Kuvan luotto: NASA
Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria sai uuden vahvistuksen tällä viikolla NASAn tähtitieteilijän tutkimuksen ansiosta. Tutkijat mittasivat etäisen gammasäteen purskeiden lähettämien gammasäteiden kokonaisenergian ja havaitsivat, että ne olivat vuorovaikutuksessa hiukkasten kanssa matkalla Maahan tavalla, joka täsmällisesti vastasi Einsteinin ennusteita.
Tutkijoiden mukaan Albert Einsteinin valon nopeuden pysyvyysperiaate kestää erittäin tiukasti tarkastelua, havainnon, joka sulkee pois tietyt teoriat, jotka ennakoivat ylimääräisiä ulottuvuuksia ja avaruuden ”vaahtoavaa” kangasta.
Löytö osoittaa myös, että korkeimman energian omaavien gammasäteiden maaperään ja avaruuteen perustuvat havainnot, kuten sähkömagneettisen energian muoto, kuten valo, voivat tarjota käsityksen ajan, aineen, energian ja tilan luonteesta erittäin kaukana olevilla asteikoilla subatomiataso - jotain, jonka muutamat tutkijat pitivät mahdollista.
Tohtori Floyd Stecker NASA: n Goddard-avaruuslentokeskuksesta Greenbeltissä, Md., Keskustelee näiden havaintojen vaikutuksista äskettäisessä Astroparticle Physics -lehdessä. Hänen työnsä perustuu osittain aikaisempaan yhteistyöhön Nobel-palkinnon saajan Sheldon Glashow'n kanssa Bostonin yliopistosta.
"Se mitä Einstein on työskennellyt lyijykynällä ja paperilla melkein sata vuotta sitten, jatkaa tieteellistä tutkimusta", Stecker sanoi. "Kosmisen gammasäteen korkean energian havainnot eivät sulje pois mahdollisuutta ylimääräisiltä ulottuvuuksilta ja kvanttivoiman käsitteeltä, mutta ne asettavat tiukat rajoitukset tutkijoiden mahdollisuudelle löytää sellaisia ilmiöitä."
Einstein totesi, että tila ja aika olivat tosiasiassa yhden kokonaisuuden, jota kutsutaan avaruusaikaksi, neljä ulottuvuutta. Tämä on perusta hänen erityisen ja yleisen suhteellisuusteorian teorioille. Esimerkiksi yleinen suhteellisuusteoria asettaa sen, että painovoima on seurausta massan vääristävästä avaruuden ajasta, kuten keilapallo patjalla.
Yleinen suhteellisuusteoria on suuressa mittakaavassa tapahtuva painovoiman teoria, kun taas kvanttimekaniikka, joka kehitettiin itsenäisesti 1900-luvun alkupuolella, on atomin ja alaatomisten hiukkasten teoria hyvin pienessä mittakaavassa. Kvanttimekaniikkaan perustuvat teoriat eivät kuvaa gravitaatiota, vaan pikemminkin kolme muuta perusvoimaa: sähkömagneettisuus (valo), vahvat voimat (sitovat atomiytimiä) ja heikot voimat (nähty radioaktiivisuudessa).
Tutkijat ovat pitkään toivoneet sulavansa nämä teoriat yhdeksi ”kaiken teoriaksi” kuvaamaan kaikkia luonnon näkökohtia. Nämä yhdistävät teoriat - kuten kvanttigravitaatio tai merkkijono-teoria - saattavat koskea avaruuden ylimääräisten ulottuvuuksien käyttämistä ja Einsteinin erityisen suhteellisuusteorian rikkomuksia, kuten valon nopeus on kaikkien esineiden suurin saavutettavissa oleva nopeus.
Steckerin työhön liittyy käsitteitä, joita kutsutaan epävarmuusperiaatteeksi ja Lorentzin invarianssiksi. Epävarmuusperiaate, joka on johdettu kvantimekaniikasta, merkitsee sitä, että subatomisella tasolla virtuaaliset partikkelit, joita kutsutaan myös kvanttivaihteluiksi, ilmaantuvat ja poistuvat olemassaolosta. Monet tutkijat sanovat, että avaruusaika itsessään koostuu kvanttivaihteluista, jotka läheltä katsottuna muistuttavat vaahtoa tai ”kvanttivaahtoa”. Jotkut tutkijat uskovat, että avaruuden ajan kvanttinen vaahto voi hidastaa valon kulkua - paljon kuin valo liikkuu enimmäisnopeudella tyhjiössä, mutta hitaammalla nopeudella ilman tai veden läpi.
