Kuvittele, että olet tähtitieteilijä, jolla on mielenkiintoisia ideoita kosmoksen salaisista laeista. Kuten kaikki hyvät tiedemiehet, suunnittelet kokeilua hypoteesisi testaamiseksi. Ja sitten yhtäkkiä huonot uutiset: sitä ei voi testata, paitsi ehkä tietokoneimulaatio. Avaruusobjektit ovat liian suuria ja epämiellyttäviä kasvaa Petrimaljassa tai törmäävät alaatomisiksi hiukkasiksi.
Onneksi avaruudessa on harvinaisia paikkoja, joissa luonto tekee omia kokeiluja - kuten PSR J0337 + 1715. Tämä kolminkertainen järjestelmä havaittiin ensimmäisen kerran vuonna 2012, ja vuonna 2014 tutkijat ilmoittivat virallisesti havainnoistaan. Se sijaitsee 4200 valovuoden päässä Taurus-tähdistössä.
Kolme kuollut tähtiytintä pyörittävät tanssissa, joka voisi vahvistaa - tai johtaa muutokseen - Einsteinin ajatuksen avaruusajasta. Panokset ovat korkeat. 1970-luvulla kahden kuolleen tähden järjestelmä tarjosi vahvan, tosin epäsuoran todisteen Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian teoriasta ja että LIGOn lopulta löytämät painovoima-aallot olivat olemassa. Tästä työstä tutkijat saivat Nobel-palkinnon.
Jos haluat ymmärtää PSR J0337 + 1715: n osana koetta, Joshua Sokol New Scientistin kanssa ehdottaa edustavan sitä fyysisenä sijaintina. Noin samalla etäisyydellä järjestelmän keskustasta, jossa Maa pyörii Auringon ympärillä, on kylmä valkoinen kääpiö, joka on meidän kaltaisen tähden jähmettyneen ytimen jäännöksiä. Hieman kauempana on toinen kuumempi valkoinen kääpiö. Sen pitäisi "huutaa kirkkaasti" taivaalla, sanoo Scott Ransome Virginian kansallisesta radioastronomian observatoriosta, joka valvoo järjestelmän havaintoja.
Jokainen 1,6 päivä, tämä sisäinen valkoinen kääpiö kiertää seuralaisensa, joka on näkymätön paljaalla silmällä. Mutta röntgen- tai gammasäteilyssä, kaksi valkoista kääpiötä ovat suhteellisen himmeät verrattuna seuralaiseensa, pallomaiseen 24 kilometrin pituiseen esineeseen, joka on puolitoista kertaa auringon massa.
Se on pulsar, paljon suuremman tähden jäännös. Se pyörii kerran 2,73 millisekuntia, kuten kosmisen pölyn demoni. Jokainen kierto vapauttaa radioaaltojen säteen taivaaseen, joka saavuttaa maapallon jokaisella kierroksella - käytämme sen ultra-tarkkoja signaaleja kosmisena kellona. Ja koska näillä kappaleilla on voimakkaita, sotkeutuneita gravitaatiokenttiä ja meihin on kiinnitetty kellot, olisi erittäin kätevää testata Einstein.
Ransomin joukkue seuraa pulsarin tikittämistä, mittaa kuinka kolmen kehon kiertoradat muuttuvat ja vertaa tuloksia Einsteinin teorian ennusteisiin. He keskittyvät yhteen ajatukseen erityisen vakavasti.
Ajattele apokryfaalista tarinaa Galileosta Pisan kaltevalla tornilla, joka heitti esineitä maahan osoittaakseen, että erilaisilla joukkoilla kuluu sama aika kulkea sama matka. Astronautti David Scott teki saman kokeilun kuulla sulka ja vasara.
Mainosvideo:
Niin sanotun vahvan vastaavuuden periaate suhteellisuusteoriassa jatkaa tätä ajatusta. Hän väittää, että jopa esineiden, joilla on omat painovoimakentät, tulisi reagoida painovoimaan samalla tavalla kuin muiden.
Kuten höyhenet ja vasara, sisäisen valkoisen kääpiön ja paljon raskaamman pulsarin tulisi toimia samalla tavalla ulkoisen valkoisen kääpiön painovoiman vetäessä. Jos ei, sisäparin kiertorata tulee pitkänomaista kuin odotettiin - ja vastaavuusperiaatetta loukataan, ja yleinen relatiivisuus on väärä.
Ja sitten tulee shokki ja kunnioitus. Mutta tällaista järkytystä voitiin ennemmin tai myöhemmin odottaa, koska yleinen suhteellisuusteoria on kuuluisa siitä, ettei hän halua olla ystäviä muiden luonnon teorioiden kanssa.
"Mikä tahansa muu painovoiman teoria kuin yleinen suhteellisuusteoria ennustaa periaatteessa, että vahva vastaavuusperiaate epäonnistuu jollakin tasolla", Ransome sanoo.
Syyskuussa pidetyssä Pulsar-konferenssissa Yhdistyneessä kuningaskunnassa Ransomin joukkue toivoo ilmoittavansa uusia tuloksia aloittaen Anna Archibaldin työstä. Hän testaa vastaavuusperiaatetta 50–100 kertaa paremmin kuin koskaan ennen. Ransom sanoo, että he eivät ole vielä tehneet niin, koska jotkut tietomallit rikkovat vastaavuusperiaatetta, joita on tutkittava tarkemmin.
"Tämä on selvästi tehokasta, joten haluamme varmistaa, että ymmärrämme tiedot oikein", Ransom sanoo. Tällä hetkellä tietokoneet tekevät edelleen analyysiä.
Mitkä ovat mahdollisuudet, että kun työ ilmestyy, ihmiset innostuvat?
”Useimmat ihmiset uskovat, että vahva vastaavuusperiaate ei voi epäonnistua tällä tasolla. Tämä on yksi syy, miksi paukomme päätämme jatkuvasti seinää vasten."
Ehkä PSR J0337 + 1715 on täydellinen avaruuskoe: kokeilu, jossa yleinen suhteellisuustehokkuus murtuu ehdottomasti, ei paperilla, mutta varmasti. Tai odotamme vähän kauemmin.
Ilja Khel