Η μαύρη τρύπα του Γαλαξία μας δίνει άλλη μια επιτυχημένη δοκιμασία της Γενικής Σχετικότητας του Αϊνστάιν

Μια παρατήρηση δεκαετιών επιβεβαιώνει τις προβλέψεις των αστρονόμων για το πώς συμπεριφέρεται το φως σε ένα τεράστιο πεδίο βαρύτητας, όπως είναι της γιγαντιαίας μαύρης τρύπας στο κέντρο του Γαλαξία μας, που τεντώνει το φως που εκπέμπεται από ένα αστέρι που κινείται γύρω από αυτήν. Το φαινόμενο, γνωστό ως βαρυτική ερυθρή μετατόπιση, προβλεπόταν από τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας του Αϊνστάιν , αλλά μέχρι τώρα δεν είχε εντοπιστεί ποτέ στο περιβάλλον μιας μαύρης τρύπας.

Η γενική σχετικότητα του Αϊνστάιν περνά τη δοκιμή και των μαύρων οπών

Στο κέντρο του Γαλαξία μας βρίσκεται μια μαύρη τρύπα 4 εκατομμυρίων ηλιακών μαζών που ονομάζεται Τοξότης Α *. Αυτό το βαρυτικό τέρας περιβάλλεται από μια ομάδα αστέρων που περιστρέφονται γύρω από αυτήν με μεγάλη ταχύτητα. Αυτό το ακραίο περιβάλλον το καθιστά ιδανικό μέρος για να εξερευνηθεί η φυσική της βαρύτητας και ιδιαίτερα για να δοκιμαστεί η θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν. Νέες παρατηρήσεις από τρία ευαίσθητα όργανα στο Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο, επέτρεψαν τώρα στους αστρονόμους να ακολουθήσουν ένα από αυτά τα αστέρια, το S2, καθώς πέρασε πολύ κοντά στον Τοξότη A* τον Μάιο του 2018. Στο πλησιέστερο σημείο το S2 ήταν σε απόσταση περίπου 20 δισεκατομμύρια χιλιόμετρα από τη μαύρη τρύπα και κινούνταν με ταχύτητα άνω των 15,5 εκατομμυρίων χιλιομέτρων ανά ώρα – σχεδόν 2,5% της ταχύτητας του φωτός.

Επτά προβλέψεις της Γενικής Σχετικότητας

H θεωρία της βαρύτητας του Αϊνστάιν συγκαταλέγεται μεταξύ των πλέον καλαίσθητων επιτευγμάτων της θεωρητικής φυσικής. Ενσάρκωσε ένα σπουδαίο εννοιολογικό σημείο καμπής και έδωσε αρκετές αξιοσημείωτες προβλέψεις, προχωρώντας πολύ πέρα από τη θεωρία του Νεύτωνα. Οι σημαντικότερες από αυτές τις προβλέψεις έχουν επιβεβαιωθεί. Με έναν εντυπωσιακό κατάλογο προβλέψεων, οι οποίες σε μεγάλο βαθμό έχουν επιβεβαιωθεί από ποικίλα πειράματα, η γενική σχετικότητα ξεχωρίζει ως μία από τις πλουσιότερες θεωρίες που συνέλαβε ποτέ το ανθρώπινο πνεύμα.

Η θεωρία της βαρύτητας του Αϊνστάιν περάσει το πιο δύσκολο τεστ μέχρι σήμερα

Η θεωρία γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν έχει περάσει την πιο σκληρή μέχρι τώρα δοκιμασία, αναφέρει μια νέα μελέτη που εξέτασε την αρχή της ισοδυναμίας κάτω από ακραίες συνθήκες: σε ένα σύστημα που αποτελείται από δύο υπερβολικά αστρικά πτώματα γνωστά ως λευκοί νάνοι και ένα ακόμη πιο πυκνό αστέρι νετρονίων έδειξε ότι η αρχή της ισοδυναμίας κάνει διάνα στις προβλέψεις της.

Το τηλεσκόπιο VLT κάνει την πιο ακριβή δοκιμή της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν εκτός του Γαλαξία

Χρησιμοποιώντας το όργανο MUSE στο Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο (VLT) της ESO στην Χιλή, μια ομάδα αστροφυσικών, με επικεφαλής τον Thomas Collett από το Πανεπιστήμιο του Πόρτσμουθ, υπολόγισε για πρώτη φορά τη μάζα του ESO 325-G004 (ένας γιγάντιος ελλειπτικός γαλαξίας που βρίσκεται στον αστερισμό του Κενταύρου, περίπου 465 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά), μετρώντας την κίνηση των άστρων μέσα σε αυτόν τον κοντινό μας γαλαξία. Και από τη μάζα επιβεβαίωσαν τη Γενική Σχετικότητα.

Η θεωρία της βαρύτητας του Αϊνστάιν θα δοκιμαστεί σ’ ένα άστρο που περνάει δίπλα από την μαύρη τρύπα στον Γαλαξία μας

Υπάρχει μια μικρή ομάδα αστεριών που καλούνται S-αστέρια που περιστρέφονται επικίνδυνα κοντά στην υπερβαρέα μαύρη τρύπα στο κέντρο του Γαλαξία μας, που ονομάζεται Τοξότης Α *. Αυτά τα άστρα βρίσκονται τόσο κοντά στο κέντρο του Γαλαξία, που η τεράστια βαρύτητα τα αναγκάζει να κινούνται με ταχύτητες περίπου 2,5% της ταχύτητας του φωτός ή σχεδόν 27 εκατομμύρια χιλιόμετρα / ώρα).

Η διαστολή του χρόνου στη Γενική Σχετικότητα

Γιατί σε σημεία που το βαρυτικό πεδίο είναι ισχυρότερο, τα ρολόγια «τρέχουν» με πιο αργούς ρυθμούς; Η απάντηση βρίσκεται στα πλαίσια της Γενικής σχετικότητας και μπορούμε να δώσουμε μια απλή εξήγηση χωρίς να καταφύγουμε στις γενικές εξισώσεις πεδίου του Einstein. Ένα από τα κεντρικά σημεία στα οποία στηρίχτηκε η Γενική Σχετικότητα, είναι η λεγόμενη αρχή της ισοδυναμίας. Αυτή λέει ότι όλοι οι νόμοι της φυσικής έχουν την ίδια μορφή σε ένα σύστημα αναφοράς που εκτελεί ελεύθερη πτώση, με αυτή που θα είχαν σε ένα σύστημα αναφοράς εκτός πεδίου βαρύτητας.

Δοκιμάζοντας τη θεωρία του Αϊνστάιν σε ένα τριπλό σύστημα άστρων

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 παρατήρηση του Ερμή αποκαλύπτει πως ο Ήλιος χάνει τη μάζα του σε συμφωνία με την γενική σχετικότητα

Ο ήλιος χάνει μάζα πολύ, πολύ αργά. Αυτό είναι ως επί το πλείστον φυσιολογικό – καθώς η διαδικασία της πυρηνικής σύντηξης μετατρέπει σταδιακά τη μάζα του σε ενέργεια και στη συνέχεια ακτινοβολεί αυτή την ενέργεια έξω στο ηλιακό σύστημα. Κι αυτό κάτι σημαίνει για το υπόλοιπο τμήμα του ηλιακού συστήματος. Το γεγονός αυτό πρόκειται να έχει καταστροφικές επιπτώσεις πάνω στη Γη σε μερικά δισεκατομμύρια χρόνια. Προς το παρόν, ερευνητές στη NASA και το MIT νομίζουν ότι μπορούν να χρησιμοποιήσουν την τροχιά του Ερμή για να μάθουν περισσότερα για τον ήλιο.

Νέα επιβεβαίωση της Γενικής Σχετικότητας του Αϊνστάιν με την καμπύλωση του φωτός ενός λευκού νάνου

Οι επιστήμονες κατάφεραν να υπολογίσουν έμμεσα τη μάζα ενός κοντινού άστρου, χρησιμοποιώντας την καμπύλωση που προκάλεσε η βαρύτητά του στο φως ενός άλλου μακρινού άστρου, κάτι που έως τώρα είχε προβλεφθεί μόνο θεωρητικά. Το επίτευγμα επιβεβαιώνει για μια ακόμη φορά την ισχύ της Γενικής Θεωρίας Σχετικότητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν, λίγο πάνω από έναν αιώνα μετά τη δημοσίευσή της.

Ενδείξεις παραβίασης της Γενικής Σχετικότητας από το ίδιο πείραμα που δικαίωσε τον Αϊνστάιν

Οι δύο ανιχνευτές Advanced LIGO στις ΗΠΑ πέρασαν στην ιστορία τον Σεπτέμβριο του 2015, όταν έγιναν οι πρώτοι που κατέγραψαν σήματα βαρυτικών κυμάτων, και έτσι επιβεβαίωσαν μία από τις λίγες προβλέψεις της Γενικής Σχετικότητας που μέχρι εκείνη τη στιγμή δεν είχαν επαληθευτεί πειραματικά.

Πώς η σχετικότητα του Αϊνστάιν έσωσε το ηλιοκεντρικό μοντέλο

Για χιλιετίες, κατά το μεγαλύτερο μέρος της ανθρώπινης ιστορίας, οι πλανήτες και η Σελήνη ήταν τα μόνα σώματα που ξέραμε σε ένα μεταβαλλόμενο σύμπαν. Τα αστέρια και ο Γαλαξίας μας – νύκτα με τη νύχτα, χρόνο με το χρόνο – εμφανίζονταν ίδια, ή έμοιαζαν να αλλάζουν τόσο λίγο, τόσο σπάνια και τόσο σταδιακά που η ανθρωπότητα ποτέ δεν το μάθαινε. Μια προσεκτική παρατήρηση θα σημείωνε ότι οι πλανήτες όχι απλώς «περιπλανώνται» από βράδυ σε βράδυ, αλλά μετακόμιζαν με ένα προβλέψιμο τρόπο, τόσο μπροστά αλλά και με οπισθοδρομικές κινήσεις.

Τα 100 χρόνια της Γενικής Σχετικότητας

Σήμερα, 25 Νοεμβρίου 2015, συμπληρώνονται 100 χρόνια από τότε που ο Αϊνστάιν παρουσίασε την τελική μορφή της διάσημης πλέον Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας, με μια ομιλία του στην Πρωσική Ακαδημία Επιστημών.

Πείραμα από ευρωπαϊκούς δορυφόρους πάνω στη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας του Αϊνστάιν

Ο 5ος και 6ος δορυφόρος του ευρωπαϊκού προγράμματος Galileo θα βοηθήσουν στην πραγματοποίηση ενός φιλόδοξου πειράματος πάνω στη διασημότερη θεωρία του Αϊνστάιν: Τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας.

Η θεωρία του Αινστάιν επιβεβαιώνεται από τα δεδομένα για το «νεαρό» σύμπαν

Η γενική θεωρία της σχετικότητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν, όπως και το κυρίαρχο κοσμολογικό μοντέλο, συμφωνούν με τα διαθέσιμα δεδομένα σχετικά με την κατάσταση του σύμπαντος στα πρώτα στάδια της δημιουργίας τους.

Ειδική και Γενική Σχετικότηταn

H «νεότερη Φυσική» ξεκινά στις αρχές του 20ού αιώνα με την Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας (ΕΘΣ) του Αϊνστάιν που εισήγαγε μερικές επαναστατικές ιδέες για την εποχή της, όπως για παράδειγμα ότι ο χρόνος «κυλάει» διαφορετικά για παρατηρητές που κινούνται με διαφορετικές ταχύτητες, αλλά και ότι οι διαστάσεις των αντικειμένων αλλάζουν και εξαρτώνται από την ταχύτητα με την οποία κινούνται. Επιπλέον, αλλαγές υφίσταται η έννοια της μάζας: για παράδειγμα, ένα σώμα γίνεται «βαρύτερο» όταν κινείται. Τούτο δεν σημαίνει ότι το σώμα απέκτησε ξαφνικά περισσότερα πρωτόνια και ηλεκτρόνια, αλλά ότι απαιτείται μεγαλύτερη δύναμη για να μεταβάλουμε την κινητική του κατάσταση όταν κινείται παρά όταν ηρεμεί. Φυσικά, όλα αυτά γίνονται αντιληπτά μόνο σε κινήσεις με ταχύτητες που πλησιάζουν την ταχύτητα του φωτός. Σήμερα, τέτοιες ταχύτητες δεν είναι καθόλου σπάνιες σε πειράματα με υποατομικά σωματίδια και όλες οι προβλέψεις της ΕΘΣ έχουν επιβεβαιωθεί πειραματικά.

Η γεωμετρία του διαστελλόμενου σύμπαντος

Μια σημαντική ερώτηση για την κοσμολογία σήμερα, είναι πόση μάζα περιέχεται στο Σύμπαν και ποιες οι επιπτώσεις της μάζας αυτής στην γεωμετρία και τον ρυθμό διαστολής του Σύμπαντος.

Ο Αϊνστάιν επισκιάζει το Νεύτωνα

Ενώ ο Αριστοτέλης είδε τη βαρύτητα σαν μια ιδιότητα της ύλης, ο Νεύτωνας τη θεωρούσε σαν μια περίπου μυστηριώδη δύναμη. Αλλά στην γενική σχετικότητα δεν ισχύει ούτε το ένα ούτε το άλλο. Η βαρύτητα, στο νέο κόσμο του Αϊνστάιν, είναι μια εκδήλωση της καμπύλωσης στη γεωμετρίας του χωρόχρονου. Όπως το έθεσε πολύ σωστά ο John Wheeler: «Η ύλη λέει στον χώρο πώς να καμπυλωθεί και ο χώρος λέει πώς αυτή να κινηθεί» (η λέξη χώρος που χρησιμοποιεί ο Wheeler είναι στην πραγματικότητα ο «χωροχρόνος».) Το νευτώνειο ισοδύναμο αυτού του αφορισμού θα ήταν: «Η ύλη λέει στην ύλη πώς να κινηθεί.”

H θεωρία της βαρύτητας του Αϊνστάιν

Στη Νευτώνεια θεωρία η βαρύτητα αντιμετωπίζεται σαν ένα πεδίο το οποίο είναι ανάλογο ως προς πολλές από τις ιδιότητες του με ένα ηλεκτρικό πεδίο. Ωστόσο, υπάρχουν δύο βασικές ιδέες οι οποίες οδηγούν στη σκέψη ότι ίσως η βαρύτητα είναι διαφορετική από τα άλλα πεδία.

Γεωμετρία, Τοπολογία και Πεπρωμένο του Σύμπαντος

Όταν σκεφτόμαστε το σύμπαν στη γενική σχετικότητα (GR) πρέπει να απαντήσουμε σε τρεις πολύ διαφορετικές έννοιες: Ποιό είναι το σχήμα του σύμπαντος; Είναι το σύμπαν πεπερασμένο ή άπειρο; Θα διαστέλλεται το σύμπαν για πάντα ή θα συσταλεί αργότερα.