Kreditna slika: NRAO
Teoretizirao je Einstein gotovo stoljeće, fizičari su pronašli dokaze koji podupiru teoriju da se sila gravitacije kreće brzinom svjetlosti. Varijacije u tome kako je slika kvazara bila savijena prikazana su za ovu gravitacijsku brzinu.
Iskoristivši rijetku kozmičku prilagodbu, znanstvenici su izvršili prvo mjerenje brzine kojom se sila gravitacije širi, dajući brojčanu vrijednost jednoj od posljednjih nesmjernih osnovnih fizičkih konstanti.
"Newton je smatrao da je sila gravitacije trenutna. Einstein je pretpostavio da se kreće brzinom svjetlosti, ali dosad ga nitko nije mjerio “, rekao je Sergej Kopeikin, fizičar sa Sveučilišta Missouri-Columbia.
"Utvrdili smo da je brzina širenja gravitacije jednaka brzini svjetlosti s točnošću od 20 posto", rekao je Ed Fomalont, astronom iz Nacionalnog opservatorija za radio astronomiju (NRAO) u Charlottesvilleu, VA. Znanstvenici su svoja otkrića predstavili na sastanku Američkog astronomskog društva u Seattleu, WA.
Orijentacijsko mjerenje važno je za fizičare koji rade na objedinjenim teorijama polja koji pokušavaju kombinirati fiziku čestica s Einsteinovom općom teorijom relativnosti i elektromagnetskom teorijom.
"Naše mjerenje postavlja neke jake granice teorijama koje predlažu dodatne dimenzije, kao što su teorija superstringa i teorije brane", rekao je Kopeikin. "Poznavanje brzine gravitacije može pružiti važan test postojanja i kompaktnosti tih dodatnih dimenzija", dodao je.
Teorija superstringa sugerira da temeljne čestice prirode nisu točkaste, već nevjerojatno male petlje ili struna čija su svojstva određena različitim načinima vibracije. Branes (riječ izvedena iz membrana) su višedimenzionalne površine, a neke trenutne fizičke teorije predlažu da se prostorno-vremenske brane ugrade u pet dimenzija.
Znanstvenici su koristili vrlo dugu baznu liniju Nacionalne zaklade za znanost (VLBA), sustav radioteleskopa na cijelom kontinentu, zajedno sa 100-metarskim radioteleskopom u Effelsbergu u Njemačkoj, kako bi napravili izuzetno precizno promatranje kada je planet Jupiter prošao gotovo u ispred svijetlog kvadrata 8. rujna 2002.
Promatranje je zabilježilo vrlo lagano „savijanje“ radio valova koji dolaze iz pozadinskog kvazara gravitacijskim djelovanjem Jupitera. Savijanje je rezultiralo malom promjenom u prividnom položaju kvazara na nebu.
"Budući da se Jupiter kreće oko Sunca, precizna količina savijanja malo ovisi o brzini kojom se gravitacija širi od Jupitera", rekao je Kopeikin.
Jupiter, najveća planeta Sunčevog sustava, prolazi samo dovoljno blisko na put radio valova iz prikladno svijetlog kvazara oko jednog desetljeća da bi se moglo izvršiti takvo mjerenje, rekli su znanstvenici.
Nebesko poravnavanje jednom u desetljeću bilo je posljednje u lancu događaja koji su omogućili mjerenje brzine gravitacije. Ostali su uključivali slučajni sastanak dvojice znanstvenika 1996. godine, proboj u teorijskoj fizici i razvoj specijaliziranih tehnika koje su omogućile da se izvrše izuzetno precizna mjerenja.
"Nitko prije nije pokušao izmjeriti brzinu gravitacije, jer je većina fizičara pretpostavila da je jedini način da to otkriju gravitacijski valovi", prisjetio se Kopeikin. Međutim, 1999. godine Kopeikin je proširio Einsteinovu teoriju da uključuje gravitacijske učinke tijela u pokretu na svjetlost i radio valove. Učinci su ovisili o brzini gravitacije. Shvatio je da će Jupiter, ako se krene gotovo ispred zvijezda ili radio izvora, moći testirati svoju teoriju.
Kopeikin je proučavao predviđenu orbitu Jupitera za sljedećih 30 godina i otkrio je da će divovski planet proći dovoljno tijesno ispred kvazara J0842 + 1835 2002. Međutim, brzo je shvatio da je utjecaj na kvazarski prividni položaj na nebu pripisan da bi brzina gravitacije bila tako mala da je jedina promatračka tehnika koja ga je mogla mjeriti bila vrlo dugačka bazna interferometrija (VLBI), tehnika utjelovljena u VLBA. Kopeikin je tada kontaktirao Fomalont, vodećeg stručnjaka za VLBI i iskusnog promatrača VLBA.
"Odmah sam shvatio važnost eksperimenta kojim bi se moglo izvršiti prvo mjerenje osnovne konstante prirode", rekao je Fomalont. "Odlučio sam da ovo najbolje trebamo dati", dodao je.
Kako bi postigli potrebnu razinu preciznosti, dvojica su znanstvenika dodali Effelsbergov teleskop svom promatranju. Što je šire razdvajanje između dvije radio-teleskopske antene, veća je rezolucijska moć ili mogućnost uvida u sitne detalje. VLBA uključuje antene na Havajima, kontinentalnom dijelu Sjedinjenih Država i St. Croixu na Karibima. Antena s druge strane Atlantika dodala je još više razlučivosti.
"Morali smo izvršiti mjerenje s oko tri puta više točnosti nego iko ikad, ali smo u načelu znali da se to može učiniti", rekao je Fomalont. Znanstvenici su testirali i usavršili svoje tehnike u "suhoj vožnji", a zatim su čekali da Jupiter prođe ispred kvazara.
Čekanje je uključivalo značajno grickanje noktiju. Kvar opreme, loše vrijeme ili elektromagnetska oluja na samom Jupiteru mogli su sabotirati opažanje. Međutim, sreća je pripala i znanstvena opažanja na radio frekvenciji od 8 GigaHertz dala su dovoljno dobrih podataka za njihovo mjerenje. Postigli su preciznost jednaku širini ljudske dlake promatrane sa 250 milja daleko.
„Naš glavni cilj bio je isključiti beskonačnu brzinu gravitacije, a učinili smo i bolje. Sada znamo da je brzina gravitacije vjerojatno jednaka brzini svjetlosti, i pouzdano možemo isključiti bilo koju brzinu gravitacije koja je dvostruko veća od brzine svjetlosti “, rekao je Fomalont.
Većini znanstvenika, rekao je Kopeikin, laknulo je što je brzina gravitacije jednaka brzini svjetlosti. „Vjerujem da ovaj eksperiment baca novo svjetlo na osnove opće relativnosti i predstavlja prvo od mnogih više studija i opažanja gravitacije koji su trenutno mogući zbog izuzetno velike preciznosti VLBI. Imamo još mnogo toga da naučimo o toj intrigantnoj kozmičkoj sili i njenom odnosu s drugim silama u prirodi, “rekao je Kopeikin.
Ovo nije prvi put da je Jupiter igrao ulogu u proizvodnji mjerenja osnovne fizičke konstante. 1675. Olaf Roemer, danski astronom koji je radio u Pariskom opservatoriju, dao je prvo razumno precizno određivanje brzine svjetlosti promatrajući pomračenja jedne od Jupiterovih mjeseci.
Izvorni izvor: NRAO News Release
