Credit de imagine: NASA
Teoria generală a relativității a lui Einstein a obținut o altă confirmare în această săptămână datorită cercetărilor efectuate de un astronom de la NASA. Oamenii de știință au măsurat energia totală a razelor gamma emise de izbucniri ale unei raze gamma îndepărtate și au descoperit că interacționau cu particule în drumul lor către Pământ, în așa fel încât să se potrivească cu exactitate cu predicțiile lui Einstein.
Oamenii de știință spun că principiul lui Albert Einstein al constanței vitezei luminii se menține sub un control extrem de strict, o constatare care exclude anumite teorii care prevăd dimensiuni suplimentare și o țesătură „spumoasă” a spațiului.
Concluzia demonstrează, de asemenea, că observațiile de bază bazate pe sol și spațiu ale razelor gamma cu cea mai mare energie, o formă de energie electromagnetică precum lumina, pot oferi o perspectivă asupra naturii timpului, a materiei, a energiei și a spațiului la scări extrem de jos. nivelul subatomic - ceva ce puțini oameni de știință au considerat posibili.
Dr. Floyd Stecker de la Centrul de zbor spațial Goddard al NASA din Greenbelt, Md., Discută despre implicațiile acestor descoperiri într-un număr recent de fizică al Astroparticulelor. Lucrarea sa se bazează parțial pe o colaborare anterioară cu laureatul Nobel Sheldon Glashow de la Universitatea Boston.
„Ceea ce Einstein a lucrat cu creion și hârtie acum aproape un secol continuă să țină cont de controlul științific”, a spus Stecker. „Observațiile cu energie ridicată ale razelor gamma cosmice nu exclud posibilitatea unor dimensiuni suplimentare și a conceptului de gravitate cuantică, dar ele pun unele restricții stricte cu privire la modul în care oamenii de știință pot merge cu privire la descoperirea unor astfel de fenomene.”
Einstein a afirmat că spațiul și timpul erau de fapt două aspecte ale unei singure entități numite spațiu, un concept în patru dimensiuni. Acesta este fundamentul teoriilor sale despre relativitate specială și generală. De exemplu, relativitatea generală consideră că forța gravitației este rezultatul distorsiunii în masă a spațiului, ca o minge de bowling pe o saltea.
Relativitatea generală este teoria gravitației la scară largă, în timp ce mecanica cuantică, dezvoltată independent la începutul secolului XX, este teoria atomului și a particulelor subatomice la scară foarte mică. Teoriile bazate pe mecanica cuantică nu descriu gravitația, ci mai degrabă celelalte trei forțe fundamentale: electromagnetism (lumină), forțe puternice (nuclee atomice de legătură) și forțe slabe (observate în radioactivitate).
Oamenii de știință au sperat de mult să contopească aceste teorii într-o „teorie a tot” pentru a descrie toate aspectele naturii. Aceste teorii unificatoare - cum ar fi gravitația cuantică sau teoria șirurilor - pot implica invocarea dimensiunilor suplimentare ale spațiului și, de asemenea, încălcări ale teoriei speciale a relativității a lui Einstein, cum ar fi viteza luminii fiind viteza maximă posibilă pentru toate obiectele.
Lucrările lui Stecker implică concepte numite principiul incertitudinii și invarianța Lorentz. Principiul incertitudinii, derivat din mecanica cuantică, implică faptul că la nivel subatomic particulele virtuale, numite și fluctuații cuantice, apar și ies din existență. Mulți oameni de știință spun că spațiul propriu-zis este format din fluctuații cuantice care, atunci când sunt privite de aproape, seamănă cu o spumă sau „spumă cuantică”. Unii oameni de știință cred că o spumă cuantică de spațiu poate încetini trecerea luminii - la fel cum lumina călătorește cu viteză maximă în vid, dar cu viteze mai mici prin aer sau apă.
