Кредитна слика: НРАО
Теоретичан од стране Ајнштајна готово читав век, физичари су пронашли доказе који подупиру теорију да се сила гравитације креће брзином светлости. Варијације у начину савијања слике квазара биле су последица ове гравитационе брзине.
Искористивши ретко космичко поравнање, научници су извршили прво мерење брзине којом се сила гравитације шири, дајући нумеричку вредност једној од последњих неизмерних основних физичких константи.
„Њутн је мислио да је сила гравитације тренутна. Ајнштајн је претпоставио да се креће брзином светлости, али до сада га нико није мерио “, рекао је Сергеј Копеикин, физичар са Универзитета Миссоури-Цолумбиа.
„Утврдили смо да је брзина ширења гравитације једнака брзини светлости у тачности од 20 одсто“, рекао је Ед Фомалонт, астроном из Националне радио-астрономске опсерваторије (НРАО) у Цхарлоттесвилле-у, ВА. Научници су своја открића представили на састанку Америчког астрономског друштва у Сеаттлу, ВА.
Мерење вредности је важно за физичаре који раде на обједињеним теоријама поља који покушавају да комбинују физику честица са Еинстеиновом опћом теоријом релативности и електромагнетном теоријом.
„Наше мерење поставља неке јаке границе теоријама које предлажу додатне димензије, као што су теорија суперстринга и теорије бране“, рекао је Копеикин. „Познавање брзине гравитације може пружити важан тест постојања и компактности ових додатних димензија“, додао је.
Теорија суперстринга предлаже да основне честице природе нису тачкасте, већ невероватно мале петље или струне, чија се својства одређују различитим начинима вибрације. Бранес (реч изведена из мембрана) су вишедимензионалне површине, а неке тренутне физичке теорије предлажу да се просторно-временске мешевине уграде у пет димензија.
Научници су користили веома дугачку базну линију Националне науке (ВЛБА), систем радио-телескопа на целом континенту, заједно са 100-метарским радио-телескопом у Еффелсбергу у Немачкој, да би направили изузетно прецизно опажање када је планета Јупитер пролазила готово у испред светлог квадрата 8. септембра 2002.
Проматрање је забиљежило врло благо „савијање“ радио таласа који долазе из позадинског квазара гравитационим ефектом Јупитера. Савијање је резултирало малом променом у привидном положају квазара на небу.
"Пошто се Јупитер креће око Сунца, тачна количина савијања мало зависи од брзине којом се гравитација шири од Јупитера", рекао је Копеикин.
Јупитер, највећа планета Сунчевог система, тек довољно приближава путањи радио таласа из погодно светлог квазара, једном годишње у деценији да би било могуће извршити такво мерење, рекли су научници.
Небеско поравнање једном у деценији било је последње у ланцу догађаја који су омогућили мерење гравитационе брзине. Остали су укључивали случајни састанак двојице научника 1996. године, пробој у теоријској физици и развој специјализованих техника које су омогућиле да се изврше изузетно прецизна мерења.
„Нико раније није покушао да измери брзину гравитације, јер је већина физичара претпостављала да је једини начин да то открију гравитациони таласи“, подсетио је Копеикин. Међутим, 1999. године, Копеикин је проширио Еинстеинову теорију да укључује гравитационе ефекте тела у покрету на светлост и радио таласе. Ефекти су зависили од брзине гравитације. Схватио је да би, уколико се Јупитер помера готово испред звезде или радио извора, могао тестирати своју теорију.
Копеикин је проучавао предвиђену орбиту Јупитера за наредних 30 година и открио је да ће џиновска планета проћи довољно блиско испред квазара Ј0842 + 1835 2002. Међутим, брзо је схватио да утицај на квазарски привидни положај на небу може приписати да би брзина гравитације била толико мала да је једина техника посматрања која је била способна да је мери, била веома дуга базна интерферометрија (ВЛБИ), техника отеловљена у ВЛБА. Копеикин је тада контактирао Фомалонт, водећег стручњака за ВЛБИ и искусног посматрача ВЛБА.
"Одмах сам схватио важност експеримента којим би се могло извршити прво мерење основне константе природе", рекао је Фомалонт. "Одлучио сам да ово најбоље пружимо", додао је.
Да би постигли потребан ниво прецизности, двојица научника су свом посматрању додали Еффелсбергов телескоп. Што је ширење раздвајања између две радио-телескопске антене, већа је разлучивост, или способност да се виде ситни детаљи, остварива. ВЛБА укључује антене на Хавајима, континенталном делу Сједињених Држава и Ст. Цроику на Карибима. Антена на другој страни Атлантика додала је још већу разлучиву снагу.
"Морали смо да извршимо мерење са приближно три пута већом тачношћу него ико икада, али у принципу смо знали да се то може учинити", рекао је Фомалонт. Научници су тестирали и усавршили своје технике у „сувим условима“, а затим су чекали да Јупитер прође испред квазара.
Чекање је подразумевало значајно грицкање ноктију. Квар опреме, лоше време или електромагнетна олуја на самом Јупитеру могли су саботирати опажање. Међутим, срећа је пружила време и научна опажања на радио фреквенцији од 8 гигахерца произвела су довољно добрих података да би могли извршити њихово мерење. Постигли су прецизност једнаку ширини људске длаке са 250 миља удаљености.
„Наш главни циљ је био да искључимо бесконачну брзину гравитације, а урадили смо и боље. Сада знамо да је брзина гравитације вероватно једнака брзини светлости, а поуздано можемо да искључимо било коју брзину гравитације која је преко двострука од светлости “, рекао је Фомалонт.
Већини научника, рекао је Копеикин, лакнуће што је брзина гравитације у складу са брзином светлости. „Вјерујем да овај експеримент баца ново свјетло на основе опште релативности и представља прво од многих више студија и опажања гравитације који су тренутно могући због изузетно велике прецизности ВЛБИ. Имамо још много тога да научимо о тој интригантној космичкој сили и њеном односу према другим силама у природи “, рекао је Копеикин.
Ово није први пут да Јупитер игра улогу у производњи мерења основне физичке константе. 1675. године Олаф Роемер, дански астроном који је радио у Париској опсерваторији, донео је прво разумно тачно одређивање брзине светлости посматрајући помрачења једног од Јупитерових месеци.
Изворни извор: НРАО Невс Релеасе
