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.

Advertisements

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.

Πάλσαρ: Το δώρο του σύμπαντος στη φυσική

Τα πάλσαρ, πυκνά άστρα νετρονίων, είναι ίσως τα πλέον εκπληκτικά εργαστήρια φυσικής στο Σύμπαν. Η έρευνα σε αυτά τα ακραία και εξωτικά αντικείμενα έχει ήδη αποφέρει δύο βραβεία Νόμπελ. Οι ερευνητές των πάλσαρ τώρα είναι έτοιμοι να μάθουν από αυτά τα αντικείμενα τέτοιες λεπτομέρειες της πυρηνικής φυσικής, που δεν είναι διαθέσιμες αλλιώς, με σκοπό να ελέγξουν τη Γενική Σχετικότητα σε συνθήκες ακραίας βαρύτητας, αλλά και την ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων άμεσα με ένα «τηλεσκόπιο» σχεδόν όσο το μέγεθος του Γαλαξία μας.

Κυλάει ο χρόνος το ίδιο γρήγορα στη Γη και στον Άρη;

Πριν από τη δημοσίευση της Θεωρίας της Σχετικότητας, η απάντηση θα ήταν κατηγορηματική: ο χρόνος κυλάει εξίσου γρήγορα και στους δύο πλανήτες. Τα πράγματα, όμως, δεν είναι τόσο απλά, γιατί –σύμφωνα με την Γενική Θεωρία της Σχετικότητας– ο ρυθμός με τον οποίο «τρέχει» ένα ρολόι εξαρτάται από το βαρυτικό πεδίο μέσα στο οποίο βρίσκεται, όπως επίσης και από την απόστασή του από τη συσσώρευση ύλης η οποία προκαλεί το πεδίο. Έτσι, όσο ισχυρότερο είναι ένα πεδίο τόσο πιο αργό είναι το ρολόι.

Το φως από τα σμήνη των γαλαξιών επιβεβαιώνει τη θεωρία της σχετικότητας

Ερευνητές ανέλυσαν το φως που έρχεται από τους γαλαξίες σε περίπου 8.000 σμήνη γαλαξιών. Τα σμήνη των γαλαξιών είναι συσσωρεύσεις χιλιάδες γαλαξιών (κάθε φως στην εικόνα είναι κι ένας γαλαξίας), οι οποίοι συνδέονται μεταξύ τους με τη βαρύτητά τους. Αυτή η βαρύτητα επηρεάζει το φως που στέλνεται στο διάστημα από τους γαλαξίες.

Ο ήλιος βοηθάει τους φυσικούς να ελέγξουν εναλλακτικές θεωρίες της βαρύτητας

Κάποιες εναλλακτικές λύσεις για τη γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν μπορεί να ερευνηθούν μελετώντας τον Ήλιο. Αυτή είναι η άποψη μιας ομάδας φυσικών στην Πορτογαλία, οι οποίοι έχουν διαπιστώσει ότι μια παραλλαγή μιας θεωρίας, που προβλήθηκε σχεδόν έναν αιώνα πριν από τον Arthur Eddington, είναι μεν δύσκολη αλλά δεν αποκλείεται να ελεγχθεί από τις παρατηρήσεις των ηλιακών νετρίνων και των ηλιακών ηχητικών κυμάτων

Το σκάφος Gravity Probe B δικαιώνει και πάλι τον Αϊνστάιν

Μετά από 96 χρόνια η επαναστατική θεωρία του Αϊνστάιν, που δεν μπορούσε να εξεταστεί με ακρίβεια τόσα χρόνια λόγω έλλειψης επαρκούς τεχνολογίας, επιβεβαιώθηκε πλήρως. Ο χωροχρόνος γύρω από μεγάλα ουράνια σώματα όχι μόνο καμπυλώνεται λόγω της παρουσίας τους αλλά διαστρεβλώνεται και συστρέφεται καθώς τα σώματα περιστρέφονται, σύμφωνα με τις εξαετείς μετρήσεις του σκάφους της NASA, Gravity Probe B (GP-B).

Η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας του Αϊνστάιν ανατρέπει το νόμο της βαρύτητας του Νεύτωνα

Ο νόμος του Νεύτωνα για τη βαρύτητα ήταν πολύ σημαντικός διότι ενσωμάτωνε σε μία σχέση όλα όσα είχαν προσπαθήσει να εξηγήσουν για το Ηλιακό Σύστημα ο Κοπέρνικος, ο Κέπλερ και ο Γαλιλαίος, ενώ έδωσε με ακρίβεια τις κινήσεις των πλανητών γύρω από τον ήλιο. Έτσι, αφού εξουσίαζε όλο το γνωστό σύμπαν οι φυσικοί υπέθεταν ότι το πρόβλημα της βαρύτητας είχε επιλυθεί και χρησιμοποιούσαν τον τύπο του Νεύτωνα για να εξηγήσουν τα πάντα, από την πτήση ενός βέλους μέχρι την τροχιά ενός κομήτη.

Η θεωρία της βαρύτητας των Brans και Dicke

Η θεωρία των Carl Brans και Robert Dicke αναπτύχθηκε το 1961 και είναι ένα θεωρητικό πλαίσιο για να εξηγήσει την βαρύτητα. Είναι μια πολύ γνωστή θεωρία ανταγωνιστής της πιο δημοφιλούς θεωρίας της γενικής σχετικότητας. Σε αυτήν η βαρυτική αλληλεπίδραση διαμεσολαβείται από ένα βαθμωτό πεδίο, όπως και από το πεδίο τανυστή της γενικής σχετικότητας. Επίσης, η βαρυτική σταθερά G δεν θεωρείται ότι είναι σταθερή, ενώ το 1 / G αντικαθίσταται από ένα βαθμωτό πεδίο φ , που μπορεί να ποικίλλει από τόπο σε τόπο αλλά και με το χρόνο.

‘Επανεξετάζοντας τον Αϊνστάιν: Το τέλος του χωροχρόνου’

Ήταν μια ομιλία που ομολογουμένως άλλαξε τον τρόπο που σκεφτόμαστε τον χώρο και τον χρόνο. Η χρονιά που έγινε ήταν το 1908 και ο Γερμανός μαθηματικός Hermann Minkowski είχε προσπαθήσει να αισθητοποιήσει την καυτή νέα ιδέα του Άλμπερτ Αϊνστάιν – αυτό που σήμερα γνωρίζουμε ως ειδική σχετικότητα – περιγράφοντας πως τα αντικείμενα συρρικνώνονται και ο χρόνος διαστέλλεται καθώς αυτά κινούνται πολύ γρήγορα.