Zal De Algemene Relativiteitstheorie Van Einstein Onder Extreme Omstandigheden Breken?

{h1}

100 jaar na einstein's ontdekking van de algemene relativiteit, naderen fysici eindelijk de eerste echte tests van de theorie voor sterke velden, en openen zo de deur naar nieuwe fysica.

Een eeuw geleden, dit jaar, ontwikkelde een jonge Zwitserse natuurkundige, die al een revolutie in de natuurkunde had gebracht met ontdekkingen over de relatie tussen ruimte en tijd, een radicaal nieuw begrip van de zwaartekracht.

In 1915 publiceerde Albert Einstein zijn algemene relativiteitstheorie, die de zwaartekracht beschreef als een fundamentele eigenschap van ruimte-tijd. Hij bedacht een reeks vergelijkingen die de kromming van ruimte-tijd relateren aan de energie en het momentum van de materie en straling die in een bepaalde regio aanwezig zijn.

Vandaag, 100 jaar later, blijft de zwaartekrachtstheorie van Einstein een pijler van het moderne begrip en heeft hij alle tests doorstaan ​​die wetenschappers eraan konden toveren. Maar tot voor kort was het niet mogelijk om experimenten uit te voeren om de theorie onder extreme omstandigheden te onderzoeken om te zien of het mislukt. [6 weird feiten over zwaartekracht]

Nu hebben wetenschappers de technologie om op zoek te gaan naar bewijs dat de fysica boven de algemene relativiteitstheorie zou kunnen blootleggen.

"Voor mij is het absoluut verbazingwekkend hoe goed de algemene relativiteitstheorie na 100 jaar heeft plaatsgevonden," zei Clifford Will, een theoretisch fysicus aan de Universiteit van Florida in Gainesville. "Wat hij opschreef, is hetzelfde wat we vandaag gebruiken", vertelde Will WordsSideKick.com.

Een nieuw beeld van de zwaartekracht

Algemene relativiteit beschrijft de zwaartekracht niet als een kracht, zoals de fysicus Isaac Newton erover dacht, maar eerder als een kromming van ruimte en tijd als gevolg van de massa objecten, zei Will. De reden dat de aarde om de zon draait is niet omdat de zon de aarde aantrekt, maar in plaats daarvan omdat de zon de ruimte-tijd vervormt, zei hij. (Dit is een beetje zoals de manier waarop een bowlingbal op een uitgestrekte deken de vorm van de deken vervormt.)

De theorie van Einstein maakte een aantal vrij wilde voorspellingen, inclusief de mogelijkheid van zwarte gaten, die ruimte-tijd zodanig vervormden dat niets van binnen - zelfs geen licht - kon ontsnappen. De theorie biedt ook de basis voor de momenteel geaccepteerde opvatting dat het universum uitdijt en ook versnelt.

Algemene relativiteit is bevestigd door talrijke waarnemingen. Einstein zelf gebruikte de theorie om de baanbeweging van de planeet Mercurius te voorspellen, iets wat de wetten van Newton niet nauwkeurig kunnen beschrijven. De theorie van Einstein voorspelde ook dