Kreditna slika: NASA
Einsteinova Opća teorija relativiteta dobila je još jednu potvrdu ovog tjedna zahvaljujući istraživanjima astronoma iz NASA-e. Znanstvenici su izmjerili ukupnu energiju gama zraka koje emitiraju udaljeni pragovi gama zraka i otkrili su da su oni djelovali na česticama na putu na Zemlju na način koji je precizno odgovarao Einsteinovim predviđanjima.
Znanstvenici kažu da se načelo stalnosti brzine svjetlosti Alberta Einsteina drži pod vrlo strogim nadzorom, a nalaz koji odbacuje određene teorije predviđajući dodatne dimenzije i „penastu“ tkaninu prostora.
Nalaz također pokazuje da osnovna zemaljska i svemirska promatranja gama zraka najviših energija, oblika elektromagnetske energije poput svjetlosti, mogu dati uvid u samu prirodu vremena, materije, energije i prostora u skalama izuzetno daleko ispod subatomska razina - nešto što je malo znanstvenika smatralo mogućim.
Dr. Floyd Stecker iz NASA-inog centra za svemirske letove Goddard u Greenbeltu, Md., Raspravlja o implikacijama tih nalaza u nedavnom broju Fizike astrofizičkih čestica. Njegov se rad dijelom temelji na ranijoj suradnji s nobelovcem Sheldonom Glashowom sa Sveučilišta u Bostonu.
"Ono što je Einstein radio olovkom i papirom prije gotovo jednog stoljeća i dalje drži do znanstvenog nadzora", rekao je Stecker. "Visokoenergetska promatranja kozmičkih gama zraka ne isključuju mogućnost dodatnih dimenzija i pojam kvantne gravitacije, ali postavljaju stroga ograničenja u vezi s tim kako znanstvenici mogu tražiti takve pojave."
Einstein je izjavio da su prostor i vrijeme zapravo dva aspekta jedinstvene cjeline zvane prostor-vrijeme, četverodimenzionalni koncept. To je temelj njegovim teorijama posebne i opće relativnosti. Na primjer, opća relativnost kaže da je sila gravitacije rezultat izobličenja mase u prostornom vremenu, poput kuglice za kuglanje na madracu.
Opća relativnost je teorija gravitacije u velikoj mjeri, dok je kvantna mehanika, samostalno razvijena u ranom 20. stoljeću, teorija atoma i subatomskih čestica u vrlo malom obimu. Teorije temeljene na kvantnoj mehanici ne opisuju gravitaciju, već ostale tri temeljne sile: elektromagnetizam (svjetlost), jake sile (vežu atomska jezgra) i slabe sile (gledano u radioaktivnosti).
Znanstvenici se dugo nadaju da će te teorije spojiti u jednu „teoriju svega“ kako bi opisali sve aspekte prirode. Ove objedinjujuće teorije - poput kvantne gravitacije ili teorije struna - mogu uključivati prikazivanje dodatnih dimenzija prostora, a također i kršenje Einsteinove posebne teorije relativnosti, poput brzine svjetlosti koja je maksimalno dostižna brzina za sve objekte.
Steckerov rad uključuje koncepte koji se nazivaju principom neizvjesnosti i Lorentzovom invarijantnošću. Princip nesigurnosti, izveden iz kvantne mehanike, podrazumijeva da na subatomskoj razini virtualne čestice, koje se nazivaju i kvantne fluktuacije, iskaču i izlaze iz postojanja. Mnogi znanstvenici kažu da se prostorno vrijeme sastoji od kvantnih kolebanja koja, kada se izbliza gledaju, nalikuju peni ili "kvantnoj pjeni". Neki znanstvenici misle da kvantna pjena u prostornom vremenu može usporiti prolazak svjetlosti - onoliko koliko svjetlost putuje maksimalnom brzinom u vakuumu, ali sporijom brzinom zraka ili vode.
