Kujutise krediit: NASA
Einsteini üldine relatiivsusteooria sai sel nädalal uue kinnituse tänu NASA astronoomi uuringutele. Teadlased mõõtsid kauge gammakiirguse purunemisest eralduvate gammakiirte koguenergia ja leidsid, et nad suhtlesid Maa poole teel olevate osakestega viisil, mis vastas täpselt Einsteini ennustustele.
Teadlased väidavad, et Albert Einsteini valgusekiiruse püsivuse põhimõte kehtib eriti range kontrolli all - leid, mis välistab teatud teooriad, mis ennustavad lisamõõtmeid ja kosmose “vahutavat” kangast.
Leiud näitab ka seda, et kõrgeima energiaga gammakiirte põhilised maapealsed ja kosmosevaatlused, mis on selline elektromagnetilise energia vorm nagu valgus, võivad anda ülevaate aja, aine, energia ja ruumi olemusest ülimalt kaugel asuvatel skaaladel subatomaatiline tasand - midagi, mida vähesed teadlased pidasid võimalikuks.
Dr Floyd Stecker NASA Goddardi kosmoselennukeskusest Greenbeltis, USA, arutab nende leidude mõjusid värskes Astroparticle Physics numbris. Tema töö põhineb osaliselt varasemal koostööl Nobeli preemia laureaadi Sheldon Glashowga Bostoni ülikoolist.
"See, mida Einstein peaaegu sajand tagasi pliiatsi ja paberiga välja töötas, peab endiselt teaduslikku kontrolli," ütles Stecker. "Kosmiliste gammakiirte suure energiatarbimisega vaatlused ei välista lisamõõtmete võimalust ja kvantgravitatsiooni kontseptsiooni, kuid need seavad siiski ranged piirangud sellele, kuidas teadlased saaksid selliseid nähtusi leida."
Einstein väitis, et ruum ja aeg olid tegelikult ühe olemuse, mida nimetatakse kosmoseajaks, kaks aspekti - neljamõõtmeline kontseptsioon. See on tema spetsiaalse ja üldrelatiivsusteooria alus. Näiteks võib öelda, et üldrelatiivsusteooria kohaselt on raskusjõud massiaega moonutava kosmoseaja tulemus, näiteks madratsil olev keeglikall.
Üldrelatiivsus on suures plaanis gravitatsiooni teooria, samas kui 20. sajandi alguses iseseisvalt välja töötatud kvantmehaanika on aatomi ja alaatomiliste osakeste teooria väga väikeses skaalal. Kvantmehaanikal põhinevad teooriad ei kirjelda gravitatsiooni, vaid pigem kolme ülejäänud põhijõudu: elektromagnetism (valgus), tugevad jõud (siduvad aatomituumad) ja nõrgad jõud (radioaktiivsuses nähtav).
Teadlased on pikka aega lootnud ühendada need teooriad üheks „kõige teooriaks“, et kirjeldada kõiki looduse aspekte. Need ühendavad teooriad - näiteks kvantgravitatsioon või stringiteooria - võivad hõlmata kosmose lisamõõtmete esilekutsumist ja ka Einsteini relatiivsusteooria eriteooria rikkumisi, näiteks valguse kiirus on kõigi objektide maksimaalne saavutatav kiirus.
Steckeri töö hõlmab mõisteid, mida nimetatakse määramatuse põhimõtteks ja Lorentzi invariantsiks. Kvantmehaanikast tuletatud määramatuse printsiip tähendab, et subatomaatilisel tasandil hakkavad virtuaalsed osakesed, mida nimetatakse ka kvantkõikumisteks, sisse ja välja. Paljud teadlased väidavad, et kosmoseaeg koosneb kvant kõikumisest, mis lähedalt vaadates sarnaneb vahuga või kvantvahuga. Mõnede teadlaste arvates võib kosmoseaja kvantvaht aeglustada valguse läbimist - sama palju kui valgus liigub vaakumis maksimaalse kiirusega, kuid õhu või vee kaudu väiksema kiirusega.
