Πολύ σκληρή για να πεθάνει η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας

Posted on 02/10/2020

0


Αναλύοντας την πρώτη εικόνα μιας μαύρης τρύπας σε έναν κοντινό γαλαξία οι φυσικοί ελέγχουν την ισχύ της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας στο περιβάλλον ενός ισχυρότατου βαρυτικού πεδίου.

Το 2019 οι επιστήμονες του Event Horizon Telescope (EHT) ανακοίνωσαν ότι κατάφεραν να φωτογραφίσουν για πρώτη φορά μια τεράστια μαύρη τρύπα στον κοντινό γαλαξία Μ87. Στην ουσία απεικόνισαν αυτό που υπάρχει γύρω από την μαύρη τρύπα, αφού οι μαύρες τρύπες στην πραγματικότητα είναι αόρατες, καθώς απορροφούν οτιδήποτε εντός τους, ακόμη και το φως.

Η εικόνα αποκάλυπτε μια κυκλική σκιά, η διάμετρος της οποίας ήταν σε σχετική συμφωνία με τις θεωρητικές προβλέψεις, δίνοντας έτσι μια ποιοτική επιβεβαίωση της γενικής σχετικότητας. Όμως άφηνε περιθώριο και για εναλλακτικές θεωρίες βαρύτητας. Μια νέα και πιο λεπτομερής ανάλυση της σκιάς της μαύρης τρύπας που ολοκληρώθηκε από τους ερευνητές Dimitrios Psaltis et al [Gravitational Test beyond the First Post-Newtonian Order with the Shadow of the M87 Black Hole], ενίσχυσε ακόμη περισσότερο την Θεωρία της Σχετικότητας έναντι των εναλλακτικών θεωρίων.

Η Γενική Σχετικότητα έχει ελεγχθεί αμέτρητες φορές. Οι περισσότεροι έλεγχοι πραγματοποιήθηκαν υπό την επίδραση των ασθενών βαρυτικών πεδίων που επικρατούν στο Ηλιακό μας Σύστημα. Ωστόσο, οι σημαντικές αποκλίσεις από την Θεωρία της Σχετικότητας μπορεί να εμφανίζονται σε ισχυρότερα βαρυτικά πεδία. Οι παρατηρήσεις συγχωνεύσεων μαύρων τρυπών από τους ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων LIGO και Virgo, έδειξαν ότι η θεωρία ισχύει στον καμπυλωμένο χωρόχρονο μαύρων τρυπών με μάζες όσο 150 ήλιοι. Με την μαύρη τρύπα του γαλαξία Μ87 της οποίας η μάζα είναι πάνω από έξι δισεκατομμύρια ήλιους, οι ερευνητές επέκτειναν αυτούς του ελέγχους σε ακραία στρεβλωμένο χωροχρόνο.

Θεωρώντας δυο διαφορετικά εναλλακτικά μοντέλα βαρύτητας, οι φυσικοί συνέκριναν τις αντίστοιχες αποκλίσεις τους σε σχέση με την σχετικότητα, με βάση το μοναδικό χαρακτηριστικό της κάθε θεωρίας που καθορίζει το μέγεθος της σκιάς της μαύρης τρύπας.

Το νέο αποτέλεσμα είναι πάλι απογοητευτικό για όσους ήλπιζαν να βρουν ρωγμές στην θεωρία του Αϊνστάιν, οι οποίες με τη σειρά τους θα οδηγούσαν σε νέα φυσική ή θα ενοποιούσαν την σχετικότητα με την κβαντική φυσική.

διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες στο άρθρο του Matteo Rini στο physics.aps.org με τίτλο: «Putting the Squeeze on General Relativity«

διαβάστε επίσης και το σχετικό άρθρο του Σάκη Ιωαννίδη στην σημερινή Καθημερινή (2/10/2020):

Πιο ισχυρή από ποτέ και με … βαρύτητα η θεωρία του ΑΪνστάιν

Στο ερώτημα που απασχολεί τους απανταχού φυσικούς για το πόσο «σκληρή» είναι η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας του Αϊνστάιν για να… «πεθάνει», η απάντηση παραμένει η ίδια εδώ και έναν αιώνα: Πολύ σκληρή.

