Τι Επίδραση Έχει Η Βαρύτητα Στα Φωτόνια

Photo Credit: ESA/Hubble & NASA

Παρά το γεγονός ότι η βαρύτητα είναι η πιο αδύναμη από τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις, δεσπόζει στο σύμπαν. Είναι υπεύθυνη για τις περιστροφές των γαλαξιών και τα σμήνη γαλαξιών. Κρατά τους πλανήτες σε κίνηση γύρω από τον ήλιο και είναι αυτή που μας κρατά "δεμένους" στο έδαφος. Από αυτή την άποψη, είναι ένα απαραίτητο κομμάτι της ζωής όπως την γνωρίζουμε και ένα θεμελιώδες κομμάτι της φυσικής που διέπει το σύμπαν. Είναι σχετικά εύκολο να δει κανείς την βαρύτητα στην εργασία, το μόνο που έχει να κάνει είναι να κοιτάξει ψηλά και να δει τον ήλιο να περνάει από πάνω. Αλλά πώς λειτουργεί η βαρύτητα σε σχέση με πράγματα που είναι πολύ μικρά, όπως τα φωτόνια (τα μικροσκοπικά, χωρίς μάζα σωματίδια που παράγουν φως). 

Υπό την παρουσία ενός βαρυτικού πεδίου, ένα φωτόνιο θα λυγίσει γύρω από την πηγή του πεδίου. Για παράδειγμα, εάν παρατηρήσουμε τα αστέρια που εμφανίζονται σε κοντινή εγγύτητα με τον ήλιο (από την δική μας οπτική γωνία, φαίνονται να συνορεύουν με τον ήλιο), θα εμφανιστούν οριακά έξω από τις "αληθινές θέσεις" τους, καθώς η βαρύτητα του ήλιου κάμπτει τα φωτόνια που εκπέμπονται από τα μακρινά αστέρια καθώς ταξιδεύουν περνώντας από τον ήλιο για να μας φτάσουν στη Γη. 

Δεδομένου ότι ο ήλιος μας είναι μέτριου μεγέθους, οι επιδράσεις είναι πολύ μικρές, αλλά εξακολουθούν να είναι μετρήσιμες. Αν κοιτάξουμε κάτι που είναι πραγματικά τεράστιο (που να έχει πολύ μεγαλύτερη μάζα από τον ήλιο μας, σαν ένα σμήνος γαλαξιών) και αν τυχαίνει να είναι ένα εξαιρετικά φωτεινό σώμα (όπως ένα κβάζαρ-ένας εξαιρετικά λαμπρός και μακρινός ενεργός γαλαξιακός πυρήνας, που εμφανίζεται στο ορατό φως ως σημειακή πηγή) στην αντίθετη πλευρά, μπορούμε να δούμε κηλίδες φωτός σε ένα κυκλικό μοτίβο. Αυτή είναι η θέα των φωτονίων από το κβάζαρ που κάμπτονται γύρω από το σμήνος. Σε αρκετές περιπτώσεις, έχουν φωτογραφηθεί δαχτυλίδια πλήρους 360 μοιρών. Αυτά ονομάζονται "Δαχτυλίδια του Einstein" και είναι εξαιρετικά σπάνια. 

Εστίαση στον ορίζοντα γεγονότων μαύρης τρύπας.
Το πολυμέσο είναι προσομοίωση.
Photo Credit: Thaisk

Εάν το σώμα (αστέρας ή σμήνος γαλαξιών) μεταξύ του παρατηρητή και του φωτεινού αντικειμένου είναι αρκετά βαρύ, θα αρχίσουμε να βλέπουμε διπλά και μερικές φορές ακόμη και τριπλά αντίγραφα του αντικειμένου. Σε αρκετές περιπτώσεις, οι ομάδες των επιστημόνων ήταν σε θέση να χρησιμοποιήσουν αυτή τη βαρυτική επίδραση ως ένα μεγεθυντικό φακό, για να κοιτάξουν βαθύτερα μέσα στο σύμπαν. 

Όταν ένα φωτόνιο βρίσκεται σε παρουσία μιας μαύρης τρύπας, συμβαίνει η ίδια κάμψη. Τα φωτόνια θα συνεχίσουν να κάμπτονται γύρω από το πεδίο βαρύτητας σε όλη τη διαδρομή μέχρι την Ακτίνα Schwarzschild (Ορίζοντας Γεγονότων), αλλά μετά τον Ορίζοντα των Γεγονότων της μαύρης τρύπας η ταχύτητα διαφυγής (ταχύτητα που απαιτείται για να ξεφύγει κάτι) γίνεται μεγαλύτερη από την ταχύτητα του φωτός, έτσι τα φωτόνια ταξιδεύουν χωρίς επιστροφή (σε αυτή την κατάσταση).

ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: Ειρήνη Μαντζουράνη