Een schematische weergave van de drie-lichaam systeem.Afbeelding: Thomas Tauris (Phys.org)
Wetenschappers begrijpen de zwaartekracht vrij goed als het gaat om twee objecten, maar het toevoegen van een derde, en je hebt chaos—een systeem dat is onmogelijk uit te leggen met onze meest eenvoudige vergelijkingen. Maar je hebt ook een manier om te testen de grenzen van Einstein ‘ s theorie van de zwaartekracht.
U bent waarschijnlijk op de hoogte van het feit dat er veel openstaande vragen over ons heelal—zoals wat is donkere energie, wat is donkere materie, en waarom kan het niet een unified theorie verklaren zowel de grootste en de kleinste objecten in het heelal? Een terugkerend thema van experimenten aftasten van deze problemen is dat ze test Einstein ‘ s algemene relativiteitstheorie. Je kijkt naar de extremen van de theorie, in de hoop dat er plaatsen zijn waar de echte wereld is het niet eens met het. Maar het maakt niet uit wat iemand doet, de theorie is nog niet mislukt toch.
“Het testen van de algemene relativiteitstheorie is het belangrijk nu,” Anne Archibald, een natuurkundige van de Universiteit van Amsterdam, zei tegen Gizmodo. “We testen dit op een manier die moeilijk geweest tot nu toe.”
De onderzoekers testen de zogenaamde gelijkwaardigheidsbeginsel. U kunt definiëren massa op twee manieren: hoe een object zich gedraagt in een gravitatieveld, en hoe het zich gedraagt wanneer u probeert te duwen, ook wel de trage massa. De algemene relativiteitstheorie zegt dat zijn in feite hetzelfde. Als je in de ruimte, met een versnelling naar boven in een lift, de kracht van uw trage massa voelt kan nauwkeurig worden nagebootst door het gevoel van het staan op een planeet met het recht van de zwaartekracht.
Maar zijn de twee eigenlijk hetzelfde? Wetenschappers hebben testen uitgevoerd met het vergelijken van de Aarde, de maan en de Zon, en een recente experiment is zelfs betrokken de planeet Mercurius. Zo ver, Einstein ‘ s theorie is niet bewezen verkeerd.
Een nieuw artikel gepubliceerd in de Natuur gebruikt in plaats van waarnemingen van een drie-lichaam systeem, genaamd PSR J0337+1715. Dit systeem bestaat uit een draaiende neutronenster schieten van een bundel van licht (een pulsar) en een witte dwerg in een baan om elkaar om de 1.6 dagen op Aarde, zowel van die baan een andere witte dwerg elke 327 dagen op Aarde.
Ze gebruikt 800 waarnemingen van het systeem verspreid over meer dan zes jaar, met behulp van de Westerbork Synthese Radio Telescoop in Nederland, de Robert C. Byrd Green Bank Telescope in West-Virginia, en de William E. Gordon telescoop op de Arecibo-radiotelescoop in Puerto Rico.
Hoe zou u het testen van de equivalentie principe? Nou, je hebt twee objecten is een witte dwerg ster, waarvan de massa is meestal samengesteld uit materie. Dan is er de pulsar. De pulsar vergt veel van de gravitatie-energie holding it together—en, door Einstein’ beroemde E=mc2 vergelijking, de zwaartekracht zorgt ervoor dat de pulsar ook zwaarder, omdat energie en massa equivalent zijn. In feite, een aanzienlijk deel van de pulsar de massa, misschien 10 tot 20 procent, kunnen komen van de zwaartekracht holding it together. Als de algemene relativiteitstheorie is mis, dan is de neutronenster zou zich anders gedragen van de nabijgelegen witte dwerg metgezel in reactie op de verre witte dwerg is de zwaartekracht.
De onderzoekers meten van dit gedrag dat gebaseerd is op het pulserende gedrag van de draaiende neutronenster. De observaties bleek dat de witte dwerg en de pulsar leek zich te gedragen op precies dezelfde manier in reactie op de andere witte dwerg is de zwaartekracht. De algemene relativiteitstheorie wint opnieuw.
Modellering van drie-systemen in het lichaam, zoals deze is moeilijk. Als Ingrid Trap, studie auteur en natuurkundige van de Universiteit van British Columbia, vertelde Gizmodo, “Als je een derde lichaam, er is geen nette oplossing, dat is gewoon een vergelijking op een vel papier.” U hebt kunnen lezen, hebben de science fiction boek, De Drie-Body Problem, waarin wordt beschreven hoe onvoorspelbaar deze systemen zijn door de lens van een uitheemse soorten proberen te overleven op een planeet in een baan rond. Archibald was vooral enthousiast over de simulaties die ze gebruikt om het probleem met behulp van wat ze dacht was nogal elementaire fysica.
Dit soort testen zijn belangrijk voor de manier waarop ze kunnen de regel van alternatieve theorieën over de zwaartekracht, die lijken op de algemene relativiteitstheorie, maar verschillen voor de nog-te-worden verkend fysieke rijken. Een natuurkundige niet betrokken bij de studie, Clifford Zal van de Universiteit van Florida, Gainesville, schreef dat dit onderzoek heeft de geldigheid van een aantal van die alternatieve theorieën “veel zwakker”—maar dat ze nog niet volledig uitgesloten, volgens de Aard commentaar. Afwijkingen van de algemene relativiteitstheorie zou nog heel klein zijn, zei Archibald.
Ik heb ook gevraagd Archibald en Trappen of ze had gelezen en De Drie-Lichaam Probleem door Liu Cixin. Trap niet had, en Archibald is halverwege. “Een van de thema’ s van het boek is de fundamentele natuurkunde… als je hetzelfde experiment op twee plaatsen, natuurkunde niet afhankelijk is van waar. Het is deze universele fundamentele fysica, kun je voorzichtig met experimenteren. [Liu] vraagt, wat gebeurt er als de natuurkunde werkt niet op die manier?” zei ze. “Ik ben het testen dat op een fundamenteel niveau.”
[Natuur]