Vaizdo kreditas: NRAO
Einšteinas teoretikavo beveik šimtmetį. Fizikai rado įrodymų, pagrindžiančių teoriją, kad gravitacijos jėga juda šviesos greičiu. Šitą sunkio greitį atspindėjo kvazaro atvaizdo lenkimo variacijos.
Pasinaudodami retu kosminiu suderinimu, mokslininkai pirmą kartą išmatavo greitį, kuriuo sklinda gravitacijos jėga, suteikdama skaitinę reikšmę vienai iš paskutinių neišmatuotų pagrindinių fizikos konstantų.
„Niutonas manė, kad gravitacijos jėga yra akimirksniu. Einšteinas manė, kad jis juda šviesos greičiu, tačiau iki šiol niekas to neišmatuojo “, - teigė Misūrio-Kolumbijos universiteto fizikas Sergejus Kopeikinas.
„Mes nustatėme, kad gravitacijos sklidimo greitis yra lygus šviesos greičiui 20 procentų tikslumu“, - sakė Ed Fomalont, Nacionalinės radijo astronomijos observatorijos (NRAO), Charlottesville, VA, astronomas. Mokslininkai savo išvadas pristatė Amerikos astronomijos draugijos susirinkime Sietle, JAV.
Orientyro matavimas yra svarbus fizikams, dirbantiems suvienytos lauko teorijomis, kurios bando derinti dalelių fiziką su bendrąja Einšteino reliatyvumo teorija ir elektromagnetine teorija.
„Mūsų matavimas nustato keletą griežtų teorijų, siūlančių papildomus matmenis, tokių kaip viršutinio viršaus teorija ir„ brane “teorijos, ribų“, - teigė Kopeikinas. „Žinant gravitacijos greitį, galima atlikti svarbų šių papildomų matmenų egzistavimo ir kompaktiškumo patikrinimą“, - pridūrė jis.
Viršutinės stygos teorija teigia, kad pagrindinės gamtos dalelės yra ne taškinės, o gana neįtikėtinai mažos kilpos ar stygos, kurių savybes lemia skirtingi virpesių režimai. Branos (žodis, kilęs iš membranų) yra daugialypiai paviršiai, o kai kurios dabartinės fizinės teorijos siūlo erdvės ir laiko juostas, įterptas į penkias dimensijas.
Nepaprastai tiksliam stebėjimui, kai Jupiterio planeta praėjo beveik į vidų, mokslininkai panaudojo Nacionalinio mokslo fondo labai ilgą bazinio masyvo (VLBA) - žemyno masto radijo teleskopo sistemą - kartu su 100 metrų radijo teleskopu Effelsberge, Vokietijoje. priešais šviesųjį kvazarą 2002 m. rugsėjo 8 d.
Stebėjimas užfiksavo labai nedidelį radijo bangų, sklindančių iš foninio kvazaro, „lenkimą“ dėl Jupiterio gravitacinio efekto. Dėl lenkimo šiek tiek pakito matoma kvazaro padėtis danguje.
„Kadangi Jupiteris juda aplink Saulę, tikslus lenkimo dydis šiek tiek priklauso nuo greičio, kuriuo sklinda Jupiteris“, - teigė Kopeikinas.
Jupiteris, didžiausia Saulės sistemos planeta, maždaug kartą per dešimtmetį praeina pakankamai arti radijo bangų kelio iš tinkamai šviesaus kvazaro, kad toks matavimas būtų atliktas, teigė mokslininkai.
Kartą per dešimtmetį nukreiptas dangaus derinimas buvo paskutinis įvykių grandinėje, pagal kurią buvo įmanoma išmatuoti sunkio greitį. Kiti dalykai apėmė atsitiktinį dviejų mokslininkų susitikimą 1996 m., Teorinės fizikos proveržį ir specializuotų metodų, leidžiančių atlikti ypač tikslius matavimus, sukūrimą.
