Obrazový kredit: NASA
Einsteinova obecná teorie relativity dostala tento týden další potvrzení díky výzkumu astronoma z NASA. Vědci změřili celkovou energii gama paprsků emitovaných vzdáleným paprskem gama paprsku a zjistili, že interagují s částicemi na jejich cestě k Zemi takovým způsobem, že přesně odpovídají předpovědím Einsteina.
Vědci tvrdí, že Albert Einsteinův princip stálosti rychlosti světla vydrží pod velmi přísným dohledem, což je zjištění, které vylučuje určité teorie předpovídající nadměrné rozměry a „pěnivou“ strukturu prostoru.
Zjištění také ukazuje, že základní pozemské a kosmické pozorování gama paprsků s nejvyšší energií, forma elektromagnetické energie, jako je světlo, může poskytnout nahlédnutí do samotné povahy času, hmoty, energie a prostoru v měřítcích extrémně hluboko pod nimi. subatomická úroveň - něco, co jen málo vědců považovalo za možné.
Floyd Stecker z NASA Goddard Space Flight Center v Greenbeltu, MD, diskutuje o důsledcích těchto zjištění v nedávném vydání Astroparticle Physics. Jeho práce je částečně založena na dřívější spolupráci s nositelkou Nobelovy ceny Sheldon Glashow z Bostonské univerzity.
"To, co Einstein pracoval s tužkou a papírem téměř před stoletím, stále drží vědeckou kontrolu," řekl Stecker. "Vysokoenergetická pozorování kosmických paprsků gama nevylučují možnost nadměrných rozměrů a konceptu kvantové gravitace, ale představují určitá přísná omezení ohledně toho, jak mohou vědci najít takové jevy."
Einstein uvedl, že prostor a čas jsou ve skutečnosti dva aspekty jedné entity nazvané spacetime, čtyřrozměrný koncept. Toto je základ jeho teorií zvláštní a obecné relativity. Například obecná relativita předpokládá, že gravitační síla je výsledkem hromadného zkreslení časoprostoru, jako bowlingová koule na matraci.
Obecná relativita je teorie gravitace ve velkém měřítku, zatímco kvantová mechanika vyvinutá nezávisle na počátku 20. století je teorií atomů a subatomárních částic ve velmi malém měřítku. Teorie založené na kvantové mechanice nepopisují gravitaci, ale spíše další tři základní síly: elektromagnetismus (světlo), silné síly (vazba atomových jader) a slabé síly (viděné v radioaktivitě).
Vědci dlouho doufali, že tyto teorie sloučí do jedné „teorie všeho“, aby popsali všechny aspekty přírody. Tyto sjednocující teorie - jako je kvantová gravitace nebo teorie strun - mohou zahrnovat vyvolání nadměrných dimenzí prostoru a také porušení Einsteinovy speciální teorie relativity, jako je rychlost světla, která je maximální dosažitelnou rychlostí pro všechny objekty.
Steckerova práce zahrnuje koncepty nazývané princip nejistoty a Lorentzovu invarenci. Princip nejistoty, odvozený z kvantové mechaniky, naznačuje, že na subatomické úrovni se virtuální částice, také nazývané kvantové fluktuace, objevují a objevují. Mnoho vědců tvrdí, že časoprostor sám je tvořen kvantovými výkyvy, které se při pohledu zblízka podobají pěně nebo „kvantové pěně“. Někteří vědci se domnívají, že kvantová pěna časoprostoru může zpomalit průchod světla - stejně jako světlo cestuje maximální rychlostí ve vakuu, ale při nižších rychlostech vzduchem nebo vodou.
Pěna by zpomalovala elektromagnetické částice s vyšší energií nebo fotony - například rentgenové a gama paprsky - více než fotony viditelného světla nebo rádiových vln s nižší energií. Taková zásadní změna rychlosti světla, odlišná pro fotony různých energií, by porušila Lorentzovu invarenci, základní princip speciální teorie relativity. Takové porušení by mohlo být vodítkem, které by nám pomohlo nasměrovat nás na cestu ke sjednocujícím teoriím.
Vědci doufali, že najdou taková porušení Lorentzovy invariance studiem gama paprsků přicházejících daleko od galaxie. Například gama záblesk je v tak velké vzdálenosti, že rozdíly v rychlosti fotonů v záblesku, v závislosti na jejich energii, by mohly být měřitelné - protože kvantová pěna prostoru může působit na zpomalení světla, které bylo cestování k nám po miliardy let.
Stecker vypadal mnohem blíže k domovu, aby zjistil, že Lorentzova invariance není porušována. Analyzoval gama paprsky ze dvou relativně blízkých galaxií vzdálených asi půl miliardy světelných let se supermasivními černými dírami ve svých centrech, nazvanými Markarian (Mkn) 421 a Mkn 501. Tyto černé díry vytvářejí intenzivní paprsky fotonů gama, které jsou zaměřeny přímo na Země. Takové galaxie se nazývají blazary. (Viz obrázek 4, kde je obrázek Mkn 421. Obrázky 1 - 3 jsou umělecké koncepty supermasivních černých děr pohánějících kvasary, které, když jsou zaměřeny přímo na Zemi, se nazývají blazary. Obrázek 5 je fotografie Hubblova kosmického dalekohledu.)
Některé gama paprsky od Mkn 421 a Mkn 501 se srazí s infračervenými fotony ve vesmíru. Tyto srážky mají za následek destrukci paprsků gama a infračervených fotonů, protože jejich energie je přeměněna na hmotu ve formě elektronů a pozitivně nabitých antihmotových elektronů (nazývaných pozitrony), podle Einsteinova slavného vzorce E = mc ^ 2. Stecker a Glashow poukázali na to, že důkazy o zničení gama paprsků s nejvyšší energií z Mkn 421 a Mkn 501, získané z přímých pozorování těchto objektů, jasně ukazují, že Lorentzova invence je naživu a dobře a není porušována. Pokud by byla porušena Lorentzova invariance, paprsky gama by procházely přímo extragalaktickou infračervenou mlhou, aniž by byly zničeny.
Důvodem je, že zničení vyžaduje určité množství energie, aby se vytvořily elektrony a pozitrony. Tento energetický rozpočet je uspokojen pro gama paprsky s nejvyšší energií z Mkn 501 a Mkn 421 při interakci s infračervenými fotony, pokud se oba pohybují známou rychlostí světla podle zvláštní teorie relativity. Pokud by se však zejména paprsky gama pohybovaly pomalejší rychlostí kvůli porušení Lorentzovy invariance, celková dostupná energie by byla nedostatečná a reakce zničení by byla „bez zásahu“.
„Důsledky těchto výsledků,“ řekl Stecker, „je to, že pokud dojde k narušení Lorentzovy invariance, je to na tak malé úrovni - méně než jedna část na tisíc bilionů -, že je mimo schopnost naší současné technologie najít. Tyto výsledky nám také mohou říkat, že správná forma teorie strun nebo kvantové gravitace musí dodržovat princip Lorentzovy invariance. “
Další informace naleznete v části „Omezení pro modely Lorentz Invariance porušující kvantovou gravitaci a modely s velkými extra rozměry používající pozorování gama paprsků s vysokou energií“ online na adrese:
Původní zdroj: NASA News Release
