Кредит зображення: NASA
Загальна теорія відносності Ейнштейна цього тижня отримала ще одне підтвердження завдяки дослідженням астронома NASA. Вчені виміряли загальну енергію гамма-випромінювань, випромінюваних далекими вибухами гамма-випромінювання, і виявили, що вони взаємодіють з частинками на шляху до Землі таким чином, що точно відповідав передбаченням Ейнштейна.
Вчені стверджують, що принцип Альберта Ейнштейна сталості швидкості світла перебуває під надзвичайно ретельним увагою, і висновок, який виключає певні теорії, що передбачають додаткові розміри та "пінисту" тканину космосу.
Висновок також демонструє, що основні наземні та космічні спостереження за найвищими енергетичними гамма-променями, такою формою електромагнітної енергії, як світло, можуть дати розуміння самої природи часу, матерії, енергії та простору в масштабах надзвичайно далеко субатомний рівень - те, що мало хто вчені вважав можливим.
Доктор Флойд Штекер з Центру космічних польотів Годдарда НАСА в м. Грінбельт, штат Массачусетс, обговорює наслідки цих висновків у недавньому випуску «Фізика астрочастинок». Його робота частково заснована на більш ранній співпраці з Нобелівським лауреатом Шелдоном Глашоу з Бостонського університету.
"Те, що Ейнштейн опрацьовував олівцем і папером майже століття тому, продовжує тримати науковий контроль", - сказав Стікер. "Спостереження високої енергії космічних гамма-випромінювань не виключають можливості отримання додаткових розмірів та поняття квантової гравітації, але вони створюють суворі обмеження щодо того, як вчені можуть піти на пошук таких явищ".
Ейнштейн заявив, що простір і час - це фактично два аспекти єдиної сутності, що називається простором-часом, чотиривимірною концепцією. Це є основою його теорій особливої та загальної відносності. Наприклад, загальна відносність свідчить про те, що сила тяжіння є результатом масових спотворень простору часу, як куля для боулінгу на матраці.
Загальна відносність - це теорія гравітації у великих масштабах, тоді як квантова механіка, розроблена самостійно на початку 20 століття, є теорією атома та субатомних частинок у дуже малих масштабах. Теорії, засновані на квантовій механіці, описують не гравітацію, а інші три основні сили: електромагнетизм (світло), сильні сили (зв'язуючі атомні ядра) та слабкі сили (видно в радіоактивності).
Вчені давно сподіваються об'єднати ці теорії в одну "теорію всього", щоб описати всі аспекти природи. Ці об'єднуючі теорії - такі як квантова гравітація або теорія струн - можуть спричинити виклик додаткових розмірів простору, а також порушення спеціальної теорії відносності Ейнштейна, наприклад, як швидкість світла є максимально досяжною швидкістю для всіх об'єктів.
Робота Стікера включає концепції, які називаються принципом невизначеності та інваріантності Лоренца. Принцип невизначеності, похідний від квантової механіки, передбачає, що на субатомному рівні віртуальні частинки, які також називаються квантовими коливаннями, спливають і існують. Багато вчених стверджують, що сам космічний час складається з квантових коливань, які при погляді впритул нагадують піну або "квантову піну". Деякі вчені вважають, що квантова піна космічного часу може уповільнити проходження світла - стільки, скільки світло рухається з максимальною швидкістю у вакуумі, але з меншою швидкістю через повітря чи воду.
Піна сповільнювала б електроенергетичні частинки вищої енергії, або фотони - такі, як рентгенівські та гамма-промені - більше, ніж фотони нижчої енергії видимого світла або радіохвиль. Таке фундаментальне коливання швидкості світла, різне для фотонів різної енергії, порушило б інваріантність Лоренца, основний принцип спеціальної теорії відносності. Таке порушення може стати підказкою, яка допомогла би спрямувати нас на шлях до теорій об’єднання.
Вчені сподівалися знайти такі порушення інваріантності Лоренца, вивчаючи гамма-промені, що надходять далеко від Галактики. Наприклад, вибух гамма-випромінювання знаходиться на такій великій відстані, що різниці швидкостей фотонів у вибуху залежно від їх енергії можуть бути вимірними - оскільки квантова піна простору може діяти на повільне світло, яке було подорожує до нас мільярди років.
Стікер придивився набагато ближче до дому, виявивши, що інваріантність Лоренца не порушується. Він проаналізував гамма-промені з двох відносно сусідніх галактик, розташованих на відстані півмільярда світлових років із надмасивними чорними дірами в їх центрах, названих Маркаряном (Mkn) 421 та Mkn 501. Ці чорні діри генерують інтенсивні пучки фотонів гамма-променів, які спрямовані безпосередньо на земля. Такі галактики називають блазарами. (Дивіться на Зображення 4 для зображення Mkn 421. Зображення 1 - 3 - це концепції художника про надмасивні чорні діри, що живлять квазари, які, спрямовані безпосередньо на Землю, називаються блазарами. Зображення 5 - фото космічного телескопа Хаббла.)
Деякі гамма-промені Mkn 421 та Mkn 501 стикаються з інфрачервоними фотонами у Всесвіті. Ці зіткнення призводять до руйнування гамма-променів та інфрачервоних фотонів, оскільки їхня енергія перетворюється на масу у вигляді електронів та позитивно заряджених антиматерних електронів (званих позитронами), відповідно до відомої формули Ейнштейна E = mc ^ 2. Стікер і Глашоу вказали, що докази знищення гамма-променів найвищої енергії з Mkn 421 та Mkn 501, отримані під прямими спостереженнями за цими об'єктами, наочно демонструють, що інваріант Лоренца живий і здоровий і не порушується. Якщо інваріантність Лоренца була порушена, гамма-промені проходили б прямо через екстрагалактичний інфрачервоний туман, не знищуючись.
Це тому, що для знищення потрібна певна кількість енергії для створення електронів і позитронів. Цей енергетичний бюджет задовольняється гамма-випромінюванням з найвищою енергією від Mkn 501 та Mkn 421 при взаємодії з інфрачервоними фотонами, якщо обидва рухаються з відомою швидкістю світла відповідно до спеціальної теорії відносності. Однак якщо б, зокрема, гамма-промені рухалися з меншою швидкістю через порушення інваріантності Лоренца, загальна наявна енергія була б недостатньою, а реакція знищення була б "не йде".
"Наслідки цих результатів", - сказав Стікер, - полягає в тому, що якщо інваріантність Лоренца буде порушена, то це на такому невеликому рівні - менше однієї частини в тисячі трильйонів - це виходить за межі наших сучасних технологій. Ці результати також можуть говорити нам про те, що правильна форма теорії струн або квантова гравітація повинна підкорятися принципу інваріантності Лоренца ».
Для отримання додаткової інформації зверніться до “Обмеження щодо квантової сили тяжіння та інваріантності Лоренца, що порушують великі та великі додаткові розміри, використовуючи спостереження гамма-променів високої енергії” в Інтернеті за адресою:
Оригінальне джерело: NASA News Release
