Ο Έλληνας αστροφυσικός που θα τεστάρει τον Αϊνστάιν! Θα κάνει το «τεστ της μαύρης τρύπας» για να επαληθεύσει τη Θεωρίας της Γενικής Σχετικότητας!

Ένας Έλληνας επιστήμονας της διασποράς, ο Δημήτρης Ψάλτης, καθηγητής Αστρονομίας και Φυσικής του Πανεπιστημίου της Αριζόνα, διαδραματίζει κομβικό ρόλο στο νέο μεγάλο Τηλεσκόπιο Ορίζοντα Γεγονότων (Event Horizon Telescope-EHT), που φιλοδοξεί να τραβήξει τις πρώτες εικόνες από την περίμετρο της μαύρης τρύπας στο κέντρο του γαλαξία μας, αλλά και άλλων γαλαξιών.

Αυτό θα είναι και το ύστατο «τεστ» επαλήθευσης της Θεωρίας της Γενικής Σχετικότητας του 'Αλμπερτ Αϊνστάιν.

Όπως δήλωσε σε συνέντευξή του στο Αθηναϊκό και Μακεδονικό Πρακτορείο Ειδήσεων, ο ίδιος και οι συνεργάτες του έχουν αναπτύξει τα "τεστ" που το τηλεσκόπιο ΕΗΤ θα πραγματοποιήσει. Οι πρώτες παρατηρήσεις του ΕΗΤ από μαύρες τρύπες αναμένονται στις αρχές του 2017. Ο κ.Ψάλτης δεν αποκλείει μάλιστα ότι η μελέτη των μαύρων οπών με το νέο υπερ-τηλσκόπιο θα οδηγήσει σε τροποποιήσεις της θεωρίας του Αϊνστάιν.

Το ΕΗΤ είναι μια διάταξη πολλών ραδιοτηλεσκοπίων, που καλύπτει όλη τη Γη, διαθέτοντας σταθμούς παρατήρησης από το νησί της Χαβάης έως τις Γαλλικές 'Αλπεις και από τα βουνά της Αριζόνα έως το Νότιο Πόλο. Όταν συνδυασθούν σε έναν υπερυπολογιστή οι ακτινοβολίες που λαμβάνουν όλα αυτά τα ραδιοτηλεσκόπια, θα λειτουργήσουν ως ένα ενιαίο εικονικό τηλεσκόπιο μεγάλο όσο η Γη, πράγμα που θα επιτρέψει στο ΕΗΤ να επιτύχει μεγεθύνσεις αδύνατες με τα επιμέρους τηλεσκόπια.

Ο Δημήτρης Ψάλτης γεννήθηκε στις Σέρρες το 1970 και σπούδασε Φυσική στο Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης. Έκανε τα μεταπτυχιακά του στο Πανεπιστήμιο του Ιλινόις και υπήρξε μεταδιδακτορικός φοιτητής στο Κέντρο Αστροφυσικής Χάρβαρντ-Σμιθσόνιαν, στο Πανεπιστήμιο ΜΙΤ και στο Ινστιτούτο Προωθημένων Μελετών του Πανεπιστημίου Πρίνστον.

Από το 2003 διδάσκει στο Πανεπιστήμιο της Αριζόνα, όπου σήμερα είναι καθηγητής Αστρονομίας και Φυσικής. Οι έρευνές του εστιάζονται στον έλεγχο της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας του Αϊνστάιν σε κοσμική κλίμακα, μελετώντας κυρίως τις μαύρες τρύπες και τους αστέρες νετρονίων.

Την περασμένη Παρασκευή, στο κορυφαίο επιστημονικό περιοδικό "Science", οι επιστήμονες (μεταξύ των οποίων ο κ.Ψάλτης) ανακοίνωσαν ότι κατάφεραν για πρώτη φορά, μέσω του τηλεσκοπίου ΕΗΤ, να παρατηρήσουν στην περίμετρο της μαύρης τρύπας του γαλαξία μας μαγνητικά πεδία, η ύπαρξη των οποίων έως τώρα ήταν μόνο θεωρητική υπόθεση.

