Einšteino bendrojo reliatyvumo testas turi didelių pasekmių


Tyrėjai naudojo aplink Žemę skriejantį palydovą itin tikslus testas Einšteino bendrosios reliatyvumo teorijos, kuri yra šiuolaikinė gravitacijos teorija, pagrindinės prielaidos. Kyla klausimas, ar dvi skirtingos masės – gravitacinė ir inercinė – yra tapačios. Mokslininkai išsiaiškino, kad du palydove esantys objektai į Žemę krito tokiu pat greičiu, vienos kvadrilijono dalies tikslumu. Šis sėkmingas Einšteino teorijos išbandymas turi esminės reikšmės dabartinėms kosminėms paslaptims – pavyzdžiui, klausimui, ar egzistuoja tamsioji materija ir tamsioji energija.

Senolių kvailinimas

Gravitacija yra jėga, kuri laiko Visatą kartu, tempia tolimas galaktikas ir veda jas į amžiną kosminį šokį. Gravitacijos stiprumą iš dalies lemia atstumas tarp dviejų objektų, bet taip pat ir objektų masė. Didesnę masę turintis objektas patiria didesnę gravitaciją. Techninis šio tipo masės pavadinimas yra „gravitacinė masė“.

Masė turi kitą savybę, kurią galima pavadinti inercija. Tai objekto polinkis priešintis judėjimo pokyčiams. Kitaip tariant, masyvesnius daiktus sunkiau perkelti: lengviau stumti dviratį nei automobilis. Techninis šio tipo masės pavadinimas yra „inercinė masė“.

Nėra priežasties Pirmas daryti prielaidą, kad gravitacinė masė ir inercinė masė yra ta pati. Vienas valdo gravitacijos jėgą, o kitas – judėjimą. Jei jie būtų skirtingi, sunkūs ir lengvi daiktai kristų skirtingu greičiu, ir iš tiesų senovės Graikijos filosofai pastebėjo, kad plaktukas ir plunksna krenta skirtingai. Atrodo, kad sunkūs objektai krenta greičiau nei lengvi. Dabar žinome, kad kaltininkas yra oro pasipriešinimas, bet tai vargu ar buvo akivaizdu praeityje.

Situacija išsiaiškinta 17 mth amžiuje, kai „Galileo“ atliko daugybę eksperimentų, naudodamas skirtingos masės rampas ir sferas, siekdamas parodyti, kad skirtingos masės objektai krinta tuo pačiu greičiu. (Jo dažnai cituojamas eksperimentas numetant kamuoliukus iš Pizos bokšto tikriausiai yra apokrifinis.) O astronautas Davidas Scottas 1971 m. įtikinamai pakartojo Galilėjaus eksperimentas beoriame Mėnulyje, kai jis numetė plaktuką ir plunksną, ir jie krito identiškai. Senovės graikai buvo apgauti.

Tamsus spėjimas

Teiginys, kad inercinė ir gravitacinė masė yra ta pati, yra žinomas kaip ekvivalentiškumo principas, o Einšteinas į savo gravitacijos teoriją įtraukė lygiavertiškumą. Bendroji reliatyvumo teorija sėkmingai numato, kaip objektai krenta daugeliu aplinkybių, o mokslo bendruomenė tai pripažįsta kaip geriausią gravitacijos teoriją.

Sumaniau greičiau: Big Think informacinis biuletenis

Prenumeruokite priešingų, stebinančių ir paveikių istorijų, kurios kiekvieną ketvirtadienį pristatomos į gautuosius

Tačiau „dauguma“ aplinkybių nereiškia „visos“, o astronominiai stebėjimai atskleidė keletą gluminančių paslapčių. Pirma, galaktikos sukasi greičiau nei jų žvaigždės, o jose esančios dujos gali paaiškinti arba paaiškinti Einšteino gravitacijos teorija. Labiausiai priimtas šio neatitikimo paaiškinimas yra medžiagos, vadinamos tamsiąja medžiaga, egzistavimas – materija, kuri neskleidžia šviesos. Kitas kosminis galvosūkis – pastebėjimas, kad Visatos plėtimasis vis spartėja. Norėdami paaiškinti šią keistenybę, mokslininkai teigia, kad Visata yra pilna atstumiančios gravitacijos formos, vadinamos tamsiąja energija.

Tačiau tai yra pagrįstų spėlionių dalykai. Gali būti, kad mes iki galo nesuprantame gravitacijos ar judėjimo dėsnių. Kad galėtume įsitikinti, kad tamsioji medžiaga ir tamsioji energija yra tikros, turime patvirtinti Einšteino teoriją. bendrasis reliatyvumas su labai dideliu tikslumu. Norėdami tai padaryti, turime parodyti, kad lygiavertiškumo principas yra teisingas.

Nors Isaacas Newtonas 1600-aisiais išbandė lygiavertiškumo principą, šiuolaikinės pastangos yra daug tikslesnės. XX amžiuje astronomai atmušė lazerius nuo veidrodžių, kuriuos Mėnulyje paliko „Apollo“ astronautai, kad parodytų, jog inercinė ir gravitacinė masė yra vienodos – vienos dalies iš 10 trilijonų tikslumu. Tas pasiekimas buvo įspūdingas. Tačiau naujausias eksperimentas buvo dar toliau.

Bendrasis reliatyvumas išlaiko dar vieną testą

Tyrėjų grupė, vadinama Mikroskopas 2016 m. bendradarbiaujant buvo paleistas palydovas į kosmosą. Laive buvo titano ir platinos cilindrai, o mokslininkų tikslas buvo išbandyti lygiavertiškumo principą. Įdėdami savo aparatus į erdvę, jie izoliavo įrangą nuo vibracijų ir nedidelių gravitacinių skirtumų, kuriuos sukelia netoliese esantys kalnai, požeminės naftos ir mineralų telkiniai ir panašiai. Mokslininkai stebėjo cilindrų vietą naudodami elektrinius laukus. Idėja yra tokia, kad jei du objektai skrietų skirtingai, jiems reikės naudoti du skirtingus elektrinius laukus, kad jie liktų vietoje.

Jie nustatė, kad reikalingi elektriniai laukai buvo vienodi, todėl jie galėjo nustatyti, kad bet kokie inercinės ir gravitacinės masės skirtumai yra mažesni nei viena kvadrilijono dalis. Iš esmės jie tiksliai patvirtino lygiavertiškumo principą.

Nors tai yra laukiamas rezultatas bendrosios reliatyvumo teorijos požiūriu, jis turi labai didelių pasekmių tamsiosios medžiagos ir tamsiosios energijos tyrimams. Nors šios idėjos populiarios, kai kurie mokslininkai mano, kad galaktikų sukimosi savybes galima geriau paaiškinti naujomis gravitacijos teorijomis. Daugelis šių alternatyvių teorijų reiškia, kad lygiavertiškumo principas nėra visiškai tobulas.

Atliekant MicroSCOPE matavimą, nebuvo pažeistas lygiavertiškumo principas. Jo rezultatai atmeta kai kurias alternatyvias gravitacijos teorijas, bet ne visas. Mokslininkai ruošia antrąjį eksperimentą, pavadintą MicroSCOPE2, kuris turėtų būti maždaug 100 kartų tikslesnis nei jo pirmtakas. Jei jis pastebės lygiavertiškumo principo nukrypimus, jis suteiks mokslininkams esminių nurodymų kuriant naujas ir patobulintas gravitacijos teorijas.