Pjena bi usporila visokoenergetske elektromagnetske čestice, odnosno fotone - poput X zraka i gama zraka - više od fotona niže energije vidljive svjetlosti ili radio valova. Takva temeljna varijacija brzine svjetlosti, različita za fotone različitih energija, narušila bi Lorentzovu invarijantnost, osnovno načelo posebne teorije relativnosti. Takvo kršenje moglo bi biti trag koji bi nam pomogao ukazati na putu prema teorijama objedinjavanja.
Znanstvenici su se nadali da će pronaći takva Lorentzova kršenja invarijance proučavanjem gama zraka koje dolaze daleko izvan Galaksije. Na primjer, prasak gama zraka je na tako velikoj udaljenosti da bi razlike u brzinama fotona u rafalu, ovisno o njihovoj energiji, mogle biti mjerljive - jer kvantna pjena prostora može djelovati na usporavanje svjetla koje je bilo putuje k nama za milijarde godina.
Stecker je pogledao mnogo bliže kući i otkrio da se Lorentzova invarijantnost ne krši. Analizirao je gama zrake iz dvije relativno obližnje galaksije udaljene oko pola milijarde svjetlosnih godina, s supermasivim crnim rupama u njihovim središtima, nazvanim Markarian (Mkn) 421 i Mkn 501. Te crne rupe stvaraju intenzivne zrake fotona gama zraka koji su usmjereni izravno na zemlja. Takve se galaksije nazivaju blazarima. (Pogledajte sliku 4 za sliku Mkn 421. Slike 1 - 3 su umjetnikov koncept supermasivne crne rupe koje pokreću kvazare, a koje se, kada su usmjerene izravno na Zemlju, nazivaju blazarima. Slika 5 je fotografija svemirskog teleskopa Hubble.)
Neki od gama zraka iz Mkn 421 i Mkn 501 sudaraju se infracrvenim fotonima u Svemiru. Ti sudari rezultiraju razaranjem gama zraka i infracrvenih fotona, jer se njihova energija pretvara u masu u obliku elektrona i pozitivno nabijeni antimaterijski elektroni (zvani pozitroni), prema Einsteinovoj poznatoj formuli E = mc ^ 2. Stecker i Glashow istaknuli su da dokazi o uništavanju gama zraka najviših energija iz Mkn 421 i Mkn 501, dobiveni izravnim promatranjem tih objekata, jasno pokazuju da je Lorentzova invazija živa i zdrava i da se ne krši. Ako bi bila narušena Lorentzova invarijancija, gama zrake bi prolazile pravo kroz ekstragalaktičku infracrvenu maglu, a da se ne unište.
To je zato što za uništavanje treba određena količina energije da bi se stvorili elektroni i pozitroni. Ovaj energetski proračun zadovoljava se za gama zrake s najvećom energijom iz Mkn 501 i Mkn 421 u interakciji s infracrvenim fotonovima ako se oboje kreću dobro poznatom brzinom svjetlosti prema posebnoj teoriji relativnosti. Međutim, ako bi se posebno gama zrake kretale sporijom brzinom zbog Lorentzovog kršenja invariance, ukupna raspoloživa energija bila bi neadekvatna, a reakcija uništenja bila bi "ne ide".
"Implikacije ovih rezultata", rekao je Stecker, "jest da ako se Lorentzova invarijantnost krši, to je na tako maloj razini - manjoj od jednog dijela u tisuću biliona - da je to izvan mogućnosti koje naša današnja tehnologija može pronaći. Ovi rezultati mogu nam također reći da se za ispravan oblik teorije struna ili kvantne gravitacije mora pokoravati principu Lorentzove invarijancije. "
Za više informacija pogledajte „Ograničenja za kvantne gravitacije i velike dodatne dimenzije Lorentz-ova invazijska kršenja koja koriste visokoenergetska opažanja gama zraka“ online na:
Izvorni izvor: NASA News Release