Spuma ar încetini particulele electromagnetice cu energie mai mare, sau fotonii - cum ar fi razele X și razele gamma - mai mult decât fotonii cu energie mai mică de undă radio sau lumină vizibilă. O astfel de variație fundamentală a vitezei luminii, diferită pentru fotoni cu diferite energii, ar încălca invariația lui Lorentz, principiul de bază al teoriei speciale a relativității. O astfel de încălcare ar putea fi un indiciu care ne-ar ajuta să ne îndreptăm pe drumul către teoriile unificării.
Oamenii de știință au sperat să găsească astfel de încălcări ale invarianței Lorentz, studiind razele gamma care provin din afara Galaxiei. O explozie cu raze gamma, de exemplu, se află la o distanță atât de mare încât diferențele de viteză ale fotonilor în explozie, în funcție de energia lor, pot fi măsurabile - deoarece spuma cuantică a spațiului poate acționa pentru a încetini lumina. călătorind la noi timp de miliarde de ani.
Stecker s-a uitat mult mai aproape de casă pentru a afla că invarianța Lorentz nu este încălcată. El a analizat razele gamma de la două galaxii relativ apropiate la aproximativ o jumătate de miliard de ani lumină distanță cu găuri negre supermasive din centrele lor, numite Markarian (Mkn) 421 și Mkn 501. Aceste găuri negre generează fascicule intense de fotoni cu raze gamma care sunt vizate direct la pământul. Astfel de galaxii sunt numite blazare. (Consultați Imaginea 4 pentru o imagine cu Mkn 421. Imaginile 1 - 3 sunt concepțiile artistului despre găuri negre super-masive care alimentează cvasari care, atunci când sunt îndreptate direct pe Pământ, se numesc blazari. Imaginea 5 este o fotografie a telescopului Hubble Space Telescope.
Unele dintre razele gamma de la Mkn 421 și Mkn 501 se ciocnesc cu fotoni cu infraroșu în Univers. Aceste coliziuni au ca rezultat distrugerea razelor gamma și fotonilor infraroșii, deoarece energia lor este transformată în masă sub formă de electroni și electroni antimateri încărcați pozitiv (numiți pozitroni), conform celebrei formule E = mc ^ 2 a lui Einstein. Stecker și Glashow au subliniat că dovezile anihilării razelor gamma cu cea mai mare energie de la Mkn 421 și Mkn 501, obținute din observațiile directe ale acestor obiecte, demonstrează clar că invariația Lorentz este vie și bine și nu este încălcată. Dacă invarianța Lorentz ar fi încălcată, razele gamma ar trece direct prin ceața infraroșie extragalactică fără a fi anihilate.
Aceasta deoarece anihilarea necesită o anumită cantitate de energie pentru a crea electroni și pozitroni. Acest buget energetic este satisfăcut pentru razele gamma cu cea mai mare energie de la Mkn 501 și Mkn 421 în interacțiunea cu fotonii infraroșu, dacă ambele se mișcă cu viteza binecunoscută a luminii, conform teoriei speciale a relativității. Cu toate acestea, dacă în special razele gamma s-ar fi mișcat cu o viteză mai lentă din cauza încălcării invarianței Lorentz, energia totală disponibilă ar fi inadecvată, iar reacția de anihilare ar fi un „fără a merge”.
„Implicațiile acestor rezultate”, a spus Stecker, „este că dacă invarianța Lorentz este încălcată, este la un nivel atât de mic - mai puțin de o parte dintr-o mie de trilioane - că este dincolo de capacitatea de a găsi tehnologia noastră actuală. Aceste rezultate ne pot spune, de asemenea, că forma corectă a teoriei șirurilor sau a gravitației cuantice trebuie să se supună principiului invarianței Lorentz. "
Pentru mai multe informații, consultați „Constrângerile asupra invergenței Lorentz care încalcă gravitația cuantică și modelele de dimensiuni suplimentare mari utilizând observații cu raze de mare energie”, la adresa:
Sursa originală: Comunicat de presă al NASA