Τι είδους πειράματα βρίσκονται σε εξέλιξη προκειμένου να ελέγξουν τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας του Αϊνστάιν σε νέα πλαίσια και πεδία;

Όπως πάντα, «τρέχουν» πολλά πειράματα στη Φυσική, τα οποία αποσκοπούν να ωθήσουν όλες τις υπάρχουσες θεωρίες στα όριά τους. Στην περίπτωση της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας, η εστίαση πολλών πειραμάτων είναι αφενός αντικείμενα όπως οι μαύρες τρύπες και τα άστρα νετρονίων και, αφετέρου, η επιταχυνόμενη επέκταση του σύμπαντος.

Όσον αφορά το πρώτο, η επόμενη δεκαετία θα μας φέρει, από τη μία χάρη στο Τηλεσκόπιο Ορίζοντα Γεγονότων (ΕΗΤ), τις πρώτες άμεσες εικόνες από τις 'σκιές' που ρίχνουν γύρω τους οι μαύρες τρύπες, και από την άλλη χάρη στο παρατηρητήριο LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), τα βαρυτικά κύματα που δημιουργούνται, όταν δύο αντικείμενα, όπως οι μαύρες τρύπες και τα άστρα νετρονίων, πλησιάζουν μεταξύ τους.
Μέσω της δεύτερης ομάδας παρατηρήσεων από τη Γη και το διάστημα, θα αποκτήσουμε περισσότερα δεδομένα για τη δομή του σύμπαντος και θα ανακατασκευάσουμε την ιστορία του, όπως εξελίχθηκε μέσω των βαρυτικών αλληλεπιδράσεων.

Τι ακριβώς είναι και τι προσπαθεί να πετύχει το Τηλεσκόπιο Ορίζοντα Γεγονότων (ΕΤΗ);

Το τηλεσκόπιο αυτό αποτελείται από μια διάταξη ραδιοτηλεσκοπίων, που καλύπτει όλη τη Γη και στοχεύει να τραβήξει τις πρώτες εικόνες, που θα έχουν ποτέ ληφθεί από αστροφυσικές μαύρες τρύπες. Διαθέτει σταθμούς-τηλεσκόπια από το νησί της Χαβάης έως τις Γαλλικές 'Αλπεις και από τα βουνά της Αριζόνα έως το Νότιο Πόλο.

Όταν συνδυάσουμε σε έναν υπερυπολογιστή τις ακτινοβολίες που λαμβάνουν όλα αυτά τα επιμέρους ραδιοτηλεσκόπια, θα μπορέσουμε να συνθέσουμε ένα εικονικό τηλσκόπιο τόσο μεγάλο όσο ολόκληρη η Γη και θα το χρησιμοποιήσουμε για να επιτύχουμε μεγεθύνσεις που θα ήσαν αδύνατες με μεμονωμένα τηλεσκόπια. Αυτή τη στιγμή, όλα τα εμπλεκόμενα τηλεσκόπια είναι πλήρως εξοπλισμένα και αναμένουμε την πρώτη ομάδα παρατηρήσεων από την ολοκληρωμένη διάταξή τους να συμβεί στις αρχές του 2017.

Ποια είναι η προσωπική εμπλοκή σας στο τηλεσκόπιο ΕΗΤ;

Ασχολούμαι με το Τηλεσκόπιο Ορίζοντα Γεγονότων από τα πρώτα στάδιά του. Στην ομάδα μου στο Πανεπιστήμιο της Αριζόνα, έχουμε αναπτύξει τα τεστ της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας, που το τηλεσκόπιο ΕΗΤ θα πραγματοποιήσει. Έχουμε επίσης αναπτύξει αλγόριθμους προσομοίωσης που εκτελούμε σε υπολογιστές και οι οποίοι μας επιτρέπουν να προβλέψουμε πώς θα μοιάζουν οι εικόνες που θα πάρουμε από τις μαύρες τρύπες.