Vaht aeglustaks suurema energiaga elektromagnetilisi osakesi või footoneid - näiteks röntgen- ja gammakiirt - rohkem kui nähtava valguse või raadiolainete madalama energiaga footoneid. Niisugune valguse kiiruse põhimõtteline varieeruvus, mis erineb erinevate energiate footonitest, rikuks Lorentzi invariantsi, relatiivsusteooria eriteooria aluspõhimõtet. Selline rikkumine võiks olla aimugi, mis aitaks meid suunata ühendamisteooriate poole.
Teadlased on lootnud leida sellised Lorentzi invariantsirikkumised, uurides galaktikast kaugelt saabuvaid gammakiiri. Näiteks gammakiirguspursk on nii suure vahemaa tagant, et purunevate footonite kiiruse erinevused sõltuvalt nende energiast võivad olla mõõdetavad - kuna kosmose kvantvaht võib toimida valguse aeglustamiseks, mis on olnud reisides meile miljardeid aastaid.
Stecker vaatas kodule palju lähemal, et teada saada, et Lorentzi häiringut ei rikuta. Ta analüüsis gammakiiri kahest suhteliselt lähedalasuvast galaktikast, mis asuvad umbes poole miljardi valgusaasta kaugusel, nende keskuste supermassiivsete mustade aukudega, nimega Markarian (Mkn) 421 ja Mkn 501. Need mustad augud tekitavad intensiivseid gammakiirguse footonite kiirte, mis on suunatud otse maa. Selliseid galaktikaid nimetatakse bleasariteks. (Vaadake pilti Mkn 421-st pildilt 4. Pildid 1 - 3 on kunstniku kontseptsioonid supermassiivsetest mustadest aukudest, mis toidavad kvasare ja mida otse Maale osutades nimetatakse bleasariteks. Pilt 5 on Hubble'i kosmoseteleskoobi foto blazarist.)
Mõned Mkn 421 ja Mkn 501 gammakiired põrkuvad universumis infrapuna footonitega. Nende kokkupõrgete tagajärjel hävivad gammakiired ja infrapuna footonid, kuna nende energia muundatakse massiks elektronide ja positiivselt laetud antimaterjal-elektronide (positronide) kujul vastavalt Einsteini kuulsale valemile E = mc ^ 2. Stecker ja Glashow on märkinud, et nende objektide otsestest vaatlustest saadud tõendid Mkn 421 ja Mkn 501 kõrgeima energiaga gammakiirte hävitamise kohta näitavad selgelt, et Lorentzi invariants on elus ja hea ning seda ei rikuta. Kui Lorentzi invariantsust rikutaks, läbiks gammakiir paremalt läbi ekstragalaktilise infrapuna udu ilma hävitamata.
Selle põhjuseks on asjaolu, et hävitamine nõuab elektronide ja positronite loomiseks teatud energiat. See energiaeelarve on rahul Mkn 501 ja Mkn 421 kõrgeima energiaga gammakiirte jaoks, kui nad interakteeruvad infrapuna footonitega, kui mõlemad liiguvad vastavalt teadaolevale valguse kiirusele vastavalt relatiivsusteooria eriteooriale. Kui aga gammakiired liiguvad Lorentzi invariantsuse rikkumise tõttu väiksema kiirusega, oleks kogu saadaolev energia ebapiisav ja hävimisreaktsioon oleks „no go“.
"Nende tulemuste tagajärjed," ütles Stecker, "seisneb selles, et kui Lorentzi invariantsi rikutakse, siis on see nii väike - vähem kui üks osa tuhandest triljonist -, mida meie praegune tehnoloogia ei suuda leida. Need tulemused võivad meile öelda ka seda, et keelte teooria või kvantgravitatsiooni õige vorm peab vastama Lorentzi invariantsi põhimõttele. ”
Lisateavet leiate jaotisest “Lorentzi invariantsuse piirangud, mis rikuvad kvantgravitatsiooni ja suuri lisamõõtmeid sisaldavaid mudeleid, kasutades suure energiaga gammakiirguse vaatlusi” veebisaidil:
Algne allikas: NASA pressiteade
