Kép jóváírása: NASA
Einstein általános relativitáselmélete ezen a héten újabb megerősítést kapott, köszönhetően a NASA csillagászának. A tudósok meghatározták a távoli gammasugár-robbanások által kibocsátott gamma-sugarak teljes energiáját, és úgy találták, hogy a Föld felé vezető úton olyan részecskékkel kölcsönhatásba lépnek, amelyek pontosan illeszkednek Einstein előrejelzéseihez.
A tudósok szerint Albert Einsteinnek a fénysebesség állandóságának elve rendkívül szigorú ellenőrzés alatt áll, egy olyan megállapítás, amely kizár bizonyos elméleteket, amelyek előre jelezik az extra dimenziókat és a tér “habos” szövetet.
A megállapítás azt is bizonyítja, hogy a legnagyobb energiájú gamma-sugarak alapvető földi és térbeli megfigyelései, az elektromágneses energia olyan formája, mint a fény, betekintést nyújthatnak az idő, az anyag, az energia és a tér természetére a nagyon távoli skálákban. a szubatómiai szint - olyasvalaki, amelyet kevés tudós tartott lehetségesnek.
Dr. Floyd Stecker a NASA Goddard űrrepülési központjáról Greenbeltben (Md.) Az Astroparticle Physics legfrissebb kiadványában tárgyalja ezen eredmények következményeit. Munkája részben a Nobel-díjas Sheldon Glashow-val (Bostoni Egyetem) folytatott korábbi együttműködésen alapul.
"Amit Einstein közel egy évszázaddal ceruzával és papírral dolgozott ki, továbbra is fenntartja a tudományos ellenőrzést" - mondta Stecker. "A kozmikus gammasugarak nagy energiájú megfigyelései nem zárják ki a kiegészítő dimenziók lehetőségét és a kvantitatív gravitáció fogalmát, ám ezek szigorú korlátokat szabnak arra, hogy a tudósok miként tudják megkeresni az ilyen jelenségeket."
Einstein kijelentette, hogy a tér és az idő valójában egy entitás két aspektusa, az úgynevezett téridő, négydimenziós koncepció. Ez az alapja a speciális és általános relativitáselmélet elméleteinek. Például az általános relativitáselmélet azt állítja, hogy a gravitációs erő a téridő torzulását eredményezi, mint például a matracon lévő bowlinggömb.
Az általános relativitáselmélet a gravitáció elmélete nagy léptékben, míg a kvantummechanika, amelyet a 20. század elején önállóan fejlesztettek ki, az atom és a szubatomi részecskék elmélete nagyon kicsi. A kvantummechanikán alapuló elméletek nem a gravitációt írják le, hanem a másik három alapvető erőt: elektromágnesesség (fény), erős erők (atommagokat kötő erő) és gyenge erők (a radioaktivitásban látva).
A tudósok hosszú ideje azt remélték, hogy ezeket az elméleteket egyetlen „mindent elméletgé” alakítják, hogy leírják a természet összes aspektusát. Ezek az egyesítő elméletek - például a kvantum gravitáció vagy a húr-elmélet - magában foglalhatják a tér további dimenzióinak felhívását és Einstein speciális relativitáselméletének megsértését, például az, hogy a fénysebesség az objektumok maximálisan elérhető sebessége.
Stecker munkája a bizonytalanság elvének és a Lorentz-invariancianak nevezett koncepciókat foglalja magában. A kvantummechanikából származó bizonytalanság elve azt sugallja, hogy a szubatómás szinten a virtuális részecskék, más néven kvantumingadozások, felbukkannak és léteznek. Sok tudós szerint a téridő maga kvantumingadozásokból áll, amelyek közelről nézve habbal vagy „kvantumhabbal” hasonlítanak. Egyes tudósok szerint az űridő kvantumhabja lelassíthatja a fény áthaladását - éppen úgy, hogy a fény maximális sebességgel vákuumban, de lassabban halad levegőn vagy vízen.
