Kuvan luotto: NASA / JPL
Ennemmin tai myöhemmin Einsteinin hallitus, kuten Newtonin hallitus ennen häntä, päättyy. Useimmat tutkijat uskovat, että fysiikan maailmassa tapahtuva murros, joka kaataa käsityksemme perustodellisuudesta, on väistämätön, ja tällä hetkellä parhaillaan käydään hevosurheilua kourallisen teorian välillä, jotka kilpailevat valtaistuimen seuraajiksi.
Juoksemisessa on sellaisia mielenkiintoisia ideoita kuin 11-ulotteinen maailmankaikkeus, universaalit “vakiot” (kuten painovoiman lujuus), jotka vaihtelevat tilassa ja ajassa ja pysyvät vain todella kiinnittyneinä näkymättömään viidenteen ulottuvuuteen, äärettömän pieniin väriseviin jousiin kuin todellisuuden perustavanlaatuisia osatekijöitä, ja tilan ja ajan kangas, joka ei ole tasainen ja jatkuva, kuten Einstein uskoi, mutta jaettuna erillisiksi, jakamattomiksi paloiksi, joiden koko on kadonen. Kokeilu määrittelee lopulta mitkä voitot.
NASA: n Jet-propulsiolaboratorion (JPL) tutkijat ovat kehittämässä uutta konseptia kokeilulle, jolla testataan Einsteinin relatiivisuuden ennusteita tarkemmin kuin koskaan ennen. Heidän tehtävänsä, joka käyttää tehokkaasti aurinkokuntamme jättiläislaboratoriona, auttaisi kaventamaan kilpailevien teorioiden kenttää ja johtamaan meitä askeleen lähemmäksi seuraavaa fysiikan vallankumousta.
Talo jaettu
Se ei ehkä paina painavasti useimpien ihmisten mieliä, mutta suuri skismi on jo kauan vaivannut perustavanlaatuista ymmärrystämme maailmankaikkeudesta. Kaksi tapaa selittää tilan, ajan, aineen ja energian luonne ja käyttäytyminen ovat tällä hetkellä olemassa: Einsteinin relatiivisuus ja kvantimekaniikan ”vakiomalli”. Molemmat ovat erittäin menestyviä. Esimerkiksi globaali paikannusjärjestelmä (GPS) ei olisi mahdollinen ilman suhteellisuusteoriaa. Sillä välin tietokoneet, tietoliikenne ja Internet ovat kvanttimekaniikan spin-offs.
Mutta nämä kaksi teoriaa ovat kuin eri kieliä, ja kukaan ei ole vielä varma kuinka kääntää niiden välillä. Suhteellisuussuhde selittää painovoiman ja liikkeen yhdistämällä avaruuden ja ajan 4-ulotteiseksi, dynaamiseksi, joustavaksi todellisuuden kudokseksi, jota kutsutaan avaruus-aikaksi, ja joka sen taivuttama ja vääntää sisältämänsä energian avulla. (Mass on yksi energian muoto, joten se luo painovoimaa vääntämällä avaruus-aikaa.) Kvanttimekaniikka puolestaan olettaa, että tila ja aika muodostavat tasaisen, muuttumattoman ”vaiheen”, jolla useiden hiukkasryhmien draama paljastuu. . Nämä hiukkaset voivat liikkua eteenpäin ja taaksepäin ajassa (jotain relatiivisuus ei salli), ja näiden hiukkasten välinen vuorovaikutus selittää luonnon perusvoimat - silmiinpistävällä poikkeuksella painovoimasta.
Umpikuja näiden kahden teorian välillä on jatkunut vuosikymmenien ajan. Suurin osa tutkijoista olettaa, että jotenkin lopulta kehitetään yhdistävä teoria, joka alistaa nämä kaksi, osoittaen, kuinka niiden kunkin sisältämät totuudet mahtuvat siististi yhteen, kattavaan todellisuuden kehykseen. Tällainen "kaiken teoria" vaikuttaisi perusteellisesti tietoihimme maailmankaikkeuden syntymästä, evoluutiosta ja mahdollisesta kohtalosta.
JPL: n tutkija Slava Turyshev ja hänen kollegansa ovat ajatelleet tapaa käyttää kansainvälistä avaruusasemaa (ISS) ja kahta aurinkopuolella kiertävää minisatelliittia testatakseen suhteellisuusteorian ennennäkemättömällä tarkkuudella. Heidän konseptinsa, joka on kehitetty osittain NASA: n biologisen ja fysikaalisen tutkimuksen toimiston rahoituksella, olisi niin herkkä, että se voisi paljastaa puutteita Einsteinin teoriassa, ja tarjota siten ensimmäiset kovat tiedot, jotta voidaan erottaa, mitkä kilpailevista kaikesta teoriasta sopivat todellisuuteen ja jotka ovat vain kuvitteellista liitua.
