Obrazový kredit: NASA
Einsteinova všeobecná teória relativity dostala tento týždeň ďalšie potvrdenie vďaka prieskumu astronómom z NASA. Vedci zmerali celkovú energiu gama lúčov emitovaných vzdialeným výbuchom gama lúčov a zistili, že interagujú s časticami na svojej ceste k Zemi tak, aby presne zodpovedali predpovedi Einsteina.
Vedci tvrdia, že princíp stálosti rýchlosti svetla Alberta Einsteina sa drží pod veľmi prísnym dohľadom, čo je zistenie, ktoré vylučuje určité teórie predpovedajúce ďalšie dimenzie a „spenenú“ štruktúru priestoru.
Zistenie tiež ukazuje, že základné pozemské a vesmírne pozorovania gama lúčov s najvyššou energiou, forma elektromagnetickej energie, ako je svetlo, môžu poskytnúť pohľad na samotnú povahu času, hmoty, energie a priestoru v mierkach extrémne hlboko pod nimi. subatomická úroveň - niečo, čo považovalo za málo vedcov možné.
Floyd Stecker z NASA Goddard Space Flight Center v Greenbelt, MD, diskutuje o dôsledkoch týchto zistení v nedávnom vydaní Astroparticle Physics. Jeho práca je čiastočne založená na predchádzajúcej spolupráci s laureátom Nobelovej ceny Sheldonom Glashowom z Bostonskej univerzity.
"To, čo Einstein pracoval s ceruzkou a papierom takmer pred sto rokmi, stále drží vedecké preskúmanie," uviedol Stecker. "Vysokoenergetické pozorovania kozmického žiarenia gama nevylučujú možnosť ďalších rozmerov a koncepcie kvantovej gravitácie, ale kladú prísne obmedzenia na to, ako môžu vedci nájsť také javy."
Einstein uviedol, že priestor a čas sú vlastne dva aspekty jednej entity nazývanej spacetime, štvorrozmerný koncept. To je základ jeho teórií osobitnej a všeobecnej relativity. Napríklad všeobecná relativita predpokladá, že gravitačná sila je výsledkom hromadného skreslenia časopriestoru, napríklad bowlingovej gule na matraci.
Všeobecná relativita je teória gravitácie vo veľkom meradle, zatiaľ čo kvantová mechanika vyvinutá nezávisle začiatkom 20. storočia je teória atómových a subatomárnych častíc vo veľmi malom meradle. Teórie založené na kvantovej mechanike neopisujú gravitáciu, ale ďalšie tri základné sily: elektromagnetizmus (svetlo), silné sily (väzba atómových jadier) a slabé sily (pozorované v rádioaktivite).
Vedci už dlho dúfajú, že tieto teórie zlúčia do jednej „teórie všetkého“, aby opísali všetky aspekty prírody. Tieto zjednocujúce teórie - napríklad kvantová gravitácia alebo teória strún - môžu zahŕňať vyvolanie ďalších dimenzií vesmíru a tiež porušenie Einsteinovej špeciálnej teórie relativity, ako je rýchlosť svetla, ktorá je maximálnou dosiahnuteľnou rýchlosťou pre všetky objekty.
Steckerova práca zahŕňa koncepty nazývané princíp neurčitosti a Lorentzova invázia. Princíp neistoty odvodený z kvantovej mechaniky znamená, že na subatomickej úrovni sa virtuálne častice, tiež nazývané kvantové fluktuácie, objavujú a objavujú. Mnohí vedci tvrdia, že časoprostor sa skladá z kvantových fluktuácií, ktoré sa pri pohľade zblízka podobajú penovej alebo „kvantovej pene“. Niektorí vedci sa domnievajú, že kvantová pena časopriestoru môže spomaliť priechod svetla - rovnako ako svetlo cestuje pri maximálnej rýchlosti vo vákuu, ale pri nižších rýchlostiach vzduchom alebo vodou.
