Кредитна слика: НАСА
Аинстеинова Општа теорија релативитета добила је још једну потврду ове недеље захваљујући истраживањима астронома из НАСА-е. Научници су измерили укупну енергију гама зрака које емитују далеки прагови гама зрака и открили су да су они деловали на честицама на путу на Земљу на начин који је прецизно одговарао предвиђањима Ајнштајна.
Научници кажу да је принцип сталности брзине светлости Алберта Еинстеина подвргнут изузетно строгом надзору, откриће које искључује одређене теорије које предвиђају додатне димензије и „пенасту“ тканину простора.
Налаз такође показује да основна земаљска и свемирска осматрања гама зрака највиших енергија, облика електромагнетне енергије попут светлости, могу пружити увид у саму природу времена, материје, енергије и простора у скалама крајње далеко испод субатомски ниво - нешто што је мало научника сматрало могућим.
Др Флоид Стецкер из НАСА-иног центра за свемирске летове Годдард из Греенбелта, Мд., Расправља о импликацијама ових открића у недавном броју Физике астрочестица. Његов рад се дијелом заснива на ранијој сарадњи са нобеловцем Схелдоном Гласховом са Бостонског универзитета.
"Оно што је Аинстеин радио оловком и папиром пре готово једног века и даље држи до научног надзора", рекао је Стецкер. "Високоенергетска посматрања космичких гама зрака не искључују могућност додатних димензија и концепт квантне гравитације, али постављају строга ограничења у вези са тим како научници могу да пронађу такве појаве."
Ајнштајн је изјавио да су простор и време заправо два аспекта једне целине која се зове простор - време, четверодимензионални концепт. То је темељ његових теорија посебне и опште релативности. На пример, општа релативност каже да је сила гравитације резултат масног изобличења просторног времена, попут кугле за куглање на душеку.
Општа релативност је теорија гравитације у великом обиму, док је квантна механика, самостално развијена почетком 20. века, теорија атома и субатомских честица у веома малом обиму. Теорије засноване на квантној механици не описују гравитацију, већ остале три основне силе: електромагнетизам (светлост), јаке силе (вежућа атомска језгра) и слабе силе (виђене у радиоактивности).
Научници су се дуго надали да ће те теорије спојити у једну „теорију свега“ како би описали све аспекте природе. Ове обједињујуће теорије - попут квантне гравитације или теорије струна - могу укључивати призивање додатних димензија простора, а такође и кршење Еинстеинове посебне теорије релативности, попут брзине светлости која је максимално достижна брзина за све објекте.
Стецкеров рад укључује концепте који се називају принцип несигурности и Лорентзова инваријантност. Принцип несигурности, изведен из квантне механике, подразумева да ће на субатомском нивоу виртуелне честице, које се такође називају квантне флуктуације, искакати и постојати. Многи научници кажу да се просторно време састоји од квантних колебања која, када се посматрају изблиза, подсећају на мрљу или „квантну пену“. Неки научници мисле да квантна пена свемирског времена може успорити пролазак светлости - онолико колико светлост путује максималном брзином у вакууму, али мањом брзином кроз ваздух или воду.
Пена би успорила високоенергетске електромагнетне честице или фотоне - попут Кс зрака и гама зрака - више од фотона ниже енергије видљиве светлости или радио таласа. Таква фундаментална варијација брзине светлости, различита за фотоне различитих енергија, нарушила би Лорентзову инваријантност, основни принцип посебне теорије релативности. Такво кршење могло би бити траг који би нам помогао да укажемо на пут ка теоријама обједињавања.
Научници су се надали да ће пронаћи таква Лорентзова кршења инваријанције проучавањем гама зрака који долазе далеко изван Галаксије. Експлозија гама зрака, на пример, налази се на тако великој удаљености да би разлике у брзинама фотона у рафалу, у зависности од њихове енергије, могле да буду мерљиве - јер квантна пена простора може деловати на успоравање светлости које је било путује к нама за милијарде година.
Стецкер је погледао много ближе кући и открио да се Лорентзова инваријантност не крши. Анализирао је гама зраке из две релативно оближње галаксије удаљене око пола милијарде светлосних година, са супермасивим црним рупама у њиховим центрима, названим Маркариан (Мкн) 421 и Мкн 501. Ове црне рупе стварају интензивне зраке фотона гама зрака који су директно усмерени на земља. Такве галаксије се називају блазарима. (Погледајте слику 4 за слику Мкн 421. Слике 1 - 3 представљају уметникове концепте супермасивних црних рупа које напајају квазаре и које се, усмерено на Земљу, називају блазарима. Слика 5 је фотографија свемирског телескопа Хуббле.)
Неки од гама зрака из Мкн 421 и Мкн 501 сударају се инфрацрвеним фотонима у Универзуму. Ови судари резултирају уништавањем гама зрака и инфрацрвених фотона, јер се њихова енергија претвара у масу у облику електрона и позитивно наелектрисани антиматеријски електрони (звани позитрони), према Еинстеиновој познатој формули Е = мц ^ 2. Стецкер и Гласхов су истакли да докази о уништавању гама зрака највиших енергија из Мкн 421 и Мкн 501, добијени директним посматрањем ових објеката, јасно показују да је Лорентзова инваријантност жива и здрава и да се не крши. Ако би била нарушена Лорентзова инваријантност, гама зраци би пролазили право кроз екстрагалактичку инфрацрвену маглу, а да се не униште.
То је зато што за уништавање треба одређена количина енергије да би се створили електрони и позитрони. Овај енергетски буџет је задовољан за гама зраке са највише енергије из Мкн 501 и Мкн 421 у интеракцији са инфрацрвеним фотоновима ако се обоје крећу добро познатом брзином светлости према специјалној теорији релативности. Међутим, ако би се гама зраци посебно кретали споријом брзином због Лорентзовог кршења инварианце, укупна расположива енергија била би неадекватна и реакција уништења била би „не иде“.
"Импликације ових резултата", рекао је Стецкер, "је да ако се Лорентзова инваријантност крши, то је на тако малом нивоу - мање од једног дела у хиљаду билиона - да је то изван могућности које наша данашња технологија може пронаћи. Ови резултати нам такође могу рећи да исправан облик теорије струна или квантне гравитације мора да се покорава принципу Лорентзове инваријанције. "
За више информација погледајте „Ограничења за квантне гравитације и велике велике димензије Лорентз Инварианце, која користе високо-енергетска запажања гама зрака“ на мрежи:
Изворни извор: НАСА Невс Релеасе