Vaahto hidastaisi korkeamman energian sähkömagneettisia hiukkasia tai fotoneja - kuten röntgensäteitä ja gammasäteitä - enemmän kuin näkyvän valon tai radioaaltojen pienemmän energian fotoneja. Tällainen valonopeuden vaihtelu, joka on erilainen erilaisten energioiden fotoneille, loukkaa Lorentzin invarianssia, suhteellisuusteorian erityisteorian perusperiaatetta. Tällainen rikkomus voisi olla vihje, joka auttaisi meitä tiellä yhdentymisen teorioihin.
Tutkijat ovat toivoneet löytävänsä tällaiset Lorentzin invarianssirikkomukset tutkimalla galaksien ulkopuolelta tulevia gammasäteitä. Esimerkiksi gammasätepurske on niin suurella etäisyydellä, että purskeen fotonien nopeuserot niiden energiasta riippuen voivat olla mitattavissa - koska avaruuden kvanttivaahto saattaa toimia hidastaa valoa, joka on ollut matkustaa meille miljardeja vuosia.
Stecker katsoi paljon lähempänä kotia huomatakseen, että Lorentzin invarianssia ei loukata. Hän analysoi gammasäteitä kahdesta suhteellisen läheisestä galaksista, noin puolen miljardin valovuoden päässä, supermassiivisilla mustilla reikillä niiden keskuksissa, nimeltään Markarian (Mkn) 421 ja Mkn 501. Nämä mustat aukot tuottavat voimakkaita gammasäteilyfotonien säteitä, jotka on kohdistettu suoraan maapallo. Sellaisia galakseja kutsutaan blazaareiksi. (Katso kuva 4 Mkn 421: stä. Kuvat 1 - 3 ovat taiteilijoiden käsitteitä supermassiivisista mustista reikistä, jotka toimivat kvasaareina ja joita kutsutaan suoraan maan päälle ja kutsutaan basaareiksi. Kuva 5 on Hubble-avaruusteleskoopin valokuva blazarista.)
Jotkut Mkn 421: n ja Mkn 501: n gammasäteistä törmäävät maailmankaikkeuden infrapunafotonien kanssa. Nämä törmäykset johtavat gammasäteiden ja infrapunafotonien tuhoutumiseen, kun niiden energia muunnetaan massiksi elektronien ja positiivisesti varautuneiden antimateriaalektronien (nimeltään positronien) muodossa Einsteinin kuuluisan kaavan E = mc ^ 2 mukaan. Stecker ja Glashow ovat huomauttaneet, että näytöt Mkn 421: n ja Mkn 501: n korkeimman energian gammasäteiden tuhoutumisesta, jotka on saatu näiden esineiden suorista havainnoista, osoittavat selvästi, että Lorentzin invarianssi on elossa ja hyvin eikä sitä ole rikottu. Jos Lorentzin invarianssia rikotaan, gammasäteet kulkevat suoraan ylimääräisen galaktisen infrapunasumujen läpi hävittämättä.
Tämä johtuu siitä, että tuhoaminen vaatii tietyn määrän energiaa elektronien ja positronien luomiseksi. Tämä energiabudjetti on tyytyväinen Mkn 501: n ja Mkn 421: n korkeimman energian gammasäteisiin, kun ne ovat vuorovaikutuksessa infrapunafotonien kanssa, jos molemmat liikkuvat tunnetulla valon nopeudella erityisen suhteellisuusteorian mukaan. Kuitenkin, jos etenkin gammasäteet liikkuvat hitaammalla nopeudella Lorentzin invarianssirikkomuksen takia, käytettävissä oleva kokonaisenergia olisi riittämätön ja tuhoamisreaktio olisi "ei mene".
"Näiden tulosten seuraukset", Stecker sanoi, "on se, että jos Lorentzin invarianssia rikotaan, se on niin pienellä tasolla - vähemmän kuin yksi osa tuhannesta biljoonasta -, että se on nykyisen tekniikkamme kykyjen ulkopuolella. Nämä tulokset saattavat myös kertoa meille, että jousuteorian tai kvanttigravitaation oikean muodon on noudatettava Lorentzin invarianssin periaatetta. "
Lisätietoja on artikkelissa “Lorentzin invarianssin rajoitukset, jotka rikkovat kvanttipainoa ja suuria ylimääräisiä malleja, jotka käyttävät korkean energian gammasäteilyhavaintoja” verkossa osoitteessa:
Alkuperäinen lähde: NASA: n lehdistötiedote
