Obrazový kredit: NRAO
Fyzici teoretizovaní Einsteinom takmer celé storočie našli dôkazy na podporu teórie, že gravitačná sila sa pohybuje rýchlosťou svetla. Táto rýchlosť gravitácie zodpovedala zmenám v ohnutí obrazu kvasaru.
Vedci využili výhodu zriedkavého kozmického vyrovnania a urobili prvé meranie rýchlosti, pri ktorej sa gravitačná sila šíri, pričom numerickej hodnote priradili jednu z posledných nemeraných základných konštánt fyziky.
„Newton si myslel, že gravitačná sila je okamžitá. Einstein predpokladal, že sa pohyboval rýchlosťou svetla, ale doteraz to nikto nemeria, “povedal Sergei Kopeikin, fyzik z Missouri-Columbia.
"Zistili sme, že rýchlosť šírenia gravitácie je rovnaká ako rýchlosť svetla s presnosťou 20 percent," uviedol Ed Fomalont, astronóm na observatóriu National Radio Astronomy Observatory (NRAO) v Charlottesville, VA. Vedci predstavili svoje zistenia na stretnutí Americkej astronomickej spoločnosti v Seattli, WA.
Meranie orientačného bodu je dôležité pre fyzikov pracujúcich na zjednotených teóriách poľa, ktoré sa snažia kombinovať fyziku častíc s Einsteinovou všeobecnou teóriou relativity a elektromagnetickou teóriou.
"Naše meranie kladie určité obmedzenia na teórie, ktoré navrhujú ďalšie dimenzie, ako sú teória superstrunu a teórie brandy," uviedol Kopeikin. „Poznanie rýchlosti gravitácie môže poskytnúť dôležitý test existencie a kompaktnosti týchto ďalších rozmerov,“ dodal.
Teória superstrunu navrhuje, že základné častice prírody nie sú bodové, ale skôr neuveriteľne malé slučky alebo struny, ktorých vlastnosti sú určené rôznymi spôsobmi vibrácií. Branes (slovo odvodené od membrán) sú mnohorozmerné povrchy a niektoré súčasné fyzikálne teórie navrhujú časopriestory zabudované do piatich dimenzií.
Vedci použili veľmi dlhý základný rad National Science Foundation (VLBA), celoštátny rádioteleskopický systém spolu so 100-metrovým rádioteleskopom v nemeckom Effelsbergu, aby urobili veľmi presné pozorovanie, keď planéta Jupiter takmer prešla pred svetlým kvasarom 8. septembra 2002.
Pozorovanie zaznamenalo veľmi mierne „ohýbanie“ rádiových vĺn vychádzajúcich z kvázaru pozadia gravitačným účinkom Jupitera. Ohýbanie malo za následok malú zmenu viditeľnej polohy kvasaru na oblohe.
"Pretože sa Jupiter pohybuje okolo Slnka, presné množstvo ohybu mierne závisí od rýchlosti, ktorou sa gravitácia šíri z Jupitera," uviedol Kopeikin.
Vedci tvrdia, že Jupiter, najväčšia planéta v slnečnej sústave, prechádza k dráhe rádiových vĺn z vhodne jasného kvasaru iba raz za desať rokov.
Nebeské zarovnanie raz za desať rokov bolo posledné v rade udalostí, ktoré umožňovali meranie rýchlosti gravitácie. Medzi ďalšie patrí náhodné stretnutie dvoch vedcov v roku 1996, prielom v teoretickej fyzike a rozvoj špecializovaných techník, ktoré umožnili vykonať mimoriadne presné meranie.
"Nikto sa predtým nepokúsil zmerať rýchlosť gravitácie, pretože väčšina fyzikov predpokladala, že jediný spôsob, ako to urobiť, je odhaliť gravitačné vlny," pripomenul Kopeikin. V roku 1999 však Kopeikin rozšíril Einsteinovu teóriu o gravitačné účinky pohybujúceho sa tela na svetelné a rádiové vlny. Účinky záviseli od rýchlosti gravitácie. Uvedomil si, že ak sa Jupiter pohybuje takmer pred zdrojom hviezdy alebo rádia, môže otestovať svoju teóriu.
Kopeikin študoval predpovedanú obežnú dráhu Jupitera na nasledujúcich 30 rokov a zistil, že obrovská planéta prejde dostatočne blízko pred kvasarom J0842 + 1835 v roku 2002. Rýchlo si však uvedomil, že vplyv na zjavnú polohu kvasaru na oblohe možno pripísať rýchlosť gravitácie by bola taká malá, že jediná pozorovacia technika, ktorá bola schopná ju zmerať, bola veľmi dlhá základná interferometria (VLBI), technika stelesnená vo VLBA. Kopeikin sa potom spojil s Fomalontom, popredným expertom na VLBI a skúseným pozorovateľom VLBA.
"Okamžite som si uvedomil dôležitosť experimentu, ktorý by mohol urobiť prvé meranie základnej konštanty prírody," uviedol Fomalont. "Rozhodol som sa, že musíme dať náš najlepší záber," dodal.
Na dosiahnutie požadovanej úrovne presnosti dvaja vedci pridali k ich pozorovaniu ďalekohľad Effelsberg. Čím je vzdialenosť medzi dvoma anténami ďalekohľadu väčšia, tým väčšia je dosiahnuteľná rozlišovacia schopnosť alebo schopnosť vidieť jemné detaily. VLBA obsahuje antény na Havaji, v kontinentálnych Spojených štátoch a v St. Croix v Karibiku. Anténa na druhej strane Atlantiku dodala ešte viac rozlišovacej schopnosti.
"Museli sme vykonať meranie s asi trikrát väčšou presnosťou ako ktokoľvek iný, ale vedeli sme, že v zásade je možné to urobiť," uviedol Fomalont. Vedci testovali a zdokonaľovali svoje techniky v „suchých behoch“, potom čakali, kým Jupiter prejde pred kvázar.
Čakanie zahŕňalo značné hryzenie nechtov. Výpadok zariadenia, zlé počasie alebo elektromagnetická búrka na samotnom Jupitere mohli sabotovať pozorovanie. Šťastie však vydržalo a pozorovania vedcov pri rádiovej frekvencii 8 GigaHertz priniesli dostatok dobrých údajov na ich meranie. Dosiahli presnosť rovnajúcu sa šírke ľudských vlasov z 250 míľ ďaleko.
„Naším hlavným cieľom bolo vylúčiť nekonečnú rýchlosť gravitácie a urobili sme to ešte lepšie. Teraz vieme, že rýchlosť gravitácie je pravdepodobne rovnaká ako rýchlosť svetla a môžeme s istotou vylúčiť akúkoľvek rýchlosť gravitácie, ktorá je vyššia ako dvojnásobok rýchlosti svetla, “uviedol Fomalont.
Kopeikin povedal, že väčšina vedcov sa uľaví, že rýchlosť gravitácie je v súlade s rýchlosťou svetla. „Verím, že tento experiment vrhá nové svetlo na základy všeobecnej relativity a predstavuje prvé z mnohých ďalších štúdií a pozorovaní gravitácie, ktoré sú v súčasnosti možné kvôli enormne vysokej presnosti VLBI. O tejto zaujímavej kozmickej sile a jej vzťahu k iným silám v prírode sa musíme dozvedieť oveľa viac, “povedal Kopeikin.
Nie je to prvýkrát, čo Jupiter zohral úlohu pri vytváraní merania základnej fyzikálnej konštanty. V roku 1675 Olaf Roemer, dánsky astronóm pracujúci v parížskom observatóriu, vykonal prvé primerane presné stanovenie rýchlosti svetla pozorovaním zatmení jedného z Jupiterových mesiacov.
Pôvodný zdroj: NRAO News Release