Η θεωρία του διάσημου φυσικού, ότι η βαρύτητα είναι ύλη που «τυλίγει» τον χωροχρόνο, έχει υποβληθεί σε αρκετά τεστ τα τελευταία 100 χρόνια και έχει αντέξει σε κάθε έλεγχο. Χθες, δημοσιεύθηκαν τα αποτελέσματα του πιο πρόσφατου τεστ της θεωρίας από τους ερευνητές του Πανεπιστημίου της Αριζόνας και συνεργάτες του πειράματος Event Horizon Telescope, στο επιστημονικό περιοδικό Physical Review Letters, που δείχνουν ότι η αξιοπιστία της θεωρίας του Αϊνστάιν έγινε 500 φορές πιο ισχυρή.

«Οι μετρήσεις του Event Horizon Telescope επιβεβαίωσαν σε μεγάλο βαθμό ότι οι ιδιότητες των μαύρων τρυπών, όπως τις έχουμε μετρήσει πειραματικά, συμφωνούν με τις προβλέψεις της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας (ΓΘΣ). Το τεστ ήταν επιτυχημένο επειδή μας λέει ότι μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αυτές τις προβλέψεις για να μάθουμε περισσότερα για τις μαύρες τρύπες.

Απογοητευτήκαμε όμως επειδή δεν μας έδωσε κάποιο στοιχείο για το πώς μπορούμε να καταλάβουμε καλύτερα τη βαρύτητα, πέρα από τη θεωρία του Αϊνστάιν», σημείωσε στην «Κ» ο υπεύθυνος της έρευνας, καθηγητής Αστροφυσικής στο Πανεπιστήμιο της Αριζόνας, Δημήτρης Ψάλτης.

Η θεωρία του Αϊνστάιν όσο και αν μας εξυπηρετεί για την εξήγηση των φαινομένων στον φυσικό κόσμο, παρουσιάζει ορισμένα «προβλήματα» όταν οι φυσικοί προσπαθούν να καταλάβουν τη συμπεριφορά της ύλης στον υποατομικό κόσμο, αυτό που περιγράφει η κβαντική μηχανική. Ενα από τα άλυτα μυστήρια της φυσικής (και της κατανόησης του σύμπαντος) είναι η κατασκευή μιας θεωρίας που θα συμπεριλαμβάνει τη θεωρία του Αϊνστάιν και την κβαντομηχανική. Μέσα στα χρόνια οι επιστήμονες προσπαθούν να κάνουν μικρές «μετατροπές» στη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας για να «ταιριάξει» με την κβαντομηχανική αλλά χωρίς αποτέλεσμα.

Πέρυσι το διεθνές πείραμα Event Horizon Telescope, που συνένωσε δεκάδες τηλεσκόπια σε όλο τον κόσμο σε μία «ματιά», έδωσε στη δημοσιότητα την πρώτη φωτογραφία μιας μαύρης τρύπας στον μακρινό γαλαξία Μ87. Η ερευνητική ομάδα υπό τον κ. Ψάλτη χρησιμοποίησε το μέγεθος της σκιάς της μαύρης τρύπας ως «εργαστήριο» για να ελέγξει τη θεωρία του Αϊνστάιν.

«Εντοπίσαμε ένα μοναδικό χαρακτηριστικό στη θεωρία της βαρύτητας που καθορίζει το μέγεθος της σκιάς μιας μαύρης τρύπας. Ετσι μπορούμε να εντοπίσουμε εάν οποιαδήποτε εναλλακτική της ΓΘΣ συμφωνεί με τις παρατηρήσεις του Event Horizon Telescope χωρίς να μας ανησυχούν άλλες λεπτομέρειες. Με αυτές τις μετρήσεις, το μέγεθος της μαύρης τρύπας στον Μ87 περιορίζει τον χώρο για μετατροπές στη θεωρία του Αϊνστάιν κατά 500 φορές σε σχέση με άλλα τεστ που έχουν γίνει στο ηλιακό μας σύστημα», μας λέει ο ίδιος. Το επόμενο μεγάλο τεστ θα γίνει όταν βγει η φωτογραφία της μαύρης τρύπας του δικού μας γαλαξία που μάλλον δεν θα αργήσει.