Η κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου μπορεί να παίξει τον ρόλο του αιθέρα;

Για πολλά χρόνια μετά τη μεγάλη έκρηξη οι θερμοκρασίες ήταν τόσο μεγάλες ώστε τα άτομα που σχηματίζονταν διαλύονταν αμέσως επειδή συγκρούονταν με μεγάλη ενέργεια με άλλα υποατομικά σωματίδια.

Συνεπώς τα ηλεκτρόνια ήταν ελεύθερα και μπορούσαν να σκεδάσουν το φως.
Έτσι, το σύμπαν ήταν αδιαφανές. Οι δέσμες φωτός σ’ αυτό το υπέρθερμο σύμπαν διένυαν ελάχιστη απόσταση και στη συνέχεια απορροφούνταν. Μετά όμως από 400.000 περίπου χρόνια η θερμοκρασία έπεσε στους 3000 βαθμούς.

Έτσι, δημιουργήθηκαν σταθερά άτομα και οι φωτεινές δέσμες μπορούσαν να διανύουν τεράστιες αποστάσεις χωρίς να απορροφώνται. Για πρώτη φορά το κενό διάστημα έγινε διαφανές. Η ακτινοβολία που δεν αλληλεπιδρούσε πια με την ύλη κυκλοφορεί στο σύμπαν μέχρι σήμερα σε μήκη κύματος κυρίως μικροκυμάτων, αντιστοιχεί σε θερμοκρασία περίπου 3 βαθμών, και ονομάζεται κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου.

Το υπόβαθρο μικροκυμάτων ορίζει ένα σύστημα αναφοράς ως προς το οποίο μπορούμε να μετρήσουμε την τοπική μας κίνηση που περιλαμβάνει την κίνηση της γης γύρω από τον ήλιο, του ήλιου γύρω από το κέντρο του γαλαξία μας και του γαλαξία μας σε σχέση με τους γειτονικούς γαλαξίες.

Κατά μήκος της κίνησής μας, η ακτινοβολία των φωτονίων υποβάθρου είναι λίγο μετατοπισμένη προς το ερυθρό (ανισοτροπία διπόλου υποβάθρου μικροκυμάτων). 

 

Στο σχήμα το διπλό βέλος παριστάνει την ταχύτητα του ηλιακού μας συστήματος σε σχέση με την κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου. Από τις μετρήσεις ανισοτροπίας του δορυφόρου COBE προέκυψε η τιμή 371 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο.

Η ταχύτητα αυτή είναι το διανυσματικό άθροισμα της ταχύτητας του ηλιακού μας συστήματος ως προς το κέντρο του γαλαξία μας, που είναι περίπου 220 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο, της ταχύτητας του γαλαξία μας ως προς το κέντρο μάζας της τοπικής ομάδας γαλαξιών, περίπου 80 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο και της ταχύτητας της τοπικής ομάδας γαλαξιών ως προς το «ακίνητο» σύστημα της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου.

Τα παραπάνω μας οδηγούν στους παρακάτω προβληματισμούς:
Το σύστημα αναφοράς στο οποίο η κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου φαίνεται ισοτροπική θα μπορούσε να θεωρηθεί ως το απολύτως ακίνητο σύστημα αναφοράς του σύμπαντος;
Μήπως τελικά η ακτινοβολία υποβάθρου είναι ο αιθέρας του 19ου αιώνα, το απόλυτο σύστημα αναφοράς;
Μήπως παραβιάζεται το αξίωμα της ειδικής θεωρίας της σχετικότητας του Einstein σύμφωνα με το οποίο δεν υπάρχει τέτοιο σύστημα;
Τίποτε από τα παραπάνω δεν ισχύει!

Αυτό που η σχετικότητα απαγορεύει πραγματικά είναι ο προσδιορισμός της κίνησης με τοπικά πειράματα – πειράματα που πραγματοποιούνται σε ένα κλειστό εργαστήριο χωρίς καμία αναφορά σε οτιδήποτε έξω απ’ αυτό – όπως το πείραμα των Michelson-Morley το οποίο ψάχνει για μεταβολές στην ταχύτητα του φωτός που οφείλονται στην κίνησή μας σε σχέση με μια υποτιθέμενη απόλυτη κατάσταση ακινησίας.

Δεν υπάρχει καμιά απόδειξη ότι οι νόμοι της φυσικής ξεχωρίζουν το σύστημα αναφοράς της ακτινοβολίας υποβάθρου.
Οι παρατηρήσεις της ανισοτροπίας μετρούν την ταχύτητά μας σχετικά με την κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου και αυτό δεν είναι διαφορετικό από την μέτρηση της ταχύτητάς μας σχετικά με τα άστρα.

Το σχήμα είναι από το βιβλίο «An introduction to the Science of Cosmology», Derek Raine, Ted Thomas

https://physicsgg.me/2011/02/07/%ce%b7-%ce%ba%ce%bf%cf%83%ce%bc%ce%b9%ce%ba%ce%ae-%ce%b1%ce%ba%cf%84%ce%b9%ce%bd%ce%bf%ce%b2%ce%bf%ce%bb%ce%af%ce%b1-%cf%85%cf%80%ce%bf%ce%b2%ce%ac%ce%b8%cf%81%ce%bf%cf%85-%ce%bc%cf%80%ce%bf%cf%81/