Attēla kredīts: NRAO
Teinizējis Einšteins gandrīz gadsimtu, fiziķi ir atraduši pierādījumus, kas atbalsta teoriju, ka gravitācijas spēks pārvietojas ar gaismas ātrumu. Šo smaguma ātrumu atspoguļoja atšķirības, kā kvazārā attēls tika saliekts.
Izmantojot reto kosmisko izkārtojumu, zinātnieki veica pirmos gravitācijas spēka izplatīšanās ātruma mērījumus, piešķirot skaitlisku vērtību vienai no pēdējām neizmērītajām fizikas pamatkonstantām.
Ņūtons domāja, ka gravitācijas spēks ir acumirklīgs. Einšteins pieņēma, ka tas pārvietojas ar gaismas ātrumu, bet līdz šim neviens to nebija izmērījis, ”sacīja Misūri-Kolumbijas universitātes fiziķis Sergejs Kopeikins.
"Mēs esam noteikuši, ka gravitācijas izplatīšanās ātrums ir vienāds ar gaismas ātrumu ar precizitāti līdz 20 procentiem," sacīja Eds Fomalonts, Nacionālās radioastronomijas observatorijas (NRAO) astronoms Šarlotesvilā, VA. Zinātnieki savus atklājumus iepazīstināja ar Amerikas astronomijas biedrības sanāksmi Sietlā, Vašingtonā.
Orientiera mērījums ir svarīgs fiziķiem, kas strādā pie vienota lauka teorijām, kuras mēģina apvienot daļiņu fiziku ar Einšteina vispārējo relativitātes teoriju un elektromagnētisko teoriju.
"Mūsu mērījumi liek stingri ierobežot teorijas, kas ierosina papildu dimensijas, piemēram, virsstieņa teoriju un smadzeņu teorijas," sacīja Kopeikins. "Zinot smaguma ātrumu, var iegūt svarīgu pārbaudi par šo papildu dimensiju esamību un kompaktumu," viņš piebilda.
Superstringa teorija ierosina, ka dabas pamatdaļiņas nav līdzīgas, bet gan neticami mazas cilpas vai virknes, kuru īpašības nosaka dažādi vibrācijas veidi. Branes (vārds, kas atvasināts no membrānām) ir daudzdimensionālas virsmas, un dažas pašreizējās fizikālās teorijas piedāvā telpas-laika klijas, kas iegultas piecās dimensijās.
Zinātnieki izmantoja Nacionālā zinātnes fonda ļoti garu bāzes līnijas masīvu (VLBA), kontinenta mēroga radioteleskopu sistēmu, kā arī 100 metru radioteleskopu Effelsbergā, Vācijā, lai veiktu ārkārtīgi precīzus novērojumus, kad planēta Jupiters gandrīz pagāja iekšā spoža kvazāra priekšā 2002. gada 8. septembrī.
Novērojumā tika reģistrēts ļoti neliels radioviļņu “saliekums”, kas nāk no fona kvazāra ar Jupitera gravitācijas efektu. Liekuma rezultātā nedaudz mainījās kvazāra redzamā pozīcija debesīs.
"Tā kā Jupiters pārvietojas ap Sauli, precīzs lieces lielums ir nedaudz atkarīgs no ātruma, ar kādu smaguma pakāpe virzās no Jupitera," sacīja Kopeikins.
Jupiters, lielākā Saules sistēmas planēta, aptuveni reizi desmit gados iet pietiekami tuvu radioviļņu ceļam no pietiekami spilgta kvazāra, lai šāds mērījums tiktu veikts, sacīja zinātnieki.
Reizi desmitgadē debess pielīdzināšana bija pēdējā notikumu ķēdē, kas ļāva izmērīt smaguma ātrumu. Pārējās bija divu zinātnieku izlases tikšanās 1996. gadā, sasniegums teorētiskajā fizikā un specializētu paņēmienu izstrāde, kas ļāva veikt ārkārtīgi precīzus mērījumus.
