Vil Einsteins Generelle Relativitetsbrud Under Ekstreme Forhold?

{h1}

100 år efter einsteins opdagelse af generel relativitet, nærmer fysikere endelig de første virkelige tests af teorien om stærke felter og åbner døren for ny fysik.

For et århundrede siden i år udviklede en ung schweizisk fysiker, der allerede havde revolutioneret fysik med opdagelser om forholdet mellem rum og tid, en radikal ny forståelse af tyngdekraften.

I 1915 offentliggjorde Albert Einstein sin generelle relativitetsteori, som beskrev tyngdekraften som en fundamental ejendom af rumtiden. Han kom op med et sæt af ligninger, der relaterer krumning af rumtiden til energiets og momentets bevægelse og stråling, som er til stede i en bestemt region.

I dag, 100 år senere, er Einsteins gravitationsteori en søjle af moderne forståelse og har modstået alle de forsøg, som forskere kunne kaste på. Men indtil for nylig var det ikke muligt at lave eksperimenter for at undersøge teorien under ekstreme forhold for at se om det bryder sammen. [6 rare fakta om tyngdekraften]

Nu har forskere teknologien til at begynde at lede efter beviser, der kunne afsløre fysik udover generel relativitet.

"For mig er det helt fantastisk, hvor godt generel relativitet har gjort efter 100 år," sagde Clifford Will, en teoretisk fysiker ved University of Florida i Gainesville. "Hvad han skrev ned, er det samme, vi bruger i dag," siger Will WordsSideKick.com.

En ny tyngdekraft

Generel relativitet beskriver tyngdekraften ikke som en kraft, som fysikeren Isaac Newton tænkte på det, men snarere som en krumning af plads og tid på grund af objekternes masse, siger Will. Grunden til, at jorden kredser solen, er ikke fordi solen tiltrækker jorden, men i stedet for at solen springer rumtid, sagde han. (Det er lidt som den måde, en bowlingkugle på et udtræknet tæppe ville vække tæppets form på.)

Einsteins teori lavede nogle temmelig vildt forudsigelser, herunder muligheden for sorte huller, som ville svække rumtiden i en sådan grad, at intet inde - ikke engang lys - kunne undslippe. Teorien giver også grundlaget for den aktuelt accepterede opfattelse, at universet ekspanderer og også accelererer.

Generel relativitet er blevet bekræftet gennem mange observationer. Einstein selv brugte famously teorien til at forudsige planetens kviksølvbanes bevægelse, som Newtons love ikke kan præcist beskrive. Einsteins teori forudsagde også, at et objekt, der var massivt nok, kunne bøje lyset selv, en effekt kendt som gravitationslinsering, som astronomer ofte har observeret. For eksempel kan effekten bruges til at finde exoplaneter baseret på svage afvigelser i lyset af et fjernt objekt, der bøjes af stjernen, hvor planeten er bundet.

Men mens der ikke har været et "bevisstamme", at der er noget galt med teorien om generel relativitet, er det vigtigt at teste teorien i regimer, hvor den ikke er blevet testet før. "Vil fortalt WordsSideKick.com.

Testning Einsteins teori

Generel relativitet fungerer meget godt for tyngdekraften af ​​almindelig styrke, den variation, der oplever mennesker på Jorden eller af planeter, når de kredser solen. Men det er aldrig blevet testet i ekstremt stærke felter, regioner der ligger ved grænserne for fysik. [De 9 største uløste mysterier i fysik]

Den bedste udsigt til at teste teorien i disse riger er at kigge efter krusninger i rumtiden, kendt som gravitationsbølger. Disse kan produceres af voldelige begivenheder som fusion af to massive kroppe, såsom sorte huller eller ekstremt tætte genstande, der hedder neutronstjerner.

Disse kosmiske fyrværkeri ville kun producere det mindste blip i rumtiden. For eksempel kan en sådan begivenhed ændre en tilsyneladende statisk afstand på jorden. Hvis der siges at to sorte huller kolliderede og fusionerede i Vægtsvejsgalaksen, ville de frembragte tyngdebølger strække og komprimere to genstande på jorden, der blev adskilt med 3,3 fod (1 meter) med en tusindedel af en atomkernes diameter, Will sagde.

Alligevel er der nu eksperimenter derude, der potentielt kan registrere rumtidskrypsler fra disse typer af begivenheder.

"Der er en meget god chance for, at vi vil opdage [gravitationsbølger] direkte i de næste par år," siger han.

Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), med faciliteter nær Richland, Washington og Livingston, Louisiana, bruger lasere til at opdage minimale forvrængninger i to lange L-formede detektorer. Som rumtidsranger går gennem detektorerne, strækker ripples og komprimerer plads, hvilket kan ændre detektorens længde på en måde, som LIGO kan måle.

LIGO startede driften i 2002 og har ikke fundet nogen gravitationsbølger; i 2010 gik det offline for opgraderinger, og dets efterfølger, kendt som Advanced LIGO, er planlagt til at starte op igen senere i år. En række andre eksperimenter sigter også på at opdage gravitationsbølger.

En anden måde at teste generel relativitet i ekstreme regimer på ville være at se på gravitationsbølgernes egenskaber. For eksempel kan gravitationsbølger polariseres, ligesom lys som det passerer gennem et par polariserede solbriller. Generel relativitet gør forudsigelser om denne polarisation, så "alt som afviger fra [disse forudsigelser] ville være dårligt" for teorien, vil det siges.

En samlet forståelse

Hvis forskerne opdager gravitationsbølger, vil det dog forvente, at det kun vil styrke Einsteins teori."Min mening er, at vi skal bevare generel relativitet for at være rigtige," sagde han.

Så hvorfor genere gør disse eksperimenter overhovedet?

Et af de mest vedvarende mål for fysikken er søgen efter en teori, der forener generel relativitet, den makroskopiske verdens videnskab og kvantemekanik, den meget lille rige. Men at finde en sådan teori, kendt som kvantegravitation, kan kræve nogle ændringer til generel relativitet, vil det siges.

Det er muligt, at ethvert eksperiment, der er i stand til at detektere virkningerne af quantum gravitation, ville kræve så meget energi som praktisk talt umuligt, vil det siges. "Men du ved aldrig - der kan være en mærkelig effekt fra kvanteverdenen, der er lille, men detekterbar."

Følg Tanya Lewis på Twitter. Følg os @wordssidekick, Facebook & Google+. Originalartikel om WordsSideKick.com.


Video Supplement: .




DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com