אז צדק איינשטיין? אנחנו בודקים את תורת היחסות

לפני מאה שנה, ב 1915, מדען שוויצרי צעיר, אשר באותה עת כבר תגליות מהפכניות בפיזיקה, הציע הבנה חדשה מן היסוד הכובד.

בשנת 1915, פרסם איינשטיין תורת היחסות הכלליתמתאר הכביד כמאפיין בסיסי של מרחב-זמן. הוא הציג סדרה של משוואות המתארות את שפעת אנרגית עקמומיות מרחב-זמן ואת התנועה של הנוכחות בו חומר והקרינה.

מאה שנים מאוחר יותר תורת היחסות הכללית (GTR) הפך את הבסיס לבניית המדע המודרני, הוא עמד בכל המבחנים, שבה מדענים תקפו אותה.

אבל עד לא מזמן זה היה בלתי אפשרי לבצע ניסויים בתנאים קיצוניים כדי לבדוק את התאוריה היציבות.

זה מדהים כמה חזק הוכיח יחסות ב 100 שנים. אנחנו עדיין משתמשים בעובדה איינשטיין כתב!

וויל קליפורד, פיזיקאי תיאורטי, אוניברסיטת פלורידה

עכשיו מדענים יש את הטכנולוגיה המאפשרת לך לחפש פיזיקה מעבר יחסות כללית.

מבט חדש על כוח המשיכה

תורת היחסות הכללית מתארת ​​הכובד לא ככוח (כפי שהוא מופיע הפיסיקה הניוטונית), אבל כמו עקמומיות המרחב-זמן בשל המשקל של אובייקטים. סובבת הארץ סביב השמש, לא משום שהוא מושך את הכוכב, אלא בגלל המרחב-זמן מעקמים סאן. אם שרוע שמיכה לשים כדור באולינג כבד, לחלק שינוי צורה - הכבידה משפיע החלל הוא בערך אותו דבר.

התיאוריה של איינשטיין ניבא כמה פתיחה מטורפת. לדוגמא, את האפשרות לקיומו של חורים שחורים, אשר לכופף מרחב-זמן עד כדי כך ששום דבר לא יכול לברוח מבפנים, אפילו לא אור. ראיות מקובלות נוף בדרך כלל היום נמצאו מבוססת על התאוריה כי היקום מתפשט והאצה.

תורת היחסות הכללית אושרה על ידי רבים תצפיות. איינשטיין עצמו השתמש היחסות הכללית לחשב את מסלולו של כוכב חמה, אשר תנועתו לא יכולה להיות מתוארת לפי חוקי ניוטון. איינשטיין חזה את קיומו של חפצים כל כך מסיבי כי הם לכופף אור. תופעה זו של עידוש כבידתי, אשר לעתים קרובות להתמודד אסטרונומים. לדוגמה, החיפוש אחר כוכבי מבוסס על שינויים עדינים לתוקף קרינה, מעוקלים שדה הכבידה של כוכב סביב אשר מסתובב כדור הארץ.

אימות של התיאוריה של איינשטיין

תורת היחסות הכללית עובד היטב עבור כוח נורמלי הכובד, כפי שמוצג על ידי ניסויים שנערכו על כדור הארץ ועל התבוננות כוכבי הלכת של מערכת השמש. אבל אף פעם זה נבדק חשיפה אקוטית במיוחד בחללים המצויים גבולות הפיזיקה.

הדרך המבטיחה ביותר כדי לבדוק את התיאוריה בתנאים כאלה - ניטור של שינויים המרחב-זמן, קראו גלי כבידה. הם מופיעים כתוצאה של אירועים מרכזיים, בנקודת המפגש של שני גופים מסיביים כגון חורים שחורים, או בעיקר אובייקטים צפופים - כוכבי ניטרונים.

הזיקוקים הקוסמיים בסדר הגודל כזה ישפיעו על המרחב-זמן האדווה הקטנטנה בלבד. לדוגמה, אם שני חורים שחורים התנגשו והתמזגו איפשהו בגלקסיה שלנו, גלי כבידה יכול למתוח לדחוס את המרחק בין אובייקטים הממוקמים על אדמות בתוך מטר זה מזה, אלפית קוטר גרעין אטום.

היו ניסויים שיכולים לתקן את השינוי של מרחב-זמן כתוצאה של אירועים כאלה.

יש סיכוי טוב לפתור את גלי כבידה בשנים הקרובות.

קליפורד וויל

לייזר אינטרפרומטר המצפה גלי כבידה (LIGOמ) מצפי סביב ריצ'לנד (וושינגטון) ו ליווינגסטון (Louisiana) נעשה שימוש בלייזר כדי לקבוע את העיוות הקטן ביותר גלאי בצורת כפול. כאשר אדוות במרחב-זמן עובר דרך גלאי, שהוא מותח ודוחס את החלל, כך שינוי גודל גלאי. LIGO יכול למדוד אותם.

LIGO החלה בסדרת ההשקות ב 2002, אבל לא הגיעה לתוצאה. בשנת 2010, העבודה בוצעה על מנת לשפר, ואת יורשו של החברה, המצפה מתקדם LIGO צריך להתחיל לעבוד שוב השנה. רבים מן הניסויים המתוכננים שמטרתה לחפש גלי כבידה.

דרך נוספת לבחון את תורת היחסות - מבט על המאפיינים של גלי כבידה. לדוגמא, הם יכולים להיות מקוטבים כמו האור עובר דרך המשקפים המקוטבים. תורת היחסות צופה תכונות של השפעה זו, וכל סטייה מן החישובים עשויה להיות סיבה לפקפק בתאוריה.

תיאוריה מאוחדת

קליפורד וויל סבור כי גילוי גלי כבידה בלבד לחזק התיאוריה של איינשטיין:

אני חושב שאנחנו חייבים להמשיך לחפש ראיות יחסות כללית, כדי להיות בטוח שזה נכון.

ולמה אנחנו צריכים ניסויים אלה?

אחד הכי חשוב וקשה להשיג בפיזיקה המודרנית - למצוא תיאוריה שיחבר יחדיו במחקר איינשטיין, כי היא מדע של המקרוקוסמוס, ו מכניקת הקוונטים, המציאות של החפצים הקטנים ביותר.

התקדמות בכיוון זה, כבידה קוונטיתייתכן שיהיה צורך לבצע שינויים תורת היחסות הכללית. יתכן כי ניסויים בתחום הכבידה הקוונטית ידרשו כל כך הרבה אנרגיה כי הם יהיו בלתי אפשריים לביצוע. "אבל מי יודע - אמר וויל - אולי ביקום הקוונטים, יש השפעה, קלה, אבל הזמינים לחיפוש."