.
Τέλος, του ζητώ να μου πει δυο λόγια για την νέα ταινία που λέγεται ότι προετοιμάζει μετά φυσικά το γνωστό σε όλους μας «Interstellar». Χαμογελά έντονα και μου λέει πως δυστυχώς δεν μπορεί να αποκαλύψει πολλά. Θα χρειαστούν δύο με τρία χρόνια για να μάθουμε λεπτομέρειες. Δεν είναι ακόμα ξεκάθαρα πολλά πράγματα, αλλά όπως όλα δείχνουν θα έχουμε κάτι καινούριο. Όπως μάλιστα λέει, υπάρχει μια ιδέα για νέα ταινία το σενάριο της οποίας δούλεψε μαζί με την Λίντα Ομπστ -με την οποία είχε γράψει και το σενάριο του Interstellar- αλλά και τον καλό τους φίλο, Στίβεν Χόκινγκ όσο εκείνος ζούσε. «Αυτός άλλωστε είναι και ο λόγος που θα ήθελα τόσο πολύ να γυριστεί. Για να την αφιερώσω στον Στίβεν», λέει.
*Η ταινία «Interstellar» που κέρδισε Οσκαρ οπτικών εφέ, ήταν μια ιδέα του Κιπ Θορν και της Ομπστ, γνωστής παραγωγού ταινιών στο Χόλιγουντ. Οι δυο τους είχαν γράψει μάλιστα ολόκληρο το σενάριο που ήθελαν να βασίζεται εξ ολοκλήρου σε πραγματικά επιστημονικά δεδομένα και να μην υπάρχει κανένα «άλμα» επιστημονικής φαντασίας. Ο Κιπ Θορν αποκάλυψε διάφορες ιστορίες και παρασκήνια της ταινίας, η οποία τελικά πήρε διαφορετικό δρόμο από εκείνον που ο ίδιος ήθελε, αφού ο σκηνοθέτης Κρίστοφερ Νόλαν αποφάσισε να προβεί σε δομικές αλλαγές στο σενάριο. Παρόλα αυτά ο Θορν παρέμεινε ως επιστημονικός σύμβουλος στην ταινία.
Όπως ανέφερε ο Θορν, ο Νόλαν αφού ολοκληρώθηκαν τα γυρίσματα ομολόγησε σε εκείνον ότι έκανε λάθος και ότι έπρεπε να ακολουθήσουν κατά γράμμα τις αρχικές ιδέες του αλλά ήταν πλέον αργά. Βέβαια, ο Θορν με ευγένεια αναφέρει ότι οι ιδέες του Νόλαν μπορεί να μην είχαν επιστημονικό υπόβαθρο αλλά είχαν πολύ ενδιαφέρον και λειτούργησαν σε καθαρά κινηματογραφικό επίπεδο πολύ καλύτερα από ό,τι θα λειτουργούσε το αρχικό πλάνο.
ΠΡΙΝ ΦΥΓΕΤΕ:
