Η θεωρία της βαρύτητας του Αϊνστάιν έχει δοκιμαστεί με πολλούς τρόπους, από την αργή μετατόπιση του περιηλίου του Ερμή έως τον εντοπισμό των βαρυτικών κυμάτων. Μέχρι στιγμής η θεωρία έχει περάσει κάθε δοκιμασία, αλλά αυτό δεν σημαίνει απαραίτητα ότι είναι απόλυτα αληθής. Όπως κάθε θεωρία, η γενική σχετικότητα βασίζεται σε ορισμένες υποθέσεις σχετικά με τον τρόπο λειτουργίας του σύμπαντος. Η μεγαλύτερη υπόθεση στην σχετικότητα είναι η αρχή της γενικής ισοδυναμίας.
Η αρχή της ισοδυναμίας προτάθηκε τόσο από τον Γαλιλαίο όσο και από τον Νεύτωνα και ουσιαστικά δηλώνει ότι δύο τυχαία αντικείμενα θα πέσουν με τον ίδιο ρυθμό κάτω από την επίδραση της βαρύτητας. Αφαιρώντας την αντίσταση του αέρα, το μπαλάκι του τένις και ένα φτερό πρέπει να πέφτουν με τον ίδιο ρυθμό. Τα πειράματα που έχουν δοκιμάσει την Αρχή της Ισοδυναμίας δείχνουν ότι ισχύει με μια πολύ μεγάλη ακρίβεια.
Στη Νευτώνεια βαρύτητα, αυτό σημαίνει απλώς ότι η βαρυτική δύναμη ενός αντικειμένου είναι ανάλογη με τη μάζα του, έτσι ακόμα κι αν η αρχή της ισοδυναμίας είναι κατά προσέγγιση μόνο, μπορούμε και τότε ακόμα να χρησιμοποιήσουμε τη Νευτώνεια βαρύτητα. Αλλά στη θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν, η βαρύτητα δεν είναι δύναμη, αλλά απλώς η επίδραση της κατάλληλης “ύφανσης” του χωροχρόνου . Προκειμένου αυτή η θεωρία να ισχύει στην πραγματικότητα, η αρχή της ισοδυναμίας δεν μπορεί να είναι σχεδόν αληθής, πρέπει να είναι τελείως ακριβής. Αν τα αντικείμενα «πέφτουν» λόγω της κάμψης του ίδιου του χωρόχρονου, τότε όλα τα σώματα πρέπει να πέφτουν με τον ίδιο ρυθμό, επειδή όλα βρίσκονται στον ίδιο χωρόχρονο.
Αλλά υπάρχει μια ενδιαφέρουσα ιδέα σε αυτήν την Αρχή. Ένα από τα πράγματα που προβλέπει η σχετικότητα είναι ότι η μάζα και η ενέργεια σχετίζονται. Αυτό μας λέει η πιο γνωστή και διάσημη εξίσωση του Einstein, E = mc 2. Κανονικά η «σχετικιστική μάζα» ενός αντικειμένου είναι ουσιαστικά η ίδια με την κανονική του μάζα, αλλά αντικείμενα όπως τα αστέρια νετρονίων έχουν τόσο ισχυρά βαρυτικά και ηλεκτρομαγνητικά πεδία που η σχετικιστική τους μάζα είναι λίγο μεγαλύτερη από τη μάζα της ύλης τους. Εάν η βαρυτική δύναμη ενός αντικειμένου είναι ανάλογη με τη υλοενέργεια, τότε ένα αστέρι νετρονίων πρέπει να πέφτει ελαφρώς ταχύτερα από τα ελαφρύτερα αντικείμενα. Εάν λοιπόν ο Αϊνστάιν έχει δίκιο, τότε ένα αστέρι νετρονίων πρέπει να πέφτει με τον ίδιο ρυθμό όπως οποιοδήποτε άλλο.
Πριν από μερικά χρόνια, οι αστρονόμοι ανακάλυψαν ένα σύστημα τριών άστρων που περιστρέφονται μαζί. Δύο από αυτά είναι λευκοί νάνοι άστρα , ενώ το τρίτο είναι άστρο νετρονίων, το PSR J0337+1715. Το αστέρι νετρονίων είναι επίσης και πάλσαρ , που ση-
μαίνει ότι εκπέμπει κανονικούς ραδιοφωνικούς παλμούς ενέργειας. Ο χρονισμός αυτών
των παλμών καθορίζεται από την περιστροφή του αστέρα νετρονίων, ο οποίος χρονισμός είναι βασικά σταθερός. Οποιαδήποτε μεταβολή στον χρονισμό των παλμών οφείλεται επομένως στην κίνηση του αστέρα νετρονίων στην τροχιά του. Με άλλα λόγια, μπορούμε
να χρησιμοποιήσουμε τους ραδιοφωνικούς παλμούς για να μετρήσουμε με ακρίβεια την κίνηση του αστέρα νετρονίων.
Κάθε ένα από τα αστέρια σε αυτό το σύστημα κάνει βασικά στην πραγματικότητα μια «πτώση» στο βαρυτικό πεδίο των άλλων δύο. Πρόσφατα μια ομάδα αστρονόμων παρα-τηρούσε αυτό το σύστημα για να δει αν το αστέρι νετρονίων πέφτει σε διαφορετικό ρυθμό από την πρόβλεψη του Αϊνστάιν. Το αποτέλεσμα ήταν ένας θρίαμβος της θεωρίας του Αϊνστάιν. Μέσα σε 0,16 χιλιοστά του 1% (το όριο παρατήρησης των δεδομένων τους) το αστέρι νετρονίων πέφτει με τον ίδιο ρυθμό όπως ένας λευκός νάνος.
