Torej je bil Einstein prav? Preverjamo teorijo relativnosti

<

Einsteinova splošna teorija relativnosti je stara 100 let. Do sedaj ni mogel ovreči. Nove tehnologije omogočajo, da ugotovite, ali je Einstein imel prav.

Pred sto leti, leta 1915, je mladi švicarski znanstvenik, ki je takrat že izvedel revolucionarna odkritja v fiziki, predlagal popolnoma novo razumevanje gravitacije.

Leta 1915 je Einstein objavil splošno teorijo relativnosti, ki označuje gravitacijo kot glavno lastnost prostor-časa. Predstavil je niz enačb, ki opisujejo vpliv prostorsko-časovne ukrivljenosti na energijo in gibanje snovi in ​​sevanja v njem.

Sto let kasneje je splošna teorija relativnosti (GTR) postala osnova za izgradnjo moderne znanosti, opravila je vse teste, s katerimi so jo znanstveniki napadli.

Ampak do nedavnega ni bilo mogoče izvesti poskusov v ekstremnih pogojih, da bi preverili stabilnost teorije.

Presenetljivo je, kako močna se je teorija relativnosti izkazala za 100 let. Še vedno uporabljamo tisto, kar je napisal Einstein!

Clifford Will, teoretični fizik, Univerza na Floridi

Zdaj imajo znanstveniki tehnologijo, s katero lahko iščete fiziko zunaj GR.

Nov pogled na gravitacijo

Splošna teorija relativnosti opisuje gravitacijo ne kot silo (kot se pojavi v newtonski fiziki), temveč kot ukrivljenost prostor-časa zaradi mase predmetov. Zemlja se vrti okoli Sonca, ne zato, ker ga zvezda privlači, ampak zato, ker Sonce deformira prostor-čas. Če postavite težko kroglo na raztegnjeno odejo, jo nastavite tako, da spremeni obliko - gravitacija na enak način vpliva na prostor.

Einsteinova teorija je napovedala več nori odkritij. Na primer, možnost obstoja črnih lukenj, ki izkrivljajo prostor-čas do te mere, da nič ne more pobegniti od znotraj, celo iz svetlobe. Na podlagi teorije je bilo ugotovljeno, da je splošno sprejeto mnenje, da se vesolje širi in pospešuje.

Splošno teorijo relativnosti potrjujejo številna opažanja. Einstein je sam uporabil GR, da bi izračunal orbito Merkurja, čigar gibanje ni mogoče opisati z Newtonovimi zakoni. Einstein je napovedal obstoj predmetov, ki so tako masivni, da so upogibali svetlobo. To je pojav gravitacijskega lečenja, s katerim se astronomi pogosto srečujejo. Iskanje eksoplanetov na primer temelji na učinku komaj opaznih sprememb v sevanju, ki jih ukrivlja gravitacijsko polje zvezde, okoli katere se planet vrti.

Einsteinov teoretični test

Splošna teorija relativnosti dobro deluje za gravitacijo navadne sile, kot kažejo eksperimenti na Zemlji in opazovanja planetov sončnega sistema. Vendar ni bil nikoli testiran v pogojih izjemno močnega učinka polj v prostorih, ki ležijo na mejah fizike.

Najbolj obetaven način preizkušanja teorije v takih pogojih je opazovanje sprememb v prostoru-času, ki se imenujejo gravitacijski valovi. Pojavijo se kot posledica velikih dogodkov, ko se dva masivna telesa združita, kot so črne luknje ali še posebej gosti predmeti - nevtronske zvezde.

Vesoljski ognjemet tega obsega se bo v prostoru-času odražal le v najmanjših valovih. Na primer, če bi se dve črni luknji v naši galaksiji spopadli in združili, bi se gravitacijski valovi lahko raztezali in zožili razdaljo med predmeti, ki so na Zemlji oddaljeni en meter od drugega, za tisočinko premera atomskega jedra.

Pojavili so se poskusi, ki lahko zaznajo spremembe v prostoru-času zaradi takšnih dogodkov.

Obstaja dobra priložnost, da se gravitacijski valovi popravijo v naslednjih dveh letih.

Clifford bo

Lasersko-interferometrični observatorij za gravitacijske valove (LIGO) z observatoriji v bližini Richlanda (Washington) in Livingstone (Louisiana) uporablja laser za odkrivanje najmanjših izkrivljanj v dvojnih L-detektorjih. Ko valovanje prostora-časa preide skozi detektorje, raztegne in stisne prostor, zaradi česar se spremeni velikost detektorja. LIGO jih lahko izmeri.

LIGO je začel serijo lansiranj leta 2002, vendar ni dosegel rezultata. Leta 2010 je bilo opravljeno delo za izboljšanje, naslednik organizacije, napredni observatorij LIGO, pa bi moral letos ponovno zaslužiti. Veliko načrtovanih poskusov je namenjenih iskanju gravitacijskih valov.

Drug način za preizkus teorije relativnosti je pogled na lastnosti gravitacijskih valov. Na primer, lahko so polarizirani kot svetloba, ki prehaja skozi polarizirana očala. Teorija relativnosti napoveduje značilnosti takšnega učinka in vsa odstopanja od izračunov so lahko razlog za dvom v teorijo.

Poenotena teorija

Clifford Will verjame, da bo odkritje gravitacijskih valov samo okrepilo Einsteinovo teorijo:

Mislim, da moramo še naprej iskati dokaze o splošni teoriji relativnosti, da bi bili prepričani, da je prav.

In zakaj potrebujemo te poskuse?

Ena najpomembnejših in najtežjih nalog sodobne fizike je iskanje teorije, ki bo povezala raziskave Einsteina, to je znanosti makrokozmosa in kvantne mehanike, realnosti najmanjših objektov.

Napredek v tej smeri, kvantna gravitacija, lahko zahteva spremembe splošne teorije relativnosti. Možno je, da bodo eksperimenti na področju kvantne gravitacije zahtevali toliko energije, da jih ne bo mogoče izvajati. "Toda kdo ve, " pravi Will, "morda v kvantnem vesolju obstaja učinek, nepomemben, vendar iskanje."

Slika: Vlad_Nikon / Shutterstock.com
<

Priljubljene Objave