Kreditna slika: NASA
Einsteinova splošna teorija relativnosti je ta teden dobila še eno potrditev, zahvaljujoč raziskavam astronoma iz Nasine. Znanstveniki so izmerili skupno energijo gama žarkov, ki jih oddajajo oddaljeni razpoki gama žarkov, in ugotovili, da na poti na Zemljo delujejo z delci tako, da so natančno ustrezali napovedim Einsteina.
Znanstveniki trdijo, da načelo stalnosti hitrosti svetlobe Alberta Einsteina stoji pod izjemno strogim nadzorom, ugotovitev, ki izključuje nekatere teorije, ki napovedujejo dodatne dimenzije in "penasto" tkanino vesolja.
Ugotovitev kaže tudi, da osnovna zemeljska in vesoljska opazovanja gama-žarkov z najvišjo energijo, oblike elektromagnetne energije, kot je svetloba, lahko dajo vpogled v samo naravo časa, snovi, energije in prostora v lestvicah skrajno daleč spodaj subatomsko raven - nekaj, kar je malo znanstvenikov menilo, da je mogoče.
Dr. Floyd Stecker iz Nasinega vesoljskega letalskega centra Goddard v Greenbeltu, Md., Razpravlja o posledicah teh ugotovitev v nedavni številki fizike Astroparticle. Delo temelji deloma na prejšnjem sodelovanju z nobelovcem Sheldonom Glashowom z bostonske univerze.
"To, kar je Einstein delal s svinčnikom in papirjem pred skoraj stoletjem, še vedno ostaja znanstveno pod nadzorom," je dejal Stecker. "Visokoenergijska opazovanja kozmičnih gama žarkov ne izključujejo možnosti dodatnih dimenzij in koncepta kvantne gravitacije, vendar postavljajo stroge omejitve, kako lahko znanstveniki najdejo take pojave."
Einstein je izjavil, da sta prostor in čas pravzaprav dva vidika ene same entitete, imenovane vesolje - čas, štiridimenzionalni koncept. To je temelj njegovih teorij o posebni in splošni relativnosti. Splošna relativnost na primer pomeni, da je sila teže posledica množičnega izkrivljanja vesoljskega časa, kot žoga za balinanje na vzmetnici.
Splošna relativnost je teorija gravitacije v velikem obsegu, medtem ko je kvantna mehanika, razvita samostojno v začetku 20. stoletja, teorija atoma in subatomskih delcev v zelo majhnem obsegu. Teorije, ki temeljijo na kvantni mehaniki, ne opisujejo gravitacije, temveč druge tri temeljne sile: elektromagnetizem (svetloba), močne sile (vezna atomska jedra) in šibke sile (vidne v radioaktivnosti).
Znanstveniki že dolgo upajo, da bodo te teorije združili v eno "teorijo vsega", da bi opisali vse vidike narave. Te združujoče teorije - na primer kvantna gravitacija ali teorija strun - lahko vključujejo priklic dodatnih dimenzij vesolja in tudi kršitve posebne Einsteinove teorije relativnosti, kot je hitrost svetlobe, ki je največja dosegljiva hitrost vseh predmetov.
Steckerjevo delo vključuje koncepte, ki jih imenujemo načelo negotovosti in Lorentzova invariance. Načelo negotovosti, ki izhaja iz kvantne mehanike, pomeni, da na subatomski ravni navidezni delci, imenovani tudi kvantna nihanja, izvirajo iz in obstajajo. Številni znanstveniki pravijo, da vesoljski čas sestavljajo kvantna nihanja, ki ob pogledu na blizu spominjajo na pero ali "kvantno peno." Nekateri znanstveniki menijo, da kvantna pena vesoljskega časa lahko upočasni prehod svetlobe - kolikor svetloba potuje z največjo hitrostjo v vakuumu, vendar z manjšimi hitrostmi skozi zrak ali vodo.