Για άλλη μια φορά, η θεωρία της βαρύτητας του Αϊνστάιν δεν μας απογοήτευσε. Είναι όντως σωστή.
*Αναδημοσίευση από την ιστοσελίδα physics4u.gr
Η αρχή της ισοδυναμίας προτάθηκε τόσο από τον Γαλιλαίο όσο και από τον Νεύτωνα και ουσιαστικά δηλώνει ότι δύο τυχαία αντικείμενα θα πέσουν με τον ίδιο ρυθμό κάτω από την επίδραση της βαρύτητας. Αφαιρώντας την αντίσταση του αέρα, το μπαλάκι του τένις και ένα φτερό πρέπει να πέφτουν με τον ίδιο ρυθμό. Τα πειράματα που έχουν δοκιμάσει την Αρχή της Ισοδυναμίας δείχνουν ότι ισχύει με μια πολύ μεγάλη ακρίβεια.
Στη Νευτώνεια βαρύτητα, αυτό σημαίνει απλώς ότι η βαρυτική δύναμη ενός αντικειμένου είναι ανάλογη με τη μάζα του, έτσι ακόμα κι αν η αρχή της ισοδυναμίας είναι κατά προσέγγιση μόνο, μπορούμε και τότε ακόμα να χρησιμοποιήσουμε τη Νευτώνεια βαρύτητα. Αλλά στη θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν, η βαρύτητα δεν είναι δύναμη, αλλά απλώς η επίδραση της κατάλληλης “ύφανσης” του χωροχρόνου . Προκειμένου αυτή η θεωρία να ισχύει στην πραγματικότητα, η αρχή της ισοδυναμίας δεν μπορεί να είναι σχεδόν αληθής, πρέπει να είναι τελείως ακριβής. Αν τα αντικείμενα «πέφτουν» λόγω της κάμψης του ίδιου του χωρόχρονου, τότε όλα τα σώματα πρέπει να πέφτουν με τον ίδιο ρυθμό, επειδή όλα βρίσκονται στον ίδιο χωρόχρονο.
Αλλά υπάρχει μια ενδιαφέρουσα ιδέα σε αυτήν την Αρχή. Ένα από τα πράγματα που προβλέπει η σχετικότητα είναι ότι η μάζα και η ενέργεια σχετίζονται. Αυτό μας λέει η πιο γνωστή και διάσημη εξίσωση του Einstein, E = mc 2. Κανονικά η «σχετικιστική μάζα» ενός αντικειμένου είναι ουσιαστικά η ίδια με την κανονική του μάζα, αλλά αντικείμενα όπως τα αστέρια νετρονίων έχουν τόσο ισχυρά βαρυτικά και ηλεκτρομαγνητικά πεδία που η σχετικιστική τους μάζα είναι λίγο μεγαλύτερη από τη μάζα της ύλης τους. Εάν η βαρυτική δύναμη ενός αντικειμένου είναι ανάλογη με τη υλοενέργεια, τότε ένα αστέρι νετρονίων πρέπει να πέφτει ελαφρώς ταχύτερα από τα ελαφρύτερα αντικείμενα. Εάν λοιπόν ο Αϊνστάιν έχει δίκιο, τότε ένα αστέρι νετρονίων πρέπει να πέφτει με τον ίδιο ρυθμό όπως οποιοδήποτε άλλο.
Πριν από μερικά χρόνια, οι αστρονόμοι ανακάλυψαν ένα σύστημα τριών άστρων που περιστρέφονται μαζί. Δύο από αυτά είναι λευκοί νάνοι άστρα , ενώ το τρίτο είναι άστρο νετρονίων, το PSR J0337+1715. Το αστέρι νετρονίων είναι επίσης και πάλσαρ , που ση-
μαίνει ότι εκπέμπει κανονικούς ραδιοφωνικούς παλμούς ενέργειας. Ο χρονισμός αυτών
των παλμών καθορίζεται από την περιστροφή του αστέρα νετρονίων, ο οποίος χρονισμός είναι βασικά σταθερός. Οποιαδήποτε μεταβολή στον χρονισμό των παλμών οφείλεται επομένως στην κίνηση του αστέρα νετρονίων στην τροχιά του. Με άλλα λόγια, μπορούμε
να χρησιμοποιήσουμε τους ραδιοφωνικούς παλμούς για να μετρήσουμε με ακρίβεια την κίνηση του αστέρα νετρονίων.
Κάθε ένα από τα αστέρια σε αυτό το σύστημα κάνει βασικά στην πραγματικότητα μια «πτώση» στο βαρυτικό πεδίο των άλλων δύο. Πρόσφατα μια ομάδα αστρονόμων παρα-τηρούσε αυτό το σύστημα για να δει αν το αστέρι νετρονίων πέφτει σε διαφορετικό ρυθμό από την πρόβλεψη του Αϊνστάιν. Το αποτέλεσμα ήταν ένας θρίαμβος της θεωρίας του Αϊνστάιν. Μέσα σε 0,16 χιλιοστά του 1% (το όριο παρατήρησης των δεδομένων τους) το αστέρι νετρονίων πέφτει με τον ίδιο ρυθμό όπως ένας λευκός νάνος.
Για άλλη μια φορά, η θεωρία της βαρύτητας του Αϊνστάιν δεν μας απογοήτευσε. Είναι όντως σωστή.
*Αναδημοσίευση από την ιστοσελίδα physics4u.gr
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου