Kujutise krediit: NRAO
Einstein on peaaegu sajandi vältel teoreetikuna leidnud füüsikuid tõestuseks teooriale, et raskusjõud liigub valguse kiirusel. Seda raskuskiirust võtsid arvesse kvasari kujutise painutamise erinevused.
Kasutades haruldast kosmilist joondamist, on teadlased teinud gravitatsioonijõu levimise kiiruse esimese mõõtmise, andes numbrilise väärtuse ühele viimasest füüsika mõõtmata põhikonstandist.
Newton arvas, et gravitatsiooni jõud on hetkeline. Einstein oletas, et see liikus valguse kiirusel, kuid seni polnud keegi seda mõõtnud, “ütles Missouri-Columbia ülikooli füüsik Sergei Kopeikin.
"Oleme kindlaks teinud, et gravitatsiooni levimiskiirus võrdub valguse kiirusega täpsusega 20 protsenti," ütles Ed Fomalont, National Radio Astronomy Observatory (NRAO) astronoom Charlottesville'is, VA. Teadlased tutvustasid oma avastusi Ameerika Astronoomiaühingu kohtumisel Seattle'is, WA.
Maamärgi mõõtmine on oluline füüsikute jaoks, kes töötavad ühtsete väljateooriate kallal, mis proovivad ühendada osakeste füüsikat Einsteini üldise relatiivsusteooria ja elektromagnetilise teooriaga.
"Meie mõõtmine seab mõned tugevad piirid teooriatele, mis pakuvad lisamõõtmeid, nagu näiteks pealmise vöö teooria ja aju teooriad," sõnas Kopeikin. "Raskuskiiruse tundmine võib olla oluline proov nende lisamõõtmete olemasolu ja kompaktsuse kohta," lisas ta.
Ülemise vöö teooria kohaselt ei ole looduse põhiosakesed mitte pointlike, vaid uskumatult väikesed silmused või stringid, mille omadused määravad erinevad vibratsioonirežiimid. Braanid (sõna, mis on tuletatud membraanidest) on mitmemõõtmelised pinnad ja mõned praegused füüsikalised teooriad pakuvad ruumi mõõtmetega manustatud ruumi-ajaharusid viies dimensioonis.
Teadlased kasutasid riikliku teadusfondi mandriosa raadioteleskoobisüsteemi Very Long Baseline Array (VLBA) koos Saksamaal Effelsbergis asuva 100-meetrise raadioteleskoobiga äärmiselt täpse vaatluse tegemiseks, kui planeet Jupiter möödus peaaegu helge kvasari ees 8. septembril 2002.
Vaatlus registreeris Jupiteri gravitatsiooniefekti tõttu taustkvasarist tulevate raadiolainete väga kerge "painutamise". Painutus põhjustas kvaasi nähtava asukoha taevas väikese muutuse.
"Kuna Jupiter liigub ümber Päikese, sõltub painde täpne suurus pisut kiirusest, millega gravitatsioon Jupiterist levib," ütles Kopeikin.
Jupiter, Päikesesüsteemi suurim planeet, läbib raadiolainete teekonna piisavalt tihedalt sobivalt heledast kvaasarist umbes kord kümne aasta jooksul, et selline mõõtmine toimuks, ütlesid teadlased.
Kümneaastane taevajoondus oli viimane sündmuste ahelas, mis võimaldas raskuskiiruse mõõtmist. Teiste hulgas oli kahe teadlase juhuslik kohtumine 1996. aastal, läbimurre teoreetilises füüsikas ja spetsiaalsete tehnikate väljatöötamine, mis võimaldasid teha ülitäpse mõõtmise.
“Keegi polnud varem raskuskiirust mõõta üritanud, sest enamik füüsikuid oli arvanud, et ainus viis selleks on gravitatsioonilainete tuvastamine,” meenutas Kopeikin. Kuid 1999. aastal laiendas Kopeikin Einsteini teooriat, et hõlmata liikuva keha gravitatsioonilisi mõjusid valguse ja raadiolainetele. Mõju sõltus raskuskiirusest. Ta mõistis, et kui Jupiter liigub peaaegu tähe või raadioallika ees, saab ta proovida oma teooriat.
Kopeikin uuris Jupiteri ennustatud orbiiti järgmise 30 aasta jooksul ja avastas, et hiiglaslik planeet möödub 2002. aastal kvaasari J0842 + 1835 ees piisavalt tihedalt. Siiski sai ta kiiresti aru, et kvaasari nähtavale asukohale taevas on omistatav mõju gravitatsioonikiirusele oleks nii väike, et ainus vaatlusmeetod, mis seda mõõta suudaks, oli väga pikk lähtejoone interferomeetria (VLBI), VLBA-s sisalduv tehnika. Seejärel võttis Kopeikin ühendust Fomalontiga, kes on VLBI juhtiv ekspert ja kogenud VLBA vaatleja.
"Mõistsin kohe eksperimendi olulisust, mis võib esmakordselt mõõta looduslikku põhikonstanti," sõnas Fomalont. "Otsustasin, et peame andma selle parima," lisas ta.
Nõutava täpsustaseme saamiseks lisasid kaks teadlast oma vaatlusele Effelsbergi teleskoobi. Mida laiem on kaugus kahe raadioteleskoobi antenni vahel, seda suurem on saavutatav lahutusvõime või võime näha peeneid detaile. VLBA sisaldab antenne Ameerika Ühendriikide mandriosas Hawaiil ja Kariibi mere piirkonnas St. Croixis. Veel teisel pool Atlandi ookeani asuv antenn lisas veelgi jõudu.
"Me pidime mõõtma umbes kolm korda suurema täpsusega kui keegi kunagi varem oli, kuid teadsime põhimõtteliselt, et seda saab teha," sõnas Fomalont. Teadlased testisid ja täpsustasid oma tehnikaid „kuivade jooksudena“, misjärel Jupiter ootas, kuni Jupiter selle kvasari ette annab.
See ootamine hõlmas märkimisväärset küünte hammustamist. Seadmete rike, halb ilm või Jupiteri enda elektromagnetiline torm oleks võinud vaatlust saboteerida. Siiski õnnestus õnne ja teadlaste tähelepanekud raadiosagedusega 8 GigaHertz andsid mõõtmiseks piisavalt häid andmeid. Nad saavutasid täpsuse, mis võrdub juukse laiusega 250 miili kaugusel.
„Meie peamine eesmärk oli välistada gravitatsiooni jaoks lõpmatu kiirus ja meil läks veelgi paremini. Nüüd teame, et gravitatsiooni kiirus on tõenäoliselt võrdne valguse kiirusega ja võime kindlalt välistada kõik gravitatsiooni kiirused, mis on üle kahe korra suuremad kui valguse kiirus, ”sõnas Fomalont.
Enamik teadlasi, ütles Kopeikin, saab kergenduse, et gravitatsiooni kiirus on kooskõlas valguse kiirusega. „Ma usun, et see katse heidab uut valgust üldrelatiivsuse põhialustele ning kujutab endast esimest paljudest muudest gravitatsiooni uurimistöödest ja vaatlustest, mis on praegu VLBI tohutult suure täpsuse tõttu võimalikud. Selle intrigeeriva kosmilise jõu ja selle suhete teiste loodusjõududega on meil veel palju õppida, ”sõnas Kopeikin.
See pole esimene kord, kui Jupiter osaleb põhilise füüsikalise konstandi mõõtmisel. 1675. aastal tegi Pariisi observatooriumis töötav taani astronoom Olaf Roemer esimese valguse kiiruse mõistlikult täpse määramise, jälgides ühe Jupiteri kuu varjutusi.
Algne allikas: NRAO pressiteade
