Πώς η θεωρία της σχετικότητας πέρασε ένα από τα πιο δύσκολα διαστημικά τεστ

14/12/2021

Η θεωρία Γενικής Σχετικότητας του Αϊνστάιν για μια ακόμη φορά επιβεβαιώθηκε, περνώντας άλλο ένα τεστ στο σύμπαν. Αφού παρακολούθησε επί 16 χρόνια ένα ζεύγος αστέρων νετρονίων (πάλσαρ) να κινούνται το ένα πέριξ του άλλου καμπυλώνοντας τον χωροχρόνο, μια μεγάλη διεθνής ομάδα αστρονόμων συμπέρανε ότι η συμπεριφορά των δύο άστρων είναι συνεπής με τη θεωρία του Αϊνστάιν.

Εδώ και πάνω από ένα αιώνα διάφορες επιστημονικές ομάδες έχουν προσπαθήσει να βρουν σφάλμα στη γενική σχετικότητα, αλλά έχουν αποτύχει, αν και οι προσπάθειες τους πρόκειται να συνεχιστούν, καθώς οποιαδήποτε ρωγμή στη συγκεκριμένη θεωρία θα ανοίξει νέους δρόμους στη Φυσική.

Η θεωρία, που δημοσιεύθηκε το 1915 φέρνοντας πραγματική επανάσταση στη Φυσική, περιγράφει τα αποτελέσματα της βαρύτητας στον χωροχρόνο. Αν κάτι έχει πολύ μεγάλη μάζα – όπως συμβαίνει στην περίπτωση των πάλσαρ – καμπυλώνει περισσότερο τον χωροχρόνο γύρω του από ό,τι κάτι με μικρότερη μάζα. Αυτό σημαίνει ότι στους αστέρες νετρονίων – που έχουν τρομερά μεγάλη πυκνότητα ύλης και εκπέμπουν ραδιοκύματα από τους πόλους τους – το φως πρέπει να καμπυλώνεται αισθητά γύρω τους, καθώς τα φωτόνια αναγκάζονται να ακολουθήσουν τον καμπυλωμένο χωροχρόνο, κάτι που μπορεί να παρατηρηθεί από τη Γη. Μάλιστα όταν δύο πάλσαρ «χορεύουν» το ένα γύρω από το άλλο, τότε επιταχύνονται και εκπέμπουν επίσης βαρυτικά κύματα (ρυτιδώσεις του χωροχρόνου), κάτι που παράλληλα ωθεί σε συρρίκνωση της τροχιάς τους, καθώς χάνουν ενέργεια σταδιακά.

Οι επιστήμονες από την Ευρώπη, την Αυστραλία και τις ΗΠΑ, με επικεφαλής τον καθηγητή Μίκαελ Κράμερ του γερμανικού Ινστιτούτου Ραδιοαστρονομίας Μαξ Πλανκ στη Βόννη, οι οποίοι έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό Φυσικής «Physical Review», έκαναν πολυετείς παρατηρήσεις (2003-2019) του ζεύγους πάλσαρ PSR J0737-3039A/B, το οποίο βρίσκεται σε απόσταση περίπου 2.400 ετών φωτός από τη Γη. Τα δύο άστρα είναι τόσο πυκνά που αν και έχουν περίπου 30% μεγαλύτερη μάζα από τον Ήλιο, η διάμετρος τους δεν ξεπερνά τα 24 χιλιόμετρα.

Τα δύο άστρα νετρονίων – που εκτιμάται ότι τελικά θα συγκρουστούν σε 85 εκατομμύρια χρόνια – συμπληρώνουν μια τροχιά το ένα πέριξ του άλλου μέσα σε μόνο 147 λεπτά, κινούμενα με ασύλληπτες ταχύτητες έως ενός εκατομμυρίων χιλιομέτρων την ώρα. Ταυτόχρονα τα πάλσαρ γυρίζουν σαν σβούρα γύρω από τον άξονα τους, το ένα συμπληρώνοντας 44 περιστροφές ανά δευτερόλεπτο, ενώ το άλλο, που είναι πιο αργό, μία περιστροφή κάθε 2,8 δευτερόλεπτα. Κάθε φορά που ένα πάλσαρ περιστρέφεται, μια ακτίνα ραδιοκυμάτων φτάνει στη Γη, μεταφέροντας την εντύπωση ότι αυτό “πάλλεται” (εξ ου και το όνομα του).

Χρησιμοποιώντας επτά επίγεια ραδιοτηλεσκόπια σε διάφορα μέρη του πλανήτη μας, οι επιστήμονες βρήκαν ότι οι ραδιοπαλμοί των πάλσαρ φτάνουν στη Γη αργότερα του αναμενομένου και αυτό συμβαίνει επειδή τα καθυστερεί η μεγάλη καμπύλωση του χωροχρόνου των δύο άστρων. Οι υπολογισμοί έδειξαν ότι η καθυστέρηση εξηγείται σε ποσοστό 99,99% από τη θεωρία σχετικότητας του Αϊνστάιν.

«Πρόκειται για το πιο αυστηρό τεστ μέχρι σήμερα της θεωρίας του Αϊνστάιν και θέτει τον πήχη για τα μελλοντικά πειράματα από άποψη ακρίβειας. Η γενική σχετικότητα είναι η καλύτερη θεωρία που έχουμε για τη βαρύτητα, αλλά ξέρουμε, λόγω της ασυμβατότητας της με την κβαντομηχανική και το καθιερωμένο πρότυπο (της σωματιδιακής φυσικής), πώς δεν αποτελεί την τελευταία λέξη. Το να βρούμε την παραμικρή απόκλιση από τη γενική σχετικότητα, θα συνιστά μια μείζονα ανακάλυψη που θα ανοίξει ένα παράθυρο σε μια νέα Φυσική πέρα από την τωρινή μας κατανόηση του σύμπαντος και τελικά μπορεί να μας βοηθήσει να ανακαλύψουμε επιτέλους μια ενοποιημένη θεωρία των θεμελιωδών δυνάμεων της φύσης», δήλωσε ο φυσικός Ρόμπερντ Φέρντμαν του Πανεπιστημίου East Anglia.

«Θα επιστρέψουμε στο μέλλον χρησιμοποιώντας νέα ραδιοτηλεσκόπια και νέα ανάλυση δεδομένων, ελπίζοντας ότι τελικά θα εντοπίσουμε κάποια αδυναμία στη γενική σχετικότητα, κάτι που θα μας οδηγήσει σε μια ακόμη καλύτερη βαρυτική θεωρία», ανέφερε ο αναπληρωτής καθηγητής Άνταμ Ντέλερ του αυστραλιανού Πανεπιστημίου Τεχνολογίας Σουίνμπερν.

Πηγή: ΑΠΕ – ΜΠΕ