Aşılması zor bir teori olan Einstein'ın genel görelilik teorisi en katı testi geçti
Boğa yönünde yeryüzünden 4200 ışıkyılı uzaklıkta bir Samsung sistemi Numarası PSR J0337 + 1715'tir. Bu sistemde, bir çift garip "çift" vardır: biri güneşin kütlesinin 1,4 katıdır ve büyüklüğü Amsterdam'a benzer. Nötron Yıldızı Diğeri ise güneşin kütlesinin sadece 0,2 katı ve büyüklüğü dünyaya benziyor Beyaz cüce 1,6 günde bir birbirlerinin etrafında dönüyorlar. Ve onlardan çok uzakta Başka bir beyaz cüce Her 327 günde bir çiftin etrafında döner.
PSR J0337 + 1715'in sanatsal görüntüsü. | Görüntü Kredisi: NRAO / AUI / NSF; S. Dagnello
2011 yılında, Ulusal Bilim Vakfı (NSF) Green Shore Telescope (GBT) bilim adamları, aşırı koşullara sahip bu Samsung sisteminin Einstein'ın teorisini test etmek için mükemmel bir doğal laboratuvar olduğunu keşfettiler. 4 Temmuz'da araştırmacılar en son deneysel sonuçlarını Nature dergisinde yayınladı: Einstein'ın haklı olduğu bir kez daha kanıtlandı, bu da onun teorisini aşmanın daha zor olduğu anlamına geliyor. .
Einstein'ın Genel görelilik Şimdiye kadar tarif edildi yerçekimsel En başarılı teori, ortaya konulduktan 100 yıldan fazla bir süre sonra, bilim adamları onu çeşitli koşullar altında sürekli olarak test etmeye çalıştılar. Tüm başarılı teoriler gibi, genel görelilik de birçok test edilebilir tahminde bulunur. En önemlilerinden biri " Eşitlik İlkesi "Bu, boyutlarına veya bileşimlerine bakılmaksızın tüm nesnelerin aynı şekilde düşeceği anlamına gelir.
İki nitelik
Tüm bunların neyle ilgili olduğunu daha iyi anlamak için en basitinden başlayalım.
Elinizde bir nesneyi tutmak, nesne ne olursa olsun belli bir niteliğe sahip olacaktır. Bu kaliteyi iki şekilde düşünebiliriz. Newton'un bize öğrettiği şey, bir nesneye göre hareket edersek güç , O zaman bir Hızlanma , İvmenin büyüklüğü uygulanan kuvvet ve nesnenin kendisi ile orantılıdır. kalite Ters orantı. Örneğin, durmuş bir arabaya bir itici güç uygularsanız, onu hızlı bir şekilde hızlandıramayabilirsiniz, ancak bir süpermarkette bir alışveriş sepetine aynı miktarda güç uygularsanız, onu uzağa itebilirsiniz. Bir nesnenin ivmesinin kendisine uygulanan kuvvetten kaynaklandığını düşündüğümüzde, nesnenin " Atalet kütlesi ".
Kütlesi olan herhangi iki nesne, yerçekimi yoluyla birbirini çekecektir. Bu nedenle, elinizde tuttuğunuz nesne dünyaya çekilecek ve onu aşağı doğru çeken kuvvet miktarı nesnenin kütlesine bağlıdır. Bu durumda, düşündüğümüz şey " Yerçekimi kütlesi ".
Elinizde bir nesneyi bırakırsanız, yerçekimi nesneyi yere çekecektir. Serbest düşüş "Hızlandırılmış hareket. Nesneyi aşağı çeken kuvvet miktarı yerçekimi kütlesine bağlıdır, ancak ivme miktarı eylemsizlik kütlesine bağlıdır. Şimdi sorun şu ki, Bu iki nitelik arasında herhangi bir fark var mı? Cevabı bulmak için, bu iki kütleyi birbirine bağlayan bir hareket denklemi yazabiliriz: Denklemin bir tarafı eylemsizlik kütlesi, diğer tarafı yerçekimi kütlesi olsun.
Bu denklemin neyi öngördüğünü test etmek için bir deney kullanabiliriz: Eylemsizlik kütlesi yerçekimi kütlesine eşitse, o zaman tüm nesneler, kütlelerine bakılmaksızın, aynı ivmeyle dünyaya düşmelidir. . Bu, daha önce bahsedilen "eşdeğer ilkedir".
Saksı ve balina aynı yerçekimi alanında aynı ivmeye sahiptir, bu nedenle aynı anda yere ineceklerdir. | Resim kaynağı:
16. yüzyılın başlarında Galileo, farklı kütleli iki nesnenin aynı yükseklikte serbest bırakıldığında, aynı anda ineceğini keşfetti. Ancak yeryüzünde düşen nesnelere etki eden başka bir kuvvet daha vardır. hava direnci . Bir çekiç ve bir tüy bırakırsanız, o zaman tüy çekicin arkasında kalır ve yavaşça yere doğru yüzer, hareketi kesinlikle serbest düşüş değildir. Ancak bu deney, atmosferik sürüklenme olmadan ayda gerçekleştirilirse, eşdeğerlik ilkesi açıktır (astronot David Scott'ın yaptığı gibi).
Eşdeğerlik ilkesi yeryüzünde ve ayda birçok kez doğrulanmış olsa da, teorinin, çalışma nesnesinin aşırı yoğun gök cisimleri olduğu zamanlar gibi tüm durumlara uygulanabilir olup olmadığını bilmiyoruz. Belli koşullar altında, genel görelilik tahminlerinden bir fark bulabilirsek, fark önemsiz olsa bile, bu şu anki yerçekimi teorisini revize etmemiz gerektiği anlamına gelir.
Özellikle, bilim adamları her zaman serbest düşüşün evrenselliğinin güçlü olanlar için geçerli olup olmadığını bilmek istediler " Kendini yerçekimi "Nesneler, yani Kendi başına güçlü bir yerçekimi alanı oluşturabilir . Aslında, bazı revize edilmiş kütleçekim teorileri, güçlü kendi kendine yerçekimi olan nesnelerin, evrensel olması gereken genel görelilik teorisinden farklı olan serbest düşme sürecinde eşdeğerlik ilkesini ihlal edebileceğine inanmaktadır.
Yıldızların dansı
Bilim adamlarının spekülasyonlarını doğrulamak için evrendeki garip gök cisimlerini aradılar ve sonunda iki beyaz cüce ve bir nötron yıldızından oluşan makalenin başında bahsedilen üç yıldız sistemine kilitlendiler. Daha doğrusu, bu nötron yıldızı bir "Milisaniye" radyo pulsarı Saniyede 366 kez döner ve bir deniz feneri gibi düzenli aralıklarla bakliyat yayar. Ancak bu sadece bir gözlemci etkisidir, pulsarın kutuplarından salıverilen şey Sürekli radyasyon Ancak astronomik aletler bu ışınları yalnızca dünyaya doğrultulduklarında algılayabilir. Ve pulsarların dönüşü nedeniyle, kutuplarını sabit aralıklarla dünyaya doğru çevirecekler.
Pulsarlardan ve beyaz cücelerden oluşan çift sisteminin hareketini, dünyanın etrafındaki uydular gibi başka bir beyaz cüceye doğru serbest düşerken düşünebiliriz.Yaptıkları şey yere ulaşmadan serbest düşüş. Elbette, pulsarlar ve beyaz cücelerin kendileri de güçlü kendi çekimlerine sahip çok büyük nesnelerdir. Genel görelilik tahminine göre, beyaz cüce-pulsar çifti kütle ve kendi kendine yerçekimi açısından farklılıklar gösterse de, dışarıdaki beyaz cüceye doğru serbest düşüyorlar, bu yüzden ivmeleri tam olarak aynı olmalıdır.
Eylemsizlik kütlesi yerçekimi kütlesi ise, pulsarın yörüngesi hafifçe sallanacaktır, yani, pulsarın yolu ile iç beyaz cücenin yolu arasında bir fark olacaktır. Bu salınım, pulsar radyasyonunun varış zamanının beklenenden biraz farklı olmasına neden olacaktır. | Resim kaynağı:
Araştırmacılar, pulsarın yaydığı radyo dalgalarını izleyerek pulsarın hareketini izler. Altı yıl boyunca sürekli izlemenin gözlem sonuçlarıyla birleştirilen astrofizikçiler, çiftin yörüngesini dikkatlice simüle ettiler. Bir beyaz cücenin ivmesi ile daha büyük bir pulsar arasındaki kesirli farkı tanımlayan Delta adlı bir parametreyi ölçtüler. Genel görelilik doğruysa, Delta sıfıra eşit olmalıdır. . Gözlem sonuçları, ölçümün izin verdiği belirsizlik aralığında, iki ivme arasındaki farkın gerçekten de istatistiksel olarak sıfır ile tutarlı olduğunu göstermektedir. Delta'nın 0,0000026'dan küçük olduğuna dair güven% 95'tir.
Yeni sonuçlar, önceki ölçümlerden çok daha iyi. Genel göreliliğin hala yerçekimini tanımlamak için en iyi model olduğunu kanıtlamak için değerli ve yeni deneysel kanıtlar sağlar. Bu nedenle, şimdi yeni veya revize edilmiş teorilere ihtiyacımız olmayabilir. Ve bu sonuç, gökbilimcilerin galaksiler ölçeğinde genel göreliliği ilk kez doğrulamalarından kısa bir süre sonra ortaya çıktı (bkz: "Başka Bir Galakside Einstein Teorisini Doğrulamak").
Genel görelilik teorisi önerildiğinden beri, birkaç fizikçi alternatif teoriler önermeye çalışıyor. Bu sonuç, sicim teorisinin bazı versiyonlarını ve Brans-Dicke teorisinin bazı versiyonlarını doğrudan hariç tutar. | Resim kaynağı:
Öyleyse, genel görelilik başarısız olur mu? Bir bakıma öyle olmasını umuyoruz çünkü habercisi olacak Yeni fizik Doğum. Ama şok edici ve sevindirici olan şey ise, bir asır önce yazılmış olan genel görelilik teorisinin en zorlu testlere başarıyla dayanması ve şüphesiz ki insan bilgeliğinin en inanılmaz hazinelerinden biridir.
Referans kaynağı:
https://www.nature.com/articles/s41586-018-0265-1
https://theconversation.com/free-falling-dead-stars-show-that-a-cornerstone-of-physics-holds-up-99168
https://www.space.com/41077-einstein-general-relativity-survives-test.html
https://www.youtube.com/watch?v=hc3mrta7J9I
