Kujutise krediit: NASA / JPL
Varem või hiljem lõpeb Einsteini valitsemisaeg, nagu Newtoni valitsusaeg enne teda. Enamiku teadlaste arvates on paratamatu füüsikumaailma murrang, mis alistab meie arusaamad põhireaalsusest, ning parajasti troonipärijaks olevate teooriate vahel peetakse hobuste võiduajamist.
Jooksus on sellised mõtteparanduslikud ideed nagu 11-mõõtmeline universum, universaalsed “konstandid” (näiteks gravitatsiooni tugevus), mis varieeruvad ruumis ja ajas ning püsivad tõeliselt fikseerituna 5. mõõtmes, lõpmatuseni vibreerivates keeltes nagu reaalsuse põhikomponendid ning ruumi ja aja kangas, mis ei ole sile ja pidev, nagu Einstein arvas, vaid jaguneb kaduvalt väikesteks eraldiseisvateks ja jagamatuteks tükkideks. Eksperiment määrab lõpuks, milline võidukäik saabub.
NASA jugajõuseadmete laboratooriumi (JPL) teadlased töötavad välja uue kontseptsiooni eksperimendiks, mille eesmärk on Einsteini relatiivsusteaduste ennustusi täpsemini kui kunagi varem testida. Nende missioon, mis kasutab tõhusalt meie päikesesüsteemi hiiglasliku laboratooriumina, aitaks võistlevate teooriate ringi kitsendada ja viiks meid ühe sammu lähemale järgmisele füüsika revolutsioonile.
Maja jagatud
See ei pruugi enamiku inimeste meelt tugevalt kaaluda, kuid suur skism on juba pikka aega vaevanud meie põhjalikku arusaama universumist. Ruumi, aja, mateeria ja energia olemuse ja käitumise seletamiseks on praegu olemas kaks viisi: Einsteini relatiivsus ja kvantmehaanika “standardmudel”. Mõlemad on äärmiselt edukad. Näiteks globaalne positsioneerimissüsteem (GPS) pole ilma relatiivsusteooriata võimalik. Vahepeal on arvutid, telekommunikatsioon ja Internet kvantmehaanika spin-offid.
Kuid need kaks teooriat on nagu erinevad keeled ja keegi pole veel kindel, kuidas nende vahel tõlkida. Relatiivsus seletab gravitatsiooni ja liikumist sellega, et ühendab ruumi ja aja 4-mõõtmeliseks, dünaamiliseks ja elastseks reaalsuse kangaks, mida nimetatakse ruumi-ajaks, mis on painutatud ja väändunud sisalduva energia abil. (Mass on üks energiavorme, seega loob see ruumi-aega väänates gravitatsiooni.) Kvantmehaanika eeldab teiselt poolt, et ruum ja aeg moodustavad tasase, muutumatu “lava”, millel paljastub mitme osakeste perekonna draama . Need osakesed võivad ajas liikuda nii edasi kui tagasi (midagi relatiivsustehnikat seda ei võimalda) ja nende osakeste omavaheline interaktsioon selgitab looduse põhijõude - välja arvatud silmnähtav gravitatsioon.
Ummistus nende kahe teooria vahel on kestnud aastakümneid. Enamik teadlasi eeldab, et lõpuks töötatakse välja ühtne teooria, mis asetseb need kaks, näidates, kuidas nende kõik tõed sobivad kenasti ühte ja kõikehõlmavasse reaalsuse raamistikku. Selline “kõige teooria” mõjutaks põhjalikult meie teadmisi universumi sünnist, arengust ja võimalikust saatusest.
JPL-i teadlane Slava Turõšev ja tema kolleegid on mõelnud võimalusest kasutada rahvusvahelist kosmosejaama (ISS) ja kahte päikese kaugemal tiirlevat minisatelliiti, et testida relatiivsusteooriat enneolematu täpsusega. Nende kontseptsioon, mis töötati välja osaliselt NASA bioloogiliste ja füüsikaliste uuringute büroo rahastamise kaudu, oleks nii tundlik, et see võiks paljastada Einsteini teooria vigu, pakkudes seega esimesi raskeid andmeid, et teha vahet, millised konkureerivatest kõige teooriatest vastavad tegelikkusele ja mis on vaid väljamõeldud kriiditööd.
Eksperimendis, mida nimetatakse relatiivsuse laseri astromeetriliseks testiks (LATOR), vaadeldi, kuidas päikese gravitatsioon kahe minisatelliidi kiiratava laservalguskiirte suunas kaldub. Gravitatsioon painutab valguse rada, kuna see väänab ruumi, mille kaudu valgus läbi läheb. Ruumiaegse gravitatsiooni väändumise standardne analoogia on ruumi ette kujutamine lameda kummilehena, mis ulatub selliste objektide raskuse alla nagu päike. Lehel olev rõhk põhjustaks päikese lähedal mööduva eseme (isegi ilma massita valguse osakese) pöörlemise, kui see möödub.
Tegelikult kontrollis Sir Arthur Eddington Einsteini üldise relatiivsusteooria teooriat just tähevalguse poolt 1919. aastal päikesevarjutuse ajal päikese poolt kummardumise mõõtmisega. Kosmilises plaanis on päikese gravitatsioon üsna nõrk; Päikese serva katva valguskiire tee oleks painutatud ainult umbes 1,75 kaaresekundi võrra (kaaresekund on 1/3600 kraadi). Oma mõõteseadmete täpsuse piires näitas Eddington, et tähevalgus tõepoolest kõverdus selle summa võrra - ja see tõmbas Newtoni tõhusalt teele.
LATOR mõõdaks seda läbipainet Eddingtoni katse täpsusega miljard (109) korda ja praeguse rekordiomaniku 30 000-kordse täpsusega: serendipiitne mõõtmine, kasutades Saturni uurimiseks kosmoselaeva Cassini signaale.
"Arvan, et [LATOR] oleks fundamentaalfüüsika jaoks üsna oluline edasiminek," ütleb Washingtoni ülikooli füüsikaprofessor Clifford Will, kes on andnud suure panuse Newtoni-järgsesse füüsikasse ega ole otseselt LATOR-iga seotud. "Peaksime jätkuvalt püüdma üldrelatiivsusteooria testimisel täpsust taotleda, lihtsalt sellepärast, et igasugused kõrvalekalded tähendaksid uut füüsikat, millest me polnud varem teadlikud."
Päikeseenergia labor
Katse toimiks nii: Kaks väikest, umbes meetri laiust satelliiti lastakse orbiidile, mis tiirleb Päikesega Maaga umbes samal kaugusel. See mini-satelliitide paar tiirleb orbiidil aeglasemalt kui Maa, nii et umbes 17 kuud pärast käivitamist oleks mini-satelliidid ja Maa päikese vastaskülgedel. Isegi kui need kaks satelliiti oleksid teineteisest umbes 5 miljoni km kaugusel, oleks nende vaheline nurk Maast vaadates väike, ainult umbes 1 kraad. Kaks satelliiti ja Maa moodustaksid koos nahaalse kolmnurga, mille külgedel oleks laserkiired ja üks neist kiirtest läheks päikesele.
Turyshev plaanib mõõta nurka kahe satelliidi vahel, kasutades ISS-ile paigaldatud interferomeetrit. Interferomeeter on seade, mis püüab ja ühendab valguskiiri. Mõõtes, kuidas kahe minisatelliidi valguslained üksteist segavad, saab interferomeeter mõõta satelliitide vahelist nurka erakordse täpsusega: umbes 10 miljardit kaaresekundit ehk 0,01 as (mikrokaaresekundites). Kui arvestada LATORi konstruktsiooni teiste osade täpsusega, annab see üldise täpsuse mõõtmisel, kui palju raskusjõudu painutab laserikiir umbes 0,02 ° kui ühe mõõtmise korral.
"ISS-i kasutamine annab meile mõned eelised," selgitab Turõšev. „Ühe jaoks on see Maa atmosfääri moonutuste kohal ja lisaks on see piisavalt suur, et saaksime paigutada interferomeetri kaks läätse kaugel üksteisest (üks lääts päikesepaneeli ristmiku mõlemasse otsa), mis parandab selle eraldusvõimet ja täpsust. tulemused."
LATORi 0,02? Täpsus on piisavalt hea, et näidata kõrvalekaldeid Einsteini relatiivsusest, mida ennustavad püüdlevad kõige teooriad, mis jäävad vahemikku umbes 0,5 kuni 35? Kokkulepe LATORi mõõtmistega oleks nende teooriate oluliseks tõukeks. Kuid kui isegi LATOR ei leia Einsteinist kõrvalekaldumist, saavad enamik praeguseid kandidaate - koos nende 11 mõõtme, piksellatud ruumi ja konstantsete konstanditega - saatusliku löögi ja "kanduvad" edasi taevasse selle suure tolmuse raamatukogu virna. .
Kuna missioon nõuab ainult olemasolevaid tehnoloogiaid, võiks Turõšev väita, et LATOR võiks lennata juba 2009. või 2010. aastal. Nii et füüsika ummikseisu murdmine ja uus raskusjõu, ruumi ja aja teooria võtab kauem aega. troon.
Algne allikas: NASA / Science Story