Γιατί διαλέξατε τις μαύρες τρύπες ως τεστ για τη Θεωρία της Σχετικότητας;

Οι μαύρες τρύπες αποτελούν ένα από τα αστροφυσικά περιβάλλοντα, όπου η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας κάνει τις πιο ακραίες προβλέψεις της. Η άλλη περίπτωση είναι το Μπιγκ Μπανγκ. Είναι φυσικό να περιμένουμε ότι, αν η θεωρία του Αϊνστάιν χρειάζεται τροποποιήσεις, θα είναι ευκολότερο να το δούμε αυτό στις πιο ακραίες συνθήκες.

Αϊνστάιν σε αυτές τις πολύπλοκες αστροφυσικές συνθήκες, ενώ χωρίς τα σύγχρονα όργανα, θα ήταν επίσης αδύνατο να σχεδιάσουμε τα τωρινά πειράματα.

Αν αποδειχθεί κάποτε ότι ο Αϊνστάιν είχε λάθος, πόσο μεγάλο επιστημονικό «σεισμό» θα προκαλούσε κάτι τέτοιο;

Είναι ξεκάθαρο έως τώρα ότι η Γενική Θεωρία Σχετικότητας του Αϊνστάιν περιέγραφε με πολλή ακρίβεια τα βαρυτικά φαινόμενα στο ηλιακό μας σύστημα, καθώς και πολλά άλλα φαινόμενα στο σύμπαν. Παρόλα αυτά, είναι ακόμη πιθανό ότι όταν ασχοληθούμε με ακραίες συνθήκες, όπως αυτές κοντά σε μια μαύρη τρύπα ή στη διάρκεια του «Μπιγκ Μπανγκ», η θεωρία του μπορεί να απαιτεί τροποποιήσεις. Είναι δύσκολο να πει κανείς πόσο σοβαρές θα χρειαστεί να είναι αυτές οι τροποποιήσεις ή πόσο θα διαταράξουν τα θεμέλια της θεωρίας του, προτού βρούμε αποδείξεις ότι όντως τέτοιες τροποποιήσεις είναι αναγκαίες.

Ποιο ήταν τελικά το μεγαλύτερο επίτευγμα του Αϊνστάιν και γιατί αντιμετωπίζεται σαν ροκ-σταρ;

Ο 'Αλμπερτ Αϊνστάιν έκανε πολλές θεμελιώδεις συνεισφορές στη Φυσική, όμως αυτή που γιορτάσαμε φέτος, είναι η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας. Αν και μου είναι πολύ δύσκολο να τις αξιολογήσω με σειρά σπουδαιότητας, μπορώ να πώ ότι η θεωρία του αυτή είναι ίσως εκείνη που απαιτούσε την πιο πρωτότυπη και έξω από τις συμβατικότητες σκέψη. Θεωρείται ένας από τους μεγαλύτερους φυσικούς όλων των εποχών, επειδή έφερε επανάσταση στην κατανόησή μας για τον φυσικό κόσμο με πάνω από έναν τρόπους.

Η ειδωλοποίησή του σε βαθμό ροκ-σταρ είναι συνέπεια και της εποχής που έζησε, όπως πάντα συμβαίνει. Έκανε μερικές από τις σημαντικότερες επιστημονικές εργασίες του στη Γερμανία στη διάρκεια του Α' Παγκοσμίου Πολέμου και η θεωρία του σύντομα επαληθεύθηκε από άγγλους αστρονόμους - δηλαδή από τον εχθρό! Έκανε ανοιχτή κριτική στη ναζιστική Γερμανία και υπήρξε ένθερμος υποστηρικτής της ειρήνης. Έζησε δύο από τους πιο καταστροφικούς πολέμους στην ανθρώπινη ιστορία, αλλά υποστήριξε σθεναρά μια ειρηνική ζωή, γεμάτη διανοητικά επιτεύγματα.

