Credit imagine: NASA / JPL
Mai devreme sau mai târziu, domnia lui Einstein, precum domnia lui Newton înaintea lui, va ajunge la sfârșit. O inevitabilitate în lumea fizicii care ne va răsturna noțiunile de realitate de bază este inevitabilă, cred majoritatea oamenilor de știință, iar în prezent o cursă de cai este în curs de desfășurare între o mână de teorii care concurează pentru a fi succesorul tronului.
În alergare există astfel de idei care îndreaptă mintea ca un univers cu 11 dimensiuni, „constante” universale (cum ar fi forța gravitației) care variază în timp și spațiu și rămân cu adevărat fixate într-o a 5-a dimensiune nevăzută, șiruri vibrante infinitesimale ca elemente constitutive fundamentale ale realității și o țesătură a spațiului și a timpului care nu este lină și continuă, așa cum credea Einstein, ci împărțită în bucăți discrete, indivizibile, de dimensiuni dispărute. Experimentul va determina în cele din urmă care triumfă.
Un nou concept pentru un experiment pentru a testa predicțiile relativității lui Einstein mai precis ca niciodată a fost dezvoltat de oamenii de știință ai Laboratorului de Propulsie Jet (JPL) de la NASA. Misiunea lor, care folosește în mod eficient sistemul nostru solar ca un laborator uriaș, ar ajuta la restrângerea câmpului teoriilor în vogă și ne-ar apropia cu un pas de următoarea revoluție în fizică.
O casă împărțită
Este posibil să nu cântărească foarte mult în mintea majorității oamenilor, dar o mare schismă a afectat multă vreme înțelegerea noastră fundamentală a universului. În prezent există două moduri de a explica natura și comportamentul spațiului, timpului, materiei și energiei: relativitatea lui Einstein și „modelul standard” al mecanicii cuantice. Ambele au un succes extrem. Sistemul de poziționare globală (GPS), de exemplu, nu ar fi posibil fără teoria relativității. Calculatoarele, telecomunicațiile și internetul sunt întrerupte ale mecanicii cuantice.
Dar cele două teorii sunt ca niște limbi diferite și nimeni nu este încă sigur cum se poate traduce între ele. Relativitatea explică gravitația și mișcarea prin unirea spațiului și a timpului într-o țesătură din 4 dimensiuni, dinamică, elastică a realității numită spațiu-timp, care este îndoită și deformată de energia pe care o conține. (Masa este o formă de energie, deci creează gravitație prin deformarea spațiului-timp.) Mecanica cuantică, pe de altă parte, presupune că spațiul și timpul formează o „scenă” plană, imuabilă, pe care se desfășoară drama mai multor familii de particule. . Aceste particule se pot deplasa atât înainte, cât și înapoi în timp (ceva care nu permite relativitatea), iar interacțiunile dintre aceste particule explică forțele de bază ale naturii - cu excepția evidentă a gravitației.
Stalematul dintre aceste două teorii a continuat zeci de ani. Majoritatea oamenilor de știință presupun că, într-un fel, în cele din urmă, va fi dezvoltată o teorie unificatoare care subsumează cele două, arătând modul în care adevărurile pe care le conțin fiecare se pot încadra perfect într-un singur cadru atotcuprinzător al realității. O astfel de „Teorie a Totului” ar afecta profund cunoștințele noastre despre nașterea, evoluția și soarta eventuală a universului.
Slava Turyshev, un om de știință al JPL, și colegii săi s-au gândit la o modalitate de a folosi Stația Spațială Internațională (ISS) și doi mini-sateliți care orbitează pe partea îndepărtată a soarelui pentru a testa teoria relativității cu o precizie fără precedent. Conceptul lor, dezvoltat parțial prin finanțarea de la Oficiul de Cercetări Biologice și Fizice al NASA, ar fi atât de sensibil încât ar putea dezvălui defecte în teoria lui Einstein, oferind astfel primele date dure necesare pentru a distinge care dintre teoriile concurente ale tuturor sunt de acord cu realitatea și care sunt doar lucrări de cretă fanteziste.
Experimentul, numit Testul Astrometric al Relativității cu Laser (LATOR), ar analiza modul în care gravitația soarelui deviază fascicule de lumină laser emise de cei doi mini-sateliți. Gravitatea îndoaie calea luminii, deoarece deformează spațiul prin care trece lumina. Analogia standard pentru această deformare a spațiului-timp prin gravitație este de a imagina spațiul ca o foaie plată de cauciuc care se întinde sub greutatea obiectelor precum soarele. Depresia din foaie ar provoca un obiect (chiar și o particulă fără masă de lumină) care trece în apropierea soarelui să se transforme ușor pe măsură ce a trecut.
De fapt, prin măsurarea aplecării luminii stelare de către soare în timpul unei eclipse solare, în 1919, Sir Arthur Eddington a testat pentru prima dată teoria lui Einstein despre relativitatea generală. În termeni cosmici, gravitația soarelui este destul de slabă; calea unui fascicul de lumină care străbate marginea soarelui ar fi îndoită doar cu aproximativ 1,75 arcsecunde (un arcsecond este 1/3600 de grad). În limitele de precizie ale echipamentului său de măsurare, Eddington a arătat că lumina stelară s-a aplecat într-adevăr cu această cantitate - și în a face acest lucru în mod eficient Newton.
LATOR ar măsura această deviere cu un miliard (109) de ori mai mult decât precizia experimentului lui Eddington și de 30.000 de ori mai multă precizie a actualului deținător de înregistrări: o măsurare serendipitous folosind semnale de la nava spațială Cassini în drum spre explorarea lui Saturn.
„Cred că [LATOR] ar fi un avans destul de important pentru fizica fundamentală”, spune Clifford Will, profesor de fizică la Universitatea Washington, care a adus contribuții majore la fizica post-Newtoniană și nu este implicat direct cu LATOR. „Ar trebui să continuăm să facem presiuni pentru o mai mare acuratețe în testarea relativității generale, pur și simplu pentru că orice fel de abatere ar însemna că există o nouă fizică de care nu știam până acum.
Laborator solar
Experimentul ar funcționa astfel: Doi sateliți mici, fiecare de aproximativ un metru lățime, ar fi lansați pe o orbită care înconjoară soarele la aproximativ aceeași distanță ca Pământul. Această pereche de mini-sateliți ar orbita mai lent decât Pământul, așa că la aproximativ 17 luni de la lansare, mini-sateliții și Pământul s-ar afla pe părțile opuse ale soarelui. Chiar dacă cei doi sateliți s-ar afla la aproximativ 5 milioane de km unul de altul, unghiul dintre ei, privit de pe Pământ, ar fi minuscul, doar cu aproximativ 1 grad. Împreună, cei doi sateliți și Pământ ar forma un triunghi skinny, cu raze laser de-a lungul laturilor sale, și unul dintre acele fascicule care trec aproape de soare.
Turyshev intenționează să măsoare unghiul dintre cei doi sateliți folosind un interferometru montat pe ISS. Un interferometru este un dispozitiv care captează și combină fascicule de lumină. Măsurând modul în care undele de lumină de la cei doi mini-sateliți „interferează” unul cu celălalt, interferometrul poate măsura unghiul dintre sateliți cu o precizie extraordinară: aproximativ 10 miliarde de centimetri dintr-un arc-secund, sau 0,01? Ca (micro-arcsecunde). Atunci când sunt luate în considerare precizia celorlalte părți ale proiectării LATOR, aceasta oferă o precizie generală pentru măsurarea câtă greutate se îndoaie fasciculul laser de aproximativ 0,02a ca pentru o singură măsurătoare.
„Folosirea ISS ne oferă câteva avantaje”, explică Turyshev. „Pentru unul, este deasupra distorsiunilor atmosferei Pământului și este suficient de mare pentru a ne lăsa cele două lentile ale interferometrului departe (o lentilă pe fiecare capăt al panoului solar), ceea ce îmbunătățește rezoluția și precizia rezultate.“
Precizia 0,02 „ca LATOR” este suficient de bună pentru a dezvălui abaterile de la relativitatea lui Einstein, prevăzute de aspiratoarele Teorii ale Totului, care variază de la aproximativ 0,5 la 35? Acordul cu măsurătorile LATOR ar fi un impuls major pentru oricare dintre aceste teorii. Dar dacă LATOR nu găsește nici o abatere de la Einstein, cei mai mulți dintre concurenții actuali - împreună cu cele 11 dimensiuni ale acestora, spațiul pixelat și constantele lor inconstante - vor suferi o lovitură fatală și vor „trece” la acea mare stivă de praf de bibliotecă din cer. .
Deoarece misiunea necesită doar tehnologii existente, Turyshev spune că LATOR ar putea fi gata să zboare imediat după 2009 sau 2010. Prin urmare, s-ar putea să nu fie prea mult timp până când impasul în fizică este rupt și o nouă teorie a gravitației, a spațiului și a timpului necesită tron.
Sursa originală: NASA / Science Story