“Neviens iepriekš nebija mēģinājis izmērīt smaguma ātrumu, jo vairums fiziķu uzskatīja, ka vienīgais veids, kā to izdarīt, ir gravitācijas viļņu noteikšana,” atcerējās Kopeikins. Tomēr 1999. gadā Kopeikins izvērsa Einšteina teoriju, iekļaujot kustīga ķermeņa gravitācijas ietekmi uz gaismas un radioviļņiem. Ietekme bija atkarīga no gravitācijas ātruma. Viņš saprata, ka, ja Jupiters pārvietojas gandrīz zvaigznes vai radio avota priekšā, viņš var pārbaudīt savu teoriju.
Kopeikins pētīja prognozēto Jupitera orbītu nākamajiem 30 gadiem un atklāja, ka milzu planēta 2002. gadā pietiekami cieši izies priekšā kvazāra J0842 + 1835 priekšā. Tomēr viņš ātri saprata, ka ietekme uz kvazāra šķietamo stāvokli debesīs ir attiecināma. līdz gravitācijas ātrumam būtu tik mazs, ka vienīgais novērošanas paņēmiens, kas to var izmērīt, bija ļoti ilga bāzes līnijas interferometrija (VLBI), tehnika, kas iemiesota VLBA. Pēc tam Kopeikins sazinājās ar Fomalont, vadošo VLBI ekspertu un pieredzējušo VLBA novērotāju.
"Es uzreiz sapratu eksperimenta nozīmi, kas varētu pirmo reizi izmērīt būtiskas dabas konstanti," sacīja Fomalont. "Es nolēmu, ka mums tas ir jādara vislabāk," viņš piebilda.
Lai iegūtu vajadzīgo precizitātes līmeni, abi zinātnieki saviem novērojumiem pievienoja Efelsberga teleskopu. Jo plašāks attālums starp divām radioteleskopa antenām, jo lielāka ir izšķirtspēja vai spēja saskatīt sīkas detaļas. VLBA ietver antenas Havaju salās, Amerikas kontinentālajā daļā un Sentkriksā Karību jūras reģionā. Antena otrā Atlantijas okeāna pusē pievienoja vēl lielāku izšķirtspēju.
"Mums vajadzēja veikt mērījumus ar apmēram trīs reizes lielāku precizitāti nekā jebkurš jebkad bija darījis, bet principā mēs zinājām, ka to var izdarīt," sacīja Fomalont. Zinātnieki pārbaudīja un pilnveidoja savus paņēmienus “sausajos braucienos”, pēc tam gaidīja, līdz Jupiters izdosies iziet cauri kvazārā.
Gaidīšana ietvēra ievērojamu nagu nokošanu. Iekārtas kļūmes, slikti laika apstākļi vai elektromagnētiskā vētra pašā Jupiterā varēja sabojāt novērojumu. Tomēr veiksme notika un zinātnieku novērojumi ar 8 GigaHertz frekvenci sniedza pietiekami daudz labu datu, lai varētu veikt mērījumus. Viņi sasniedza precizitāti, kas vienāda ar cilvēka matu platumu, kas redzams no 250 jūdžu attāluma.
“Mūsu galvenais mērķis bija izslēgt bezgalīgu smaguma ātrumu, un mums veicās vēl labāk. Tagad mēs zinām, ka gravitācijas ātrums, iespējams, ir vienāds ar gaismas ātrumu, un mēs droši varam izslēgt jebkuru smaguma ātrumu, kas ir vairāk nekā divas reizes lielāks par gaismas ātrumu, ”sacīja Fomalont.
Kopeikins sacīja, ka lielākajai daļai zinātnieku būs atvieglojums, ka gravitācijas ātrums atbilst gaismas ātrumam. “Es uzskatu, ka šis eksperiments parādīja jaunu gaismu vispārējās relativitātes pamatiem un ir pirmais no daudziem citiem pētījumiem un gravitācijas novērojumiem, kas šobrīd ir iespējami ārkārtīgi augstās VLBI precizitātes dēļ. Mums ir daudz vairāk, lai uzzinātu par šo intriģējošo kosmisko spēku un tā attiecībām ar citiem dabā esošajiem spēkiem, ”sacīja Kopeikins.
Šī nav pirmā reize, kad Jupiters piedalās pamata fiziskās konstantes mērījumos. 1675. gadā Parīzes observatorijā strādājošais dāņu astronoms Olafs Rēmers pirmo samērā precīzu gaismas ātruma noteikšanu veica, novērojot viena no Jupitera pavadoņu aptumsumiem.
Oriģinālais avots: NRAO ziņu izlaidums
