Ein Diagramm der drei-Körper-system.Grafik: Thomas Tauris (Phys.org)
Wissenschaftler verstehen die Schwerkraft ziemlich gut, wenn es um zwei Objekte, sondern fügen Sie einen Dritten, und Sie haben die chaos—ein system, das unmöglich zu erklären, mit unserem einfachsten Gleichungen. Aber Sie haben auch eine Weise um zu testen, die Grenzen von Einsteins Theorie der Schwerkraft.
Du bist wahrscheinlich der Tatsache bewusst, dass es eine Menge offener Fragen über unser Universum—wie was ist dunkle Energie was ist dunkle Materie und warum kann nicht einer einheitlichen Physik-Theorie erklären die beiden die größten und kleinsten Objekte im Universum? Ein immer wiederkehrendes Thema der probing-Experimente dieser Probleme ist, dass Sie testen Einsteins Theorie der Allgemeinen Relativitätstheorie. Betrachten Sie die Extreme der Theorie, in der Hoffnung es gibt Orte, wo die Reale Welt nicht mit ihm einverstanden sind. Aber egal was jemand tut, die Theorie ist nicht gescheitert, noch.
“Tests der Allgemeinen Relativitätstheorie ist wichtig, gerade jetzt”, Anne Archibald, ein Physiker von der Universität Amsterdam, sagte Gizmodo. “Testen wir es in einer Weise, die bisher eher schwierig.”
Die Forscher testen die so genannte äquivalenzprinzip. Sie können definieren, Masse in zwei Möglichkeiten: wie ein Objekt verhält sich im Gravitationsfeld, und wie es sich verhält, wenn Sie versuchen, push-on, auch als seine träge Masse. Die Allgemeine Relativitätstheorie sagt, dass diese eigentlich das gleiche. Wenn Sie waren im Raum, Beschleunigung nach oben in einem Aufzug, der Kraft, die Ihre träge Masse fühlt, könnte genau das sein könnten durch das Gefühl des Stehens auf einem Planeten, der mit der rechten die Schwerkraft.
Aber sind die beiden eigentlich das gleiche? Wissenschaftler haben tests den Vergleich der Erde, des Mondes und der Sonne, und eine aktuelle experiment sogar den Planeten Merkur. So weit, Einsteins Theorie noch nicht als falsch erwiesen.
Ein neues Papier veröffentlicht, in der Natur verwendet stattdessen Beobachtungen eines drei-Körper-system namens PSR J0337+1715. Dieses system besteht aus einem drehenden Neutronenstern Schießen einen Strahl von Licht (ein pulsar) und einem weißen Zwerg, umkreisen einander, jedes von 1,6 Tage auf der Erde, die beide umkreisen einen anderen weißen Zwerg jeden 327 Tage auf der Erde.
Sie verwendet 800 Beobachtungen des Systems, die sich über sechs Jahre, mit dem Westerbork Synthesis Radio Telescope in den Niederlanden, das Robert C. Byrd Green Bank Teleskop in West Virginia, und William E. Gordon-Teleskop des Arecibo-Observatoriums in Puerto Rico.
Wie würden Sie testen, wie das Prinzip der äquivalenz? Gut, Sie haben zwei Objekte—eines ist ein weißer Zwerg Sterne, deren Masse sich größtenteils aus der Materie. Dann gibt es noch die pulsar. Der pulsar erfordert viel Gravitations-Energie holding it together—und Einsteins berühmtes E=mc2-Gleichung, die Schwerkraft macht den pulsar auch schwerer, weil Energie und Masse sind äquivalent. In der Tat, ein signifikanter Anteil der pulsar Masse, vielleicht 10 bis 20 Prozent, kommen von der Schwerkraft hält Sie zusammen. Wenn die Allgemeine Relativitätstheorie falsch ist, dann der Neutronenstern würde sich anders Verhalten, von seinem nahe gelegenen weißen Zwerg-Begleiter in Reaktion auf die weit entfernten weißen Zwerg ist die Schwerkraft.
Die Forscher Messen konnten dieses Verhalten basiert auf das pulsierende Verhalten des drehenden Neutronenstern. Die Beobachtungen haben ergeben, dass die weißen Zwerg und den pulsar schien zu Verhalten, genau die gleiche Art und Weise, in Reaktion auf die anderen weißen Zwerg ist die Schwerkraft. Die Allgemeine Relativitätstheorie gewinnt wieder.
Die Modellierung der drei-Körper-Systeme wie diese, ist schwierig. Als Ingrid Treppen, Autor der Studie und Physiker von der University of British Columbia, sagte Gizmodo “Wenn man einen Dritten Körper, da gibt es keine saubere Lösung ist das nur eine Gleichung auf ein Blatt Papier.” Sie haben möglicherweise Lesen die science-fiction-Buch, Das Drei-Körper-Problem, die beschreibt, wie unberechenbar diese Systeme sind durch die Linse von einer alien-Spezies, die versuchen zu überleben auf einem Planeten umkreist wird. Archibald war besonders begeistert über die Simulationen, die Sie verwendet, das problem zu modellieren, die mit dem, was Sie dachte, war eher grundlegende Physik.
Diese Arten von tests sind wichtig für die Art, wie Sie ausschließen können alternative Theorien von Schwerkraft, die Aussehen wie die Allgemeine Relativitätstheorie unterscheiden sich aber für die noch-zu-sein-erkundet physischen Sphären. Ein Physiker, der nicht mit der Studie beteiligten, Clifford von der University of Florida, Gainesville, schrieb, dass diese Forschung hat die Wirksamkeit von einigen dieser alternativen Theorien “viel schwächer”—aber, dass Sie noch nicht vollständig ausgeschlossen, nach einer Art Kommentar. Abweichungen von der Allgemeinen Relativitätstheorie würde noch sehr klein, sagte Archibald.
Ich habe auch gefragt, Archibald und Treppen, ob Sie gelesen hatte, Das Drei-Körper-Problem von Liu Cixin. Treppe nicht hatte, und Archibald ist auf halbem Weg durch. “Eines der Themen des Buches ist die grundlegende Physik… wenn Sie das gleiche experiment in zwei Orten, die Physik hängt nicht von wo. Es ist diese Universelle, fundamentale Physik, die Sie bekommen können mit sorgfältiger Experimente. [Liu], fragt, was passiert, wenn die Physik funktioniert nicht so?”, sagte Sie. “Ich bin auch Tests, die auf einer grundlegenden Ebene.”
[Natur]