„Niekas anksčiau nebandė išmatuoti gravitacijos greičio, nes dauguma fizikų manė, kad vienintelis būdas tai padaryti yra gravitacinių bangų aptikimas“, - prisiminė Kopeikinas. Tačiau 1999 m. Kopeikinas išplėtė Einšteino teoriją, įtraukdamas judančio kūno gravitacinį poveikį šviesai ir radijo bangoms. Poveikis priklausė nuo gravitacijos greičio. Jis suprato, kad jei Jupiteris pajudėtų beveik priešais žvaigždę ar radijo šaltinį, jis galėtų išbandyti savo teoriją.
Kopeikinas tyrė numatomą Jupiterio orbitą ateinantiems 30 metų ir atrado, kad milžiniškoji planeta pakankamai arti praeis priešais kvazarą J0842 + 1835 2002 m. Tačiau jis greitai suprato, kad poveikis kvazaro matomai dangaus padėčiai yra priskirtinas iki sunkio greičio būtų toks mažas, kad vienintelis stebėjimo metodas, galintis jį išmatuoti, buvo labai ilga pradinė interferometrija (VLBI), VLBA aprašyta technika. Tada Kopeikinas susisiekė su „Fomalont“, pagrindiniu VLBI ekspertu ir patyrusiu VLBA stebėtoju.
„Iškart supratau eksperimento, kuris galėtų pirmą kartą išmatuoti esminę gamtos konstantą, svarbą“, - teigė Fomalont. „Aš nusprendžiau, kad turime tai padaryti geriausiai“, - pridūrė jis.
Norėdami gauti reikiamą tikslumo lygį, abu mokslininkai savo stebėjimą papildė Effelsbergo teleskopu. Kuo didesnis atstumas tarp dviejų radijo teleskopo antenų, tuo didesnė skiriamoji geba arba galimybė pamatyti smulkias detales. VLBA apima antenas Havajuose, žemyninėse JAV dalyse, ir Šv. Croixą Karibų jūroje. Antena kitoje Atlanto pusėje pridėjo dar didesnę skiriamąją galią.
„Turėjome atlikti matavimus maždaug tris kartus tiksliau nei bet kada anksčiau, bet iš principo žinojome, kad tai galima padaryti“, - teigė Fomalont. Mokslininkai išbandė ir patobulino savo metodus „sausu važiavimu“, tada laukė, kol Jupiteris atliks praeitį priešais kvazarą.
Laukimas apėmė nemažą nagų kramtymą. Įrangos gedimas, blogas oras ar elektromagnetinė audra ant paties Jupiterio galėjo sabotažuoti stebėjimą. Tačiau pasisekė ir mokslininkų stebėjimai radijo dažniu 8 GigaHertz pateikė pakankamai gerų duomenų, kad būtų galima išmatuoti. Jie pasiekė tikslumą, lygų žmogaus plaukų pločiui, matytam iš 250 mylių atstumo.
„Mūsų pagrindinis tikslas buvo užkirsti kelią begaliniam greičiui, o mes dar geriau. Dabar mes žinome, kad gravitacijos greitis greičiausiai yra lygus šviesos greičiui, ir užtikrintai galime atmesti bet kokį sunkio greitį, kuris yra dvigubai didesnis nei šviesos greitis “, - teigė Fomalont.
Daugumai mokslininkų, pasak Kopeikino, bus lengva, kad gravitacijos greitis atitinka šviesos greitį. „Manau, kad šis eksperimentas parodo naują bendrosios reliatyvumo pagrindus ir yra pirmasis iš daugelio kitų gravitacijos tyrimų ir stebėjimų, kurie šiuo metu yra įmanomi dėl nepaprastai aukšto VLBI tikslumo. Mes turime daug daugiau sužinoti apie šią intriguojančią kosminę jėgą ir jos santykį su kitomis gamtos jėgomis “, - teigė Kopeikinas.
Tai nėra pirmas kartas, kai Jupiteris vaidina pagrindinės fizinės konstantos matavimą. 1675 m. Paryžiaus observatorijoje dirbantis danų astronomas Olafas Roemeris pirmąjį pagrįstai tikslų šviesos greitį nustatė stebėdamas vieno iš Jupiterio mėnulių užtemimus.
Originalus šaltinis: NRAO naujienų leidinys
