Så var Einstein rätt? Vi kontrollerar relativitetsteorin

För hundra år sedan, år 1915, en ung schweizisk vetenskapsman, som vid den tiden hade redan gjort revolutionerande upptäckter inom fysiken, föreslog en helt ny förståelse av gravitation.

År 1915, Einstein publicerade allmänna relativitetsteorinSom beskriver gravitationen som en grundläggande egenskap hos rumtiden. Han presenterade en serie ekvationer som beskriver effekten av krökning energin i rumtiden och rörelsen av närvaron i den av materia och strålning.

Hundra år senare allmänna relativitetsteorin (GTR) har blivit grunden för byggandet av den moderna vetenskapen har det stått emot alla tester, som forskare attackerade henne.

Men fram till nyligen var det omöjligt att genomföra experiment under extrema förhållanden för att kontrollera stabiliteten teorin.

Det är fantastiskt hur stark visat sig relativitet i 100 år. Vi använder fortfarande det faktum att Einstein skrev!

Clifford Will, en teoretisk fysiker, University of Florida

Nu har forskare har den teknik som gör det möjligt att söka efter fysik bortom den allmänna relativitetsteorin.

Ett nytt utseende på allvar

Allmän relativitet beskriver gravitationen inte som en kraft (som det visas i Newtons fysik), men som krökning av rumtiden på grund av vikten av föremål. Jorden kretsar kring solen, inte för att det drar stjärnan, men eftersom solen varp rumtiden. Om sträckte ut en filt att sätta en tung bowlingklot, fördela ändrar form - påverkar gravitationen utrymmet är ungefär densamma.

Einsteins teori förutspådde några desperata öppning. Till exempel möjligheten att förekomsten av svarta hål, som böjer rumtid till en sådan grad att ingenting kan fly från insidan, inte ens ljus. bevis allmänt accepterad uppfattning idag konstaterades baserat på teorin att universum expanderar och accelererar.

Allmän relativitet har bekräftats av många observationer. Einstein själv använde allmänna relativitets att beräkna omloppsbana Merkurius, vars rörelse kan inte beskrivas av Newtons lagar. Einstein förutspådde existensen av föremålen är så massiva att de böjer ljus. Detta fenomen av gravitationen Lensing, som ofta möter astronomer. Till exempel sökandet efter exoplaneter baserade på effekten subtila förändringar i strålning, böjda gravitationsfält av stjärnan kring vilken planet roterar.

Kontroll av Einsteins teori

Den allmänna relativitetsteorin fungerar bra för normal gravitationskraften, vilket framgår av experiment som utförs på jorden och med iakttagande av planeterna i solsystemet. Men det har aldrig testats i extremt akut exponering i utrymmen som ligger vid gränserna för fysik.

Den mest lovande sättet att testa teorin under sådana förhållanden - övervakning av förändringar i rumtiden, som kallas gravitationsvågor. De visas som ett resultat av stora evenemang, vid sammanflödet av två massiva kroppar som svarta hål, eller särskilt täta föremål - neutronstjärnor.

De kosmiska fyrverkerier av denna storleksordning kommer att påverka rumtiden bara den minsta krusning. Till exempel, om två svarta hål kolliderade och fusionerades någonstans i vår galax, gravitationsvågor kunde stretch och komprimera avståndet mellan objekt som ligger på jorden i en meter från varandra, en tusendel diameter atomkärnan.

Det fanns experiment som kan fixa förändringen av rumtiden som en följd av sådana händelser.

Det finns en god chans att fixera gravitationsvågor inom de närmaste två åren.

Clifford Will

Laserinterferometer gravitationsvåg observatorium (LIGO) Från observations kring Richland (Washington) och Livingston (Louisiana) använder en laser för att bestämma den minsta distorsionen i de dubbla L-formade detektorer. När de rums-tids krusningar passerar genom detektorerna, sträcker den och komprimerar utrymme, så att detektor Ändrar storlek. En LIGO kan mäta dem.

LIGO började en serie av lanseringar under 2002, men nådde inte resultatet. Under 2010 var arbetet för att förbättra, och bolagets efterträdare bör Advanced LIGO observatorium börja arbeta igen i år. Många av de planerade experiment som syftar till att söka efter gravitationsvågor.

Ett annat sätt att testa relativitetsteorin - titta på egenskaperna hos gravitationsvågor. Till exempel kan de polariserat som ljuset passerar genom den polariserade glasögon. Relativitetsteorin förutsäger funktioner i denna effekt, och eventuella avvikelser från beräkningarna kan finnas anledning att tvivla på teorin.

enhetlig teori

Clifford Will anser att upptäckten av gravitationsvågor endast stärka Einsteins teori:

Jag tror att vi måste fortsätta att söka efter bevis för den allmänna relativitets, för att vara säker på att det är rätt.

Och varför behöver vi dessa experiment?

En av de viktigaste och svårt att uppnå i moderna fysiken - hitta en teori som skulle koppla samman Einstein studien som är vetenskapen om makrokosmos, och kvantmekanik, Verkligheten av de minsta föremål.

Framsteg i den riktningen, kvantgravitationenKan krävas för att göra ändringar i den allmänna relativitetsteorin. Det är möjligt att experiment inom kvant gravitation kommer att kräva så mycket energi som de skulle vara omöjligt att genomföra. "Men vem vet - sa Will - kanske i en kvant universum, det är en effekt, en liten, men tillgänglig för sökning."