Vaizdo kreditas: NASA / JPL
Anksčiau ar vėliau Einšteino, kaip ir prieš jį buvusio Niutono, karalystė pasibaigs. Daugelis mokslininkų mano, kad fizikos pasaulyje sukrėtimas, kuris pervers mūsų pagrindinės tikrovės sampratas, yra neišvengiamas, ir šiuo metu tarp saujelės teorijų, konkuruojančių būti sosto įpėdinėmis, vyksta žirgų lenktynės.
Bėgimo metu yra tokios mintimis nukreiptos mintys kaip 11 dimensijų visata, universalios „konstantos“ (tokios kaip gravitacijos stiprumas), kurios kinta erdvėje ir laike ir yra tikrosios fiksuotos nematomoje 5-oje dimensijoje, be galo mažose vibruojančiose stygose, tokiose kaip pagrindinės tikrovės sudedamosios dalys ir erdvės bei laiko audinys, kuris nėra lygus ir nenutrūkstamas, kaip tikėjo Einšteinas, bet padalytas į atskirus, nedalomus gabalus, išnykstančius mažo dydžio. Galiausiai eksperimentas nulems, kuris triumfas.
NASA Jet reaktyvinio varymo laboratorijos (JPL) mokslininkai kuria naują eksperimento, skirto tiksliau nei bet kada anksčiau išbandyti Einšteino reliatyvumo prognozes, koncepciją. Jų misija, kuri efektyviai naudoja mūsų saulės sistemą kaip milžinišką laboratoriją, padėtų susiaurinti vykstančių teorijų lauką ir priartintų mus vieną žingsnį prie kitos fizikos revoliucijos.
Namas padalintas
Tai gali smarkiai sumenkinti daugelio žmonių protus, tačiau didelė schizma jau seniai vargina mūsų esminį visatos supratimą. Šiuo metu egzistuoja du būdai, kaip paaiškinti erdvės, laiko, materijos ir energijos prigimtį ir elgesį: Einšteino reliatyvumas ir „standartinis kvantinės mechanikos modelis“. Abi jos yra nepaprastai sėkmingos. Pavyzdžiui, pasaulinė padėties nustatymo sistema (GPS) nebūtų įmanoma be reliatyvumo teorijos. Tuo tarpu kompiuteriai, telekomunikacijos ir internetas yra kvantinės mechanikos atspirties taškai.
Bet abi teorijos yra tarsi skirtingos kalbos, ir dar niekas nežino, kaip jas versti. Santykis gravitaciją ir judesį paaiškina sujungdamas erdvę ir laiką į keturių dimensijų, dinamišką, elastingą tikrovės audinį, vadinamą erdvės-laiku, kurį sulenkia ir sulenkia jame esanti energija. (Masė yra viena energijos forma, todėl ji sukuria gravitaciją, deformuodama erdvės laiką.) Kita vertus, kvantų mechanika daro prielaidą, kad erdvė ir laikas sudaro plokščią, nekintamą „sceną“, kurioje atsiskleidžia kelių dalelių šeimų dramos. . Šios dalelės gali judėti tiek pirmyn, tiek atgal laiku (to neleidžia reliatyvumas), o šių dalelių sąveika paaiškina pagrindines gamtos jėgas - su akivaizdžia gravitacijos išimtimi.
Aklavietė tarp šių dviejų teorijų tęsėsi dešimtmečius. Dauguma mokslininkų daro prielaidą, kad kažkodėl ilgainiui bus sukurta vienijanti teorija, parodanti šias dvi mintis, parodanti, kaip jų kiekvienoje esanti tiesa gali tinkamai tilpti į vieną visa apimantį tikrovės rėmą. Tokia „visko teorija“ daro didelę įtaką mūsų žinioms apie Visatos gimimą, evoliuciją ir galimą likimą.
JPL mokslininkas Slava Turyševas ir jo kolegos sugalvojo būdą, kaip panaudoti Tarptautinę kosminę stotį (ISS) ir du mini palydovus, skriejančius tolimoje saulės pusėje, kad išbandytų reliatyvumo teoriją precedento neturinčiu tikslumu. Jų koncepcija, sukurta iš dalies finansuojant NASA Biologinių ir fizinių tyrimų biurą, būtų tokia jautri, kad galėtų atskleisti Einsteino teorijos trūkumus, taigi pateiktų pirmuosius sunkius duomenis, reikalingus atskirti, kuri iš konkuruojančių Viso teorijų sutinka su realybe ir kurie yra tik išgalvotas kreidos darbas.
Eksperimente, vadinamame lazeriniu astrometriniu reliatyvumo bandymu (LATOR), bus tiriama, kaip saulės gravitacija nukreipia lazerio šviesos spindulius, kuriuos skleidžia du mini palydovai. Gravitacija sulenkia šviesos kelią, nes sulaiko erdvę, per kurią praeina šviesa. Standartinė šio erdvės laiko deformacijos gravitacijos būdu yra erdvės įsivaizdavimas kaip plokščias gumos lakštas, besitęsiantis po tokiais daiktais kaip saulė. Dėl lapo įstrižainės objektas (net nesvarios šviesos dalelės), einantis šalia saulės, šiek tiek pasisuks, eidamas pro šalį.
Tiesą sakant, matuojant saulės spinduliuotės lankstą saulės užtemimo metu 1919 m., Seras Arthuras Eddingtonas pirmą kartą išbandė Einsteino bendrojo reliatyvumo teoriją. Kosminiu požiūriu saulės gravitacija yra gana silpna; Saulės kraštą praleidžiančio šviesos pluošto kelias būtų sulenktas tik maždaug 1,75 lanko sekundės (lanko sekunde yra 1/3600 laipsnio). Laikydamasis savo matavimo įrangos tikslumo ribų, Eddingtonas parodė, kad žvaigždės spinduliai iš tiesų pasilenkė tokiu dydžiu - ir tai darydamas veiksmingai apkaltino Niutoną.
LATOR išmatuotų šį įlinkį milijardu (109) kartų, palyginti su Eddingtono eksperimento tikslumu, ir 30 000 kartų, palyginti su dabartinio rekordininko tikslumu: tai sedantiškas matavimas naudojant „Cassini“ erdvėlaivio signalus pakeliui tiriant Saturną.
„Manau, kad [LATOR] būtų gana svarbus žingsnis į pagrindinę fiziką“, - sako Cliffordas Willis, Vašingtono universiteto fizikos profesorius, daug prisidėjęs prie fizikos po Niutono ir tiesiogiai nesusijęs su LATOR. „Turėtume ir toliau stengtis tiksliau bandyti bendrąjį reliatyvumą vien todėl, kad bet koks nukrypimas reikštų, kad atsirado nauja fizika, apie kurią mes anksčiau nežinojome“.
Saulės laboratorija
Eksperimentas būtų toks: Du maži palydovai, kurių kiekvienas yra maždaug vieno metro pločio, bus paleisti į orbitą, aplink Saulę skriejančią maždaug tokiu pat atstumu kaip Žemė. Ši mažųjų palydovų pora skristų orbita lėčiau nei Žemė, taigi maždaug po 17 mėnesių nuo paleidimo mini palydovai ir Žemė būtų priešingose saulės pusėse. Nors abu palydovai būtų nutolę maždaug 5 mln. Km atstumu, kampas tarp jų, žiūrint iš Žemės, būtų mažas, tik apie 1 laipsnis. Abu palydovai ir Žemė kartu sudarytų liesą trikampį, kurio šonuose būtų lazerio spinduliai, o vienas iš tų spindulių eina arti saulės.
Turyshevas planuoja išmatuoti kampą tarp dviejų palydovų, naudodamas interferometrą, pritvirtintą prie ISS. Interferometras yra prietaisas, fiksuojantis ir derinantis šviesos pluoštus. Išmatuodamas, kaip dviejų mini palydovų šviesos bangos „kišasi“ viena su kita, interferometras gali nepaprastai tiksliai išmatuoti kampą tarp palydovų: apie 10 milijardų arkos sekundės arba 0,01 μs (mikro arkos sekundžių). Kai atsižvelgiama į kitų LATOR konstrukcijos dalių tikslumą, gaunamas bendras tikslumas matuojant, kiek gravitacijos lenkia lazerio spindulį apie 0,02?, Nei atliekant vieną matavimą.
„Naudojimasis ISS suteikia keletą pranašumų“, - aiškina Turyševas. „Vienam jis yra aukščiau Žemės atmosferos iškraipymų, be to, jis yra pakankamai didelis, kad galėtume du interferometro lęšius išdėstyti toli vienas nuo kito (po vieną lęšį kiekviename saulės kolektoriaus santvaros gale), o tai pagerina skyros skiriamąją gebą ir tikslumą. rezultatai. “
LATOR 0,02 accuracy tikslumas yra pakankamai geras, kad būtų atskleisti nukrypimai nuo Einšteino reliatyvumo, numatyti trokštančiose visko teorijose, kurios svyruoja maždaug nuo 0,5 iki 35? As. Susitarimas su LATOR matavimais būtų didelis postūmis bet kuriai iš šių teorijų. Bet jei net LATOR nenustato nukrypimo nuo Einšteino, dauguma dabartinių pretendentų, kartu su 11 matmenų, pikseliu pažymėtame plote ir nenuosekliose konstantose, patirs mirtiną smūgį ir „perduos“ tą didelę dulkėtos bibliotekos krūvą danguje. .
Kadangi misijai reikalingos tik esamos technologijos, Turyševas sako, kad LATOR galėtų būti pasirengęs skristi vos 2009 ar 2010 m. Taigi gali praeiti neilgai, kol fizikos aklavietė nutrūks ir atsiras nauja gravitacijos, erdvės ir laiko teorija. sostą.
Originalus šaltinis: NASA / Mokslo istorija