Ο Αϊνστάιν άλλαξε την επιστημονική οπτική μας για το σύμπαν, αλλά πόσο επηρέασε τον μέσο άνθρωπο στον δρόμο;

Αν και είναι δύσκολο για έναν μη φυσικό να παρακολουθήσει τα πολύπλοκα μαθηματικά των θεωριών του Αϊνστάιν, ζούμε σήμερα σε έναν κόσμο που κάνει συνεχή, καθημερινή χρήση των εφαρμογών του. Η περιγραφή του φωτοηλεκτρικού φαινομένου, για το οποίο πήρε το βραβείο Νόμπελ, συνιστά τη βάση για όλα τα φωτοβολταϊκά, προκειμένου να αξιοποιούν την ηλιακή ενέργεια, καθώς και για πολλά άλλα στοιχεία στα ψηφιακά κυκλώματα. Οι συσκευές GPS που έχουμε στα κινητά τηλέφωνά μας, χρησιμοποιούν τη δική του Γενική Θεωρία της Σχετικότητας για να εντοπίσουν τη θέση μας στη Γη. Αν κοιτάξουμε γύρω μας, στην καθημερινή ζωή μας, θα βρούμε πολλά να μας υπενθυμίζουν την κληρονομιά του.

Ποιο ήταν το μεγαλύτερο σφάλμα του Αϊνστάιν;

Ο ίδιος θεώρησε ως μεγαλύτερο σφάλμα του την πεποίθησή του ότι το σύμπαν είναι στατικό. Θα ήταν πάντως ανάρμοστο να το θεωρήσουμε σφάλμα. Ο στόχος ενός φυσικού είναι να περιγράψει με μαθηματικό τρόπο φαινόμενα που συμβαίνουν στον φυσικό κόσμο. Καθώς τα πειράματα και οι οι παρατηρήσεις μας βελτιώνονται, οι περιγραφές μας επίσης πρέπει να βελτιώνονται. Αυτό που φαινόταν καλή ιδέα χθες, ίσως φαίνεται ατελές σήμερα.

Όταν ο Αϊνστάιν έμαθε τις παρατηρήσεις του αμερικανού αστρονόμου Ε.Χαμπλ ότι το σύμπαν επεκτείνεται, συνειδητοποίησε πως έπρεπε να αναθεωρήσει τις απόψεις του. Αυτό που ήταν ενδιαφέρον -και ο λόγος που μίλησε για σφάλμα του- ήταν το γεγονός πως η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας, στην αρχική μορφή της, προέβλεπε ένα εξελισσόμενο σύμπαν. Χρειάσθηκε μετά να τη «διορθώσει», για να κάνει το σύμπαν στατικό.

Σήμερα πια ξέρουμε ότι το σύμπαν όχι μόνο εξελίσσεται, αλλά η επέκτασή του στην πραγματικότητα επιταχύνεται. Αποδεικνύεται ότι η «διόρθωση» του Αϊνστάιν - αυτό που αποκαλούμε Κοσμολογική Σταθερά- μπορεί να ευθύνεται τελικά γι' αυτή την επιτάχυνση.

Τι άφησε ο Αϊνστάιν ανολοκλήρωτο;

Η Φυσική συνεχώς εξελίσσεται. Με αυτή την έννοια, όλες οι περιγραφές μας του φυσικού κόσμου δεν είναι ολοκληρωμένες, επειδή κατ' ανάγκη καλύπτουν μόνο τις πλευρές που γνωρίζουμε σήμερα. Όταν ο Αϊνστάιν πέθανε, γνώριζε πολύ λίγα για τα υποατομικά σωματίδια, σε σχέση με αυτά που ξέρουμε σήμερα, ή για τις μαύρες τρύπες ή για την επιταχυνόμενη επέκταση του σύμπαντος. Ο Αϊνστάιν έκανε πολλές σημαντικές προόδους όσον αφορά την κατανόησή μας για τον κόσμο και πολλές γενεές φυσικών έκτοτε συνεχίζουν πάνω στο μονοπάτι που χάραξε.

Περισσότερα επιστημονικά θέματα εδώ.