Pena by spomaľovala elektromagnetické častice s vyššou energiou alebo fotóny - napríklad röntgenové lúče a gama lúče - viac ako fotóny viditeľného svetla alebo rádiových vĺn s nižšou energiou. Takáto zásadná zmena rýchlosti svetla, odlišná pre fotóny rôznych energií, by porušila Lorentzovu inváziu, základný princíp špeciálnej teórie relativity. Takéto porušenie by mohlo byť vodítko, ktoré by nám pomohlo nasmerovať nás na cestu k teórii zjednotenia.
Vedci dúfajú, že nájdu takéto porušenia invencie v Lorentzovi štúdiom gama lúčov pochádzajúcich z ďalekej vonkajšej časti galaxie. Napríklad výbuch gama lúča je taký veľký, že rozdiely v rýchlostiach fotónov v zhluku by mohli byť merateľné - pretože kvantová pena v priestore môže pôsobiť na spomalenie svetla, ktoré bolo cestuje k nám miliardy rokov.
Stecker sa pozrel oveľa bližšie k domovu, aby zistil, že Lorentzova invázia nie je porušovaná. Analyzoval gama lúče z dvoch relatívne blízkych galaxií vzdialených asi pol miliardy svetelných rokov so supermasívnymi čiernymi dierami vo svojich centrách, nazvanými Markarian (Mkn) 421 a Mkn 501. Tieto čierne diery vytvárajú intenzívne lúče fotónov gama žiarenia, ktoré sú namierené priamo na zem. Takéto galaxie sa nazývajú blazary. (Na obrázku 4 je obrázok Mkn 421. Obrázky 1 - 3 sú umelecké koncepcie supermasívnych čiernych dier poháňajúcich kvázary, ktoré, keď sú namierené priamo na Zem, sa nazývajú blazary. Obrázok 5 je fotografia Hubbleovho vesmírneho teleskopu.)
Niektoré gama lúče z Mkn 421 a Mkn 501 sa zrážajú s infračervenými fotónmi vo vesmíre. Tieto kolízie majú za následok zničenie gama lúčov a infračervených fotónov, pretože ich energia sa premieňa na hmotu vo forme elektrónov a pozitívne nabitých antihmotových elektrónov (nazývaných pozitróny), podľa Einsteinovej slávnej formule E = mc ^ 2. Stecker a Glashow poukázali na to, že dôkazy o zničení gama lúčov s najvyššou energiou z Mkn 421 a Mkn 501, získané z priamych pozorovaní týchto objektov, jasne dokazujú, že Lorentzova invencia je živá a zdravá a nie je porušovaná. Keby došlo k porušeniu Lorentzovej invencie, gama lúče by prešli priamo cez extragalaktickú infračervenú hmlu bez toho, aby boli zničené.
Je to preto, že zničenie vyžaduje určité množstvo energie, aby sa vytvorili elektróny a pozitróny. Tento energetický rozpočet je uspokojený pre gama lúče s najvyššou energiou z Mkn 501 a Mkn 421 pri interakcii s infračervenými fotónmi, ak sa obidva pohybujú známou rýchlosťou svetla podľa osobitnej teórie relativity. Keby sa však najmä lúče gama pohybovali pomalšou rýchlosťou z dôvodu porušenia Lorentzovej invarencie, celková dostupná energia by bola neadekvátna a reakcia zničenia by bola „bez zásahu“.
„Dôsledky týchto výsledkov,“ povedal Stecker, „je to, že ak dôjde k porušeniu invencie Lorentza, je to na takej malej úrovni - menej ako jedna časť z tisíc biliónov -, že je mimo možnosti našej súčasnej technológie nájsť ju. Tieto výsledky nám môžu tiež povedať, že správna forma teórie strún alebo kvantovej gravitácie sa musí riadiť zásadou Lorentzovej invencie. “
Ďalšie informácie nájdete v časti „Obmedzenia týkajúce sa modelov Lorentz Invariance, ktoré porušujú kvantovú gravitáciu a veľké extra dimenzie pomocou vysokoenergetických pozorovaní gama lúčmi“ online na:
Pôvodný zdroj: NASA News Release