Pena bi upočasnila visokoenergijske elektromagnetne delce ali fotone - kot so X-žarki in gama žarki - več kot fotoni nižje energije vidne svetlobe ali radijskih valov. Tako temeljno nihanje hitrosti svetlobe, različno za fotone različnih energij, bi kršilo Lorentzovo invariance, osnovno načelo posebne teorije relativnosti. Takšna kršitev bi lahko bila namig, ki bi nam pomagal, da bi nas usmerili na poti k poenotenim teorijam.
Znanstveniki so upali, da bodo s preučevanjem gama žarkov, ki prihajajo od daleč zunaj Galaksije, našli takšne Lorentzove kršitve invariance. Na primer razpok gama žarkov je na tako veliki razdalji, da so razlike v hitrosti fotonov v porušitvi, odvisno od njihove energije, izmerljive - saj lahko kvantna pena prostora deluje na upočasnjeno svetlobo, ki je bila k nam potuje milijarde let.
Stecker je pogledal veliko bližje domu in ugotovil, da se Lorentzova invariance ne krši. Analiziral je gama žarke iz dveh sorazmerno bližnjih galaksij, oddaljenih približno pol milijarde svetlobnih let, s supermasivnimi črnimi luknjami v njihovih središčih, poimenovanih Markarian (Mkn) 421 in Mkn 501. Te črne luknje ustvarjajo močne žarke fotonov gama-žarkov, ki so usmerjeni neposredno na Zemlja. Takšne galaksije imenujemo blazarji. (Glejte sliko 4 za sliko Mkn 421. Slike 1 - 3 so umetnikov koncept supermasivne črne luknje, ki napaja kvazarje, ki jih, ko so usmerjeni direktno na Zemljo, imenujemo blazarji. Slika 5 je fotografija vesoljskega teleskopa Hubble.)
Nekateri gama žarki iz Mkn 421 in Mkn 501 v vesolju trčijo z infrardečimi fotoni. Ti trki povzročijo uničenje gama žarkov in infrardečih fotonov, saj se njihova energija pretvori v maso v obliki elektronov in pozitivno nabitih antimaterijskih elektronov (imenovanih pozitroni), po Einsteinovi znani formuli E = mc ^ 2. Stecker in Glashow sta izpostavila, da dokazi o uničevanju najvišje energijskih gama žarkov iz Mkn 421 in Mkn 501, dobljeni z neposrednimi opazovanji teh predmetov, jasno kažejo, da je Lorentzova invariansa živa in zdrava in da je ne kršijo. Če bi bila kršitev Lorentzove invariance, bi gama žarki prešli desno skozi ekstragalaktično infrardečo meglo, ne da bi bili uničeni.
To je zato, ker uničevanje zahteva določeno količino energije, da bi ustvarili elektrone in pozitrone. Ta energetski proračun je zadovoljen za gama žarkov z največ energije iz Mkn 501 in Mkn 421 pri interakciji z infrardečimi fotoni, če se oba gibljeta z znano hitrostjo svetlobe v skladu s posebno teorijo relativnosti. Če pa bi se zlasti gama žarki zaradi Lorentzove invariance kršili počasneje, bi bila celotna razpoložljiva energija neprimerna in reakcija uničevanja bi bila „ne gre“.
"Posledice teh rezultatov," je dejal Stecker, "je, da če se Lorentzova invariance krši, je to na tako majhni ravni - manj kot en del v tisoč bilijonih -, da to presega zmožnosti naše sedanje tehnologije. Ti rezultati nam lahko tudi povedo, da mora pravilna oblika teorije strun ali kvantna gravitacija upoštevati načelo Lorentzove invariance. "
Več informacij najdete v razdelku “Omejitve glede kvantne težnosti in velikih velikih dimenzij, ki kršijo kvantno težo Lorentz invariat, ki uporabljajo visokoenergetska opazovanja gama žarkov” na spletu na:
Izvirni vir: NASA News Release
