11/3/08

Αυθόρμητη ρήξη της Συμμετρίας


"Υπάρχει κάτι σχετικά με το κενό - ο άδειος χώρος καθαυτός- που γνωρίζει τη διαφορά μεταξύ ενός 'πάνω' quark και ενός 'κάτω΄ quark, και είναι η επίδραση του κενού πάνω σε αυτά τα σωματίδια που τα κάνει να φαίνονται διαφορετικά σε εμάς''. [1]

Όποτε μιλάμε για συμμετρία αναφερόμαστε στην αρμονία. Αρμονία σημαίνει σύνθεση των αντιθέτων. Αν έχουμε ένα μόνο πράγμα, θα πρέπει να το 'κόψουμε' στα δύο, μόνο και μόνο για να συγκρίνουμε το ένα μισό σε σχέση με το άλλο, με βάση έναν κανόνα ή άξονα αναφοράς. Πώς όμως μια πεταλούδα 'ξέρει' ποια μεταμφίεση πρέπει να φορέσει ώστε να παραπλανά τους κυνηγούς της; Δεν το ξέρει. Ο άδειος χώρος, αυτό που ονομάζεται κενό (vacuum), χαρακτηρίζεται με αυτήν την παράξενη 'καθρεφτική' συμπεριφορά. Όχι μόνο μια πεταλούδα, αλλά όλα τα πλάσματα, καθώς και τα άψυχα αντικείμενα, 'κόβουν' το κενό στα δυο, και ταυτόχρονα φέρουν τη συμμετρία μέσα τους. Πρόκειται για μια συνεργασία μεταξύ της ύλης και του κενού χώρου, όπου η ύλη λειτουργεί σαν το μαχαίρι και το κενό σαν τη 'φέτα' που θα κοπεί. Αυτό πάντως που είναι σημαντικό, είναι πως η διαίρεση δε γίνεται 'από τη μία πλευρά προς την άλλη', αλλά ταυτόχρονα και προς τις δύο κατευθύνσεις. Αυτή άλλωστε είναι και η έννοια της ολότητας, την οποία κάποιοι ονόμασαν 'θεό'.


Smaller and Smaller, Escher, 1956

Με τον ίδιο τρόπο μπορούμε να ομαδοποιήσουμε τα πράγματα σε ομάδες (groups), μικρότερες ή μεγαλύτερες, έτσι ώστε να έχουν κάποια κοινά χαρακτηριστικά. Θα μπορούσαμε για παράδειγμα να χρησιμοποιήσουμε μόνον ένα στοιχείο μιας ομάδας και πολλαπλασιάζοντάς το με κάποιον παράγοντα να δημιουργήσουμε τα υποσύνολα ενός ευρύτερου συνόλου. Η γεωμετρική του απεικόνιση θα μπορούσε να είναι σαν τον προηγούμενο πίνακα του Escher. Εδώ αντί για τα σχέδια πάνω στα φτερά μιας πεταλούδας, η ομάδα αποτελείται από τριών χρωματικών αποχρώσεων σαύρες, που ξεκινάνε από το μηδέν και πολλαπλασιάζονται κυκλικά προς τα έξω. Όπως και να έχει, η συμμετρία μοιάζει σαν να προκύπτει από ένα θεμελιώδες μοτίβο το οποίο διαρκώς αναπαράγεται πιστά, έτσι ώστε το τελικό αποτέλεσμα να μην μπορεί παρά να είναι συμμετρικό. Η συμμετρία δηλαδή μοιάζει να προκύπτει από μία θεμελιώδη αυτοαναπαραγόμενη δομή, χαρακτηριστική της ύλης και του κενού.


 

Τα σωματίδια της ύλης υπόκεινται κι αυτά στις δικές τους συμμετρίες. Το πρότυπο μοντέλο (Standart Model) της ατομικής φυσικής, συμπληρώνεται με τρεις ομάδες συμμετρίας, U(1) για τον ηλεκτρομαγνητισμό, SU(2) για τις ασθενείς και SU(3) για τις ισχυρές πυρηνικές δυνάμεις. Επίσης, εκτός από την ύλη και την αντιύλη υπάρχει και η υπερσυμμετρική ύλη, θεωρητικά τουλάχιστον. Πρόκειται για μία ακόμη συμμετρία μεταξύ των φερμιονίων (δομικών υλικών σωματιδίων) και των μποσονίων (σωματίδια φορείς των δυνάμεων). Η υπερσυμμετρία, αν ισχύει, θα διπλασιάσει τα σωματίδια της ύλης, αφού για το καθένα θα υπάρχει και το υπερσυμμετρικό αντίστοιχο. Σε κάθε περίπτωση, η συμμετρία στη φυσική έχει να κάνει με μετασχηματισμούς οι οποίοι αφήνουν τους νόμους της φύσης αναλλοίωτους. Ακόμη δηλαδή κι αν τα σωματίδια μετατρέπονται σε άλλα σωματίδια, θα υπάρχουν κάποιες ποσότητες που διατηρούνται. Γι' αυτό άλλωστε συμμετρία δε σημαίνει τόσο διατήρηση της μορφής των πραγμάτων και του κόσμου, όσο διατήρηση των νόμων που διέπουν τις μεταβολές, ανεξάρτητα αν τα πράγματα διατηρούν την αρχική τους μορφή. Η συμμετρία βρίσκεται βαθύτερα στην ουσία του κόσμου.