A hab lelassítja a nagyobb energiájú elektromágneses részecskéket, vagy a fotonokat - például a röntgen- és a gamma-sugarakat - jobban, mint a látható fény alacsonyabb energiájú fotonjai vagy a rádióhullámok. A fénysebesség ilyen alapvetõ változása, különbözõ energiájú fotonok esetén, sértené a Lorentz-féle invarianciát, a speciális relativitáselmélet alapelvet. Az ilyen jogsértés nyom lehet, amely segíthet az egységesítési elméletek felé vezető úton.
A tudósok abban reménykedtek, hogy ilyen Lorentz-féle invariancia-megsértést találnak a galaxisról messze kívülről érkező gamma-sugarak tanulmányozásával. Például egy gammasugár-sorozat olyan nagy távolságra van, hogy a purségben lévő fotonok sebességében mutatkozó különbségek energiától függően mérhetők lehetnek - mivel a tér kvantumhabja hatással lehet a fény lassítására, amely milliárd évig utazik hozzánk.
Stecker sokkal közelebb nézett a házhoz, hogy kiderítse, hogy a Lorentz-féle invarianciát nem sértik meg. Körülbelül fél milliárd fényév távolságra lévő két viszonylag közeli galaxis gamma-sugarait elemezték szupermasszív fekete lyukakkal, középpontjukban, Markarian (Mkn) 421 és Mkn 501 néven. Ezek a fekete lyukak intenzív gamma-sugár fotonok sugárzását generálják, amelyek közvetlenül a a Föld. Az ilyen galaxisokat blazárnak nevezik. (Az Mkn 421 képéről lásd a 4. képet. Az 1–3. Kép a művész fogalmait látja el a szupermasszív fekete lyukakról, amelyek energiát nyújtanak a kvazárokról, amelyeket közvetlenül a Föld felé mutatva blazárnak neveznek. Az 5. kép egy Hubble Űrteleszkópos fotó egy blazárról.)
Az Mkn 421 és az Mkn 501 egyes gamma sugarai az infravörös fotonokkal ütköznek az univerzumban. Ezek az ütközések a gamma-sugarak és az infravörös fotonok elpusztulását eredményezik, mivel energiájuk elektronokká és pozitív töltésű antimateria-elektronokká (pozitronoknak) masszá alakul, az Einstein híres E = mc ^ 2 képlete szerint. Stecker és Glashow rámutattak, hogy az Mkn 421 és az Mkn 501 legnagyobb energiájú gamma-sugarainak megsemmisítésére vonatkozó bizonyítékok, amelyek ezen objektumok közvetlen megfigyeléséből származnak, egyértelműen igazolják, hogy a Lorentz-invariancia él és jó, és nem sérti meg. Ha a Lorentz-féle invarianciát megsértették, akkor a gammasugarak közvetlenül az extragalaktikus infravörös ködön mennek keresztül anélkül, hogy megsemmisülnének.
Ennek oka az, hogy a megsemmisítéshez bizonyos mennyiségű energia szükséges az elektronok és a pozitronok létrehozásához. Ez az energiaköltség kielégíti az Mkn 501 és az Mkn 421 legnagyobb energiájú gammasugarait az infravörös fotonokkal való kölcsönhatásban, ha mindkettő a jól ismert fénysebességgel mozog a speciális relativitáselmélet szerint. Ha azonban a gamma-sugarak lassabban haladnak Lorentz invariancia megsértése miatt, akkor a rendelkezésre álló teljes energia nem lenne megfelelő, és a megsemmisítési reakció „nem megy”.
„Ezeknek az eredményeknek a következményei - mondta Stecker - az az, hogy ha a Lorentz-féle invarianciát megsértik, akkor olyan kicsi szinten van - ezer billióban kevesebb, mint egy -, hogy túlmutat a jelenlegi technológiánk képességein. Ezek az eredmények azt is mondhatják nekünk, hogy a húr elmélet vagy a kvantum gravitáció helyes formájának meg kell felelnie a Lorentz invariancia elvének. ”
További információ: „A Lorentz-féle invariancia korlátozásai, amelyek megsértik a kvantum gravitációt és a nagy extra méretű modelleket nagy energiájú gammasugár-megfigyeléseket használva” online címen:
Eredeti forrás: NASA sajtóközlemény