Kokeessa, jota kutsutaan suhteellisuussuhteiseksi lasertesteriksi (LATOR), tarkastellaan kuinka auringon painovoima taiputtaa kahden minisatelliitin välittämiä laservalonsäteitä. Painovoima taivuttaa valon polkua, koska se vääntää tilaa, jonka läpi valo kulkee. Tavanomainen analogia tälle avaruus-ajan vääntymiselle painovoiman avulla on kuvitella tilaa tasaisena kumilevynä, joka venyy auringon kaltaisten esineiden painon alla. Arkin syvennys aiheuttaisi auringon läheisyydessä kulkevan esineen (jopa massaton valohiukkasen) kääntyvän hiukan eteenpäin.
Itse asiassa se, mittaamalla tähtivalon taivutus auringon auringonpimennyksen aikana vuonna 1919, Sir Arthur Eddington testasi ensimmäisen kerran Einsteinin teoriaa yleisestä suhteellisuudesta. Kosmisessa mielessä auringon painovoima on melko heikko; auringon reunaa kuluttavan valonsäteen polkua taivutetaan vain noin 1,75 kaarisekunnilla (kaarisekundi on 1/3600 astetta). Mittauslaitteidensa tarkkuuden rajoissa Eddington osoitti, että tähtivalo todellakin taipui tällä määrällä - ja tehdessään sitä tehokkaasti vasten Newtonia.
LATOR mittaa tämän taipuman miljardilla (109) kertaa Eddingtonin kokeen tarkkuudella ja 30 000 kertaa nykyisen tietueen haltijan tarkkuudella: serendipitous mittaus, joka käyttää Cassini-avaruusaluksen signaaleja matkallaan tutkimaan Saturnia.
"Mielestäni [LATOR] olisi varsin tärkeä edistysaskel fysiikan kannalta", sanoo Clifford Will, Washingtonin yliopiston fysiikan professori, joka on antanut merkittävän panoksen Newtonin jälkeiseen fysiikkaan eikä ole suoraan yhteydessä LATOR: iin. "Meidän on jatkettava pyrkimyksiä saada enemmän tarkkuutta yleisen suhteellisuuden testaamisessa, yksinkertaisesti siksi, että kaikenlainen poikkeama tarkoittaisi uutta fysiikkaa, josta emme olleet tietoisia aiemmin."
Aurinkolaboratorio
Kokeilu toimisi näin: Kaksi pientä, noin metrin leveää satelliittia johdettaisiin kiertoradalle, joka kiertää aurinkoa suunnilleen samalla etäisyydellä kuin Maa. Tämä minisatelliittien pari kiertäisi hitaammin kuin Maa, joten noin 17 kuukautta laukaisun jälkeen minisatelliittisidonnaiset ja Maa olisivat auringon vastakkaisilla puolilla. Vaikka kaksi satelliittia olisivat noin 5 miljoonaa km: n etäisyydellä toisistaan, niiden välinen kulma maapallosta katsottuna olisi pieni, vain noin 1 aste. Yhdessä kaksi satelliittia ja Maa muodostaisivat laihan kolmion, jonka sivuilla olisi lasersäteitä, ja yhden niistä, jotka kulkevat lähellä aurinkoa.
Turyshev aikoo mitata kahden satelliitin välisen kulman ISS: ään asennetun interferometrin avulla. Interferometri on laite, joka tarttuu ja yhdistää valonsäteet. Mittaamalla kuinka kahden minisatelliitin satelliitin valoaallot "häiritsevät" toisiaan, interferometri voi mitata satelliittien välistä kulmaa poikkeuksellisen tarkasti: noin 10 miljardia kaarisekuntia tai 0,01? (Mikrokaarisekuntia). Kun otetaan huomioon LATOR-rakenteen muiden osien tarkkuus, tämä antaa yleisen tarkkuuden mittaamalla, kuinka suuri painovoima taivuttaa lasersäteen noin 0,02? Kuin yksittäisessä mittauksessa.
"ISS: n käyttö antaa meille muutamia etuja", Turyshev selittää. Yhden osalta se on maan ilmakehän vääristymien yläpuolella, ja se on myös riittävän suuri, jotta voimme sijoittaa interferometrin kaksi linssiä kaukana toisistaan (yksi linssi aurinkopaneelin ristikon kummassakin päässä), mikä parantaa näytön tarkkuutta ja tarkkuutta. tuloksia.”
LATOR: n 0,02?: N tarkkuus on riittävän hyvä paljastamaan poikkeamat Einsteinin relatiivisuudesta, jonka ennustavat pyrkivät kaiken teoriat, jotka vaihtelevat noin 0,5-35 as. Sopimus LATORin mittausten kanssa olisi merkittävä lisä kaikille näistä teorioista. Mutta jos edes LATOR ei löydä poikkeusta Einsteinista, suurin osa nykyisistä kilpailijoista - niiden 11 ulottuvuuden, pikseloidun tilan ja epävakaiden vakioiden ohella - koettelee kohtalokkaan iskun ja "siirretään" tähän suureen taivaan pölyiseen kirjaston pinoon. .
Koska operaatio vaatii vain olemassa olevia tekniikoita, Turyshev sanoo, että LATOR voisi olla valmis lentämään heti vuonna 2009 tai 2010. Joten ei voi kulua liian kauan ennen kuin fysiikan umpikuja on murtunut ja uusi painovoiman, tilan ja ajan teoria vie valtaistuimelle.
Alkuperäinen lähde: NASA / Science Story
