Credit imagine: NRAO
Teoretizată de Einstein de aproape un secol, fizicienii au găsit dovezi care susțin teoria că forța gravitației se mișcă cu viteza luminii. Variația modului în care a fost îndoită imaginea cvasarului a reprezentat această viteză a gravitației.
Profitând de o aliniere cosmică rară, oamenii de știință au făcut prima măsurare a vitezei cu care se propagă forța gravitației, dând o valoare numerică uneia din ultimele constante fundamentale nemăsurate ale fizicii.
„Newton a crezut că forța gravitației este instantanee. Einstein a presupus că s-a mișcat cu viteza luminii, dar până acum nimeni nu a măsurat-o ”, a spus Serghei Kopeikin, fizician la Universitatea din Missouri-Columbia.
„Am stabilit că viteza de propagare a gravitației este egală cu viteza luminii într-o precizie de 20 la sută”, a spus Ed Fomalont, astronom la National Radio Astronomy Observatory (NRAO) din Charlottesville, VA. Oamenii de știință și-au prezentat concluziile la reuniunea American Astronomical Society din Seattle, WA.
Măsurarea reperului este importantă pentru fizicienii care lucrează la teoriile de teren unificate care încearcă să combine fizica particulelor cu teoria generală a relativității și teoria electromagnetică a lui Einstein.
„Măsurarea noastră pune niște limite puternice teoriilor care propun dimensiuni suplimentare, cum ar fi teoria superstringului și teoriile ramelor”, a spus Kopeikin. „Cunoașterea vitezei gravitației poate oferi un test important al existenței și compactității acestor dimensiuni suplimentare”, a adăugat el.
Teoria superstringului propune că particulele fundamentale ale naturii nu sunt similare, ci mai degrabă bucle sau șiruri incredibil de mici, ale căror proprietăți sunt determinate de diferite moduri de vibrație. Ramurile (un cuvânt derivat din membrane) sunt suprafețe multidimensionale, iar unele teorii fizice actuale propun ramuri de spațiu-timp încorporate la cinci dimensiuni.
Oamenii de știință au folosit sistemul foarte lung de bază (VLBA) al Fundației Naționale a Științei (VLBA), un sistem radio-telescop pe tot continentul, împreună cu radiotelescopul de 100 de metri din Effelsberg, Germania, pentru a face o observație extrem de precisă când planeta Jupiter a trecut aproape în în fața unui quasar luminos pe 8 septembrie 2002.
Observația a înregistrat o foarte ușoară „îndoire” a undelor radio provenite din cvasarul de fundal prin efectul gravitațional al lui Jupiter. Îndoirea a dus la o modificare mică în poziția aparentă a cvasarului pe cer.
"Deoarece Jupiter se deplasează în jurul Soarelui, cantitatea precisă de îndoire depinde ușor de viteza cu care se propagă gravitația de la Jupiter", a spus Kopeikin.
Jupiter, cea mai mare planetă din Sistemul Solar, trece suficient de aproape pe calea undelor radio dintr-un cvasar suficient de luminos, aproximativ o dată pe deceniu, pentru ca o astfel de măsurare să fie făcută, au spus oamenii de știință.
Aliniamentul celest odată în deceniu a fost ultimul dintr-un lanț de evenimente care a făcut posibilă măsurarea vitezei gravitației. Ceilalți au inclus o întâlnire a șanselor celor doi oameni de știință în 1996, o descoperire în fizica teoretică și dezvoltarea tehnicilor specializate care au permis efectuarea măsurării extrem de precise.
"Nimeni nu a încercat să măsoare viteza gravitației înainte, deoarece majoritatea fizicienilor au presupus că singura modalitate de a face acest lucru a fost să detecteze unde gravitaționale", a amintit Kopeikin. Cu toate acestea, în 1999, Kopeikin a extins teoria lui Einstein pentru a include efectele gravitaționale ale unui corp în mișcare asupra undelor de lumină și radio. Efectele depindeau de viteza gravitației. Și-a dat seama că dacă Jupiter se deplasa aproape în fața unei surse de stea sau radio, își putea testa teoria.
Kopeikin a studiat orbita prognozată a lui Jupiter pentru următorii 30 de ani și a descoperit că planeta gigantă va trece destul de îndeaproape în fața cvasarului J0842 + 1835 în 2002. Cu toate acestea, el a realizat repede că efectul asupra poziției aparente a cvasului pe cer este atribuit. până la viteza gravitației ar fi atât de mică încât singura tehnică de observație capabilă să o măsoare a fost Interferometria de bază foarte lungă (VLBI), tehnica întrupată în VLBA. Kopeikin a contactat apoi Fomalont, un expert important în VLBI și un observator cu experiență VLBA.
"Mi-am dat seama imediat de importanța unui experiment care ar putea face prima măsurare a unei constante fundamentale a naturii", a spus Fomalont. „Am decis că trebuie să oferim cea mai bună lovitură a noastră”, a adăugat el.
Pentru a obține nivelul necesar de precizie, cei doi oameni de știință au adăugat telescopul Effelsberg la observația lor. Cu cât este mai extinsă separarea între două antene de radiotelescop, cu atât este mai mare puterea de rezolvare sau capacitatea de a vedea detalii fine. VLBA include antene de pe Hawaii, Statele Unite continentale și St. Croix din Caraibe. O antenă de cealaltă parte a Atlanticului a adăugat și mai multă putere de rezolvare.
„A trebuit să facem o măsurare cu aproximativ trei ori mai multă acuratețe decât oricine ar fi făcut vreodată, dar știam, în principiu, că se poate face acest lucru”, a spus Fomalont. Oamenii de știință și-au testat și perfecționat tehnicile în „alergări uscate”, apoi au așteptat ca Jupiter să-și facă trecerea în fața cvasarului.
Așteptarea a inclus un mușcătură unghiilor considerabilă. Eșecul echipamentului, vremea rea sau o furtună electromagnetică în Jupiter ar fi putut sabota observația. Totuși, norocul a ținut cont și observațiile oamenilor de știință la o frecvență radio de 8 GigaHertz au produs suficiente date bune pentru a le măsura. Au obținut o precizie egală cu lățimea unui păr uman văzut la 250 de mile distanță.
„Scopul nostru principal a fost să excludem o viteză infinită pentru gravitație și am făcut și mai bine. Știm acum că viteza gravitației este probabil egală cu viteza luminii și putem exclude cu încredere orice viteză pentru gravitație care este peste două ori mai mare decât cea a luminii ”, a spus Fomalont.
Cei mai mulți oameni de știință, Kopeikin a spus, va fi ușurat că viteza gravitației este în concordanță cu viteza luminii. „Cred că acest experiment aruncă o nouă lumină asupra fundamentelor relativității generale și reprezintă primul dintre multe alte studii și observații ale gravitației care sunt posibile în prezent datorită preciziei extrem de ridicate a VLBI. Mai avem multe de învățat despre această forță cosmică intrigantă și relația ei cu celelalte forțe din natură ”, a spus Kopeikin.
Nu este prima dată când Jupiter a jucat un rol în producerea unei măsurători a unei constante fizice fundamentale. În 1675, Olaf Roemer, un astronom danez care lucrează la Observatorul de la Paris, a făcut prima determinare rezonabilă a vitezei luminii prin observarea eclipselor uneia dintre lunile lui Jupiter.
Sursa originală: Comunicat de presă NRAO
