Кредитна слика: НАСА / ЈПЛ
Пре или касније, владавина Аинстеина, попут владавине Невтона пре њега, доћи ће до краја. Преокрет у свету физике који ће срушити наше представе о основној стварности је неизбежан, већина научника верује, а тренутно се води трка коња између шачице теорија које се такмиче да буду наследници престола.
У току су такве идеје савијања ума као што су 11-димензионални универзум, универзалне „константе“ (попут силе гравитације) које варирају у простору и времену и остају заиста фиксиране у невидљивој 5. димензији, бесконачно минималним вибрирајућим жицама као основни састојци стварности и ткиво простора и времена које није глатко и континуирано, као што је Ајнштајн веровао, већ подељено на дискретне, недељиве делове нестабилно мале величине. Експеримент ће на крају утврдити који тријумфује.
Нови концепт експеримента за тестирање предвиђања Еинстеинове релативности прецизније него икад раније, научници су развили у НАСА-иној лабораторији за млазни погон (ЈПЛ). Њихова мисија, која ефикасно користи наш соларни систем као џиновска лабораторија, помогла би сузити поље вијугавих теорија и приближила нас на корак до следеће револуције у физици.
Кућа подељена
То можда не оптерећује много на умове већине људи, али велики раскол већ је дуго мучио наше темељно разумевање универзума. Тренутно постоје два начина објашњавања природе и понашања простора, времена, материје и енергије: Еинстеинова релативност и „стандардни модел“ квантне механике. Обоје су изузетно успешни. Глобални систем за позиционирање (ГПС), на пример, не би био могућ без теорије релативности. Рачунари, телекомуникације и Интернет су, у међувремену, квантна механика.
Али две теорије су попут различитих језика и нико још није сигуран како превести између њих. Релативност објашњава гравитацију и кретање обједињујући простор и време у 4-димензионалну, динамичну, еластичну тканину стварности која се назива простор-време, а која је савијена и искривљена енергијом коју садржи. (Маса је један облик енергије, тако да ствара гравитацију изобличавајући простор-време.) Квантна механика, с друге стране, претпоставља да простор и време формирају равну, непроменљиву „фазу“ на којој се одвија драма више породица честица. . Те се честице могу кретати и напред и назад у времену (нешто што релативност не дозвољава), а интеракције између тих честица објашњавају основне силе природе - са изузетном гравитацијом.
Застој између ове две теорије траје деценијама. Већина научника претпоставља да ће се некако, на крају, развити обједињујућа теорија која обједињује то двоје, показујући како се истине које садрже могу уредно уклопити у један, свеобухватни оквир стварности. Таква „Теорија свега“ дубоко би утицала на наше знање о рођењу, еволуцији и евентуалној судбини универзума.
Слава Турисхев, научник из ЈПЛ-а, и његове колеге смислили су начин да употребе Међународну свемирску станицу (ИСС) и два мини-сателита који орбитирају на далекој страни сунца како би тестирали теорију релативности са невиђеном тачношћу. Њихов концепт, који је делимично развијен финансирањем НАСА-ине Канцеларије за биолошка и физичка истраживања, био би толико осетљив да би могао открити недостатке Еинстеинове теорије, пружајући тако прве тешке податке потребне да се разликује која се од конкурентских теорија свега слаже са стварношћу и који су само маштовити рад креде.
Експеримент, назван Ласер Астрометриц Тест оф Релативити (ЛАТОР), гледао би како гравитација сунца одбија одсеке ласерске светлости које емитују два мини-сателита. Гравитација савија пут светлости јер употпуњава простор кроз који светлост пролази. Стандардна аналогија за ово извијање простора-времена гравитацијом је замишљање простора као равног лима гуме који се протеже под тежином предмета попут сунца. Депресија у листу ће проузроковати да се предмет (чак и честица светлости без масе) који пролази у близини Сунца лагано окреће док је пролазио.
У ствари, мерећи савијање звездане светлости током сунчевог помрачења 1919. године, сир Артхур Еддингтон први је тестирао Еинстеинову теорију опште релативности. У космичком погледу, гравитација Сунца је прилично слаба; стаза снопа светлости која прескаче ивицу сунца била би савијена само за око 1,75 лучних секунди (лучни лук је 1/3600 степени). У границама тачности своје мерне опреме, Еддингтон је показао да се звездана светлост заиста савијала овом количином - и чинећи на тај начин ефективно императив Невтона.
ЛАТОР би овај одсек измерио милијарду (109) пута прецизнијом Еддингтоновог експеримента и 30.000 пута прецизнијом од тренутног рекордера: необично мерење помоћу сигнала из свемирске летелице Цассини на путу да истражује Сатурн.
„Мислим да би [ЛАТОР] био веома важан напредак за фундаменталну физику“, каже Цлиффорд Вилл, професор физике на Универзитету Васхингтон који је дао велики допринос пост-њујтонској физици и није директно укључен у ЛАТОР. „Требали бисмо наставити да покушавамо да извршимо већу прецизност у испитивању опште релативности, једноставно зато што би било каква девијација значила да постоји нова физика коју раније нисмо били свесни.“
Соларна лабораторија
Експеримент би функционирао овако: Два мала сателита, ширине око један метар, била би лансирана у орбиту која кружи сунцем на приближно истој удаљености као и Земља. Овај пар мини сателита би орбитао спорије него на Земљи, тако да би око 17 месеци након лансирања мини сателити и Земља били на супротним странама сунца. Иако би та два сателита била удаљена око 5 милиона км, угао између њих гледан са Земље био би мали, само око 1 степен. Заједно, два сателита и Земља би формирали мршав трокут, са ласерским сноповима дуж његових страна, а један од тих снопа пролазио је близу сунца.
Турисхев планира да измери угао између два сателита помоћу интерферометра монтираног на ИСС. Интерферометар је уређај који хвата и комбинује зраке свјетлости. Мерећи како се таласи светлости са два мини-сателита "мешају" један с другим, интерферометар може са изузетном прецизношћу измерити угао између сателита: око 10 милијарди лучне секунде или 0,01? (Микро-лучне секунде). Када се узме у обзир прецизност осталих делова дизајна ЛАТОР, то даје укупну тачност за мерење колико гравитације савија ласерски сноп од око 0,02 ° као за једно мерење.
„Коришћење ИСС-а даје нам неколико предности“, објашњава Турисхев. "За једну, то је изнад изобличења Земљине атмосфере, а такође је довољно велико да нам омогући да ставимо два сочива интерферометра (једно сочиво на сваком крају решетке соларног панела), што побољшава резолуцију и тачност резултати. “
0,02 "тачност ЛАТОР-а је довољно добра да открије одступања од Аинстеинове релативности предвиђене тежњом Теорије свега, која се крећу од приближно 0,5 до 35 °. Договор са мјерењима ЛАТОР-а био би главни потицај за било коју од ових теорија. Али ако ЛАТОР не нађе одступање од Ајнштајна, већина тренутних кандидата - заједно са својих 11 димензија, пикселираним простором и несталним константама - претрпеће фаталан ударац и „прећи“ на ту велику прашњаву библиотеку на небу .
Будући да мисија захтева само постојеће технологије, Турисхев каже да би ЛАТОР могао бити спреман за летење чим 2009. или 2010. Дакле, можда неће бити предуго пре него што се застој физике разбије и нова теорија гравитације, простора и времена одвоји трон.
Изворни извор: НАСА / Сциенце Стори