Πάντως, όση σημασία κι αν αποδόσουμε στη συμμετρία οφείλουμε να ομολογήσουμε ότι μπορεί κάποιος ή κάτι να είναι άσχημο, αλλά να διατηρεί τη γοητεία του. Ίσως τότε να είναι, στη ρίξη της συμμετρίας, που ο κόσμος αποκτά μια νέα, πιο ενδιαφέρουσα διάσταση. Από τους πρώτους που θεώρησαν τις επιπτώσεις της ρίξης της συμμετρίας ήταν ο Pierre Curie, ο οποίος πολύ απλά είπε πως για να υπάρξει φυσικό φαινόμενο θα πρέπει να υπάρξει προηγουμένως ρίξη της συμμετρίας.


 

Η συμμετρία ωστόσο δε χάνεται. Περνάει ανταυτού από ένα επίπεδο κρυφό σε ένα επίπεδο πραγματικότητας. Η διαδικασία ονομάζεται αυθόρμητη ρήξη της συμμετρίας (spotaneοus symmetry breaking), η οποία αναπαρίσταται με το διπλανό σχήμα, ενός δυναμικού σε σχήμα μεξικάνικου καπέλου. Το σωματίδιο που ταλαντώνεται στο βάθος του 'καπέλου' μόλις έχει συνειδητοποιήσει την πτώση του από την κορφή του καπέλου, όπου όλα δείχνουν το ίδιο, κάτω στο γείσο, όπου η ασυμμετρία είναι έκδηλη από την καμπυλότητα. Αυτή η ρίξη της συμμετρίας έχει ως αποτέλεσμα μεταξύ άλλων και την απόδοση μάζας στην ύλη, μέσω του μηχανισμού Higgs. Μία αντίστοιχη κατάσταση συμβαίνει και στην κοσμολογία, όπου η 'γούβες' στο χωροχρόνο, κάνουν τα σώματα να αποκτάνε βάρος. Η σχέση ανάμεσα στις διακυμάνσεις του χωροχρόνου και στις ταλαντώσεις του κενού από τη μία πλευρά και στην απόδοση των ιδιοτήτων της ύλης από την άλλη, δεν είναι γνωστή. Αν ήταν η φυσική θα είχε βρει τη θεωρία των πάντων.


 

Είδαμε πως η συμμετρία είναι ένας κανόνας με τον οποίο τα πράγματα παραμένουν αναλλοίωτα σε κάποιους μετασχηματισμούς. Ακόμη περισσότερο, αυτός ο κανόνας έχει ως αποτέλεσμα τη διατήρηση των νόμων της φύσης, ακόμη κι αν τα πράγματα μετατρέπονται σε νέες μορφές. Η ρίξη της συμμετρίας επιτρέπει τη μετάβαση από μία ασταθή κατάσταση 'υψηλής' συμμετρίας σε μία σταθερή κατάσταση 'χαμηλής' συμμετρίας. Άλλωστε, όλα τα εικονικά (βραχύβια) σωματίδια ξεπηδάνε μέσα από έναν αυθόρμητο 'τοκετό του κενού'. Η πιο ενδιαφέρουσα πάντως προοπτική είναι αυτή που ο άνθρωπος προκαλεί τη ρίξη της συμμετρίας. Μέσω της παρατήρησης και του πειράματος προκαλούμε με τρόπο ακούσιο ή καθορισμένο όχι μόνο την κατάρρευση της κυματοσυνάρτησης των σωματιδίων, αλλά και την ίδια την εμφάνισή τους, μέσα από τη διέγερση του κενού, σε μία διαρκή διαδικασία αναδιπλώσεων. Το κενό φαίνεται ότι μπορεί να 'νιώσει' την παρουσία μας και τη βούλησή μας και με τέτοιον τρόπο ώστε ο εαυτός μας- αυτός ο υπερσυμμετρικός μας σύντροφος, καθώς και όλος ο κόσμος, να αποκτάνε ύλη, ουσία και πραγματικότητα.


No comments:

Post a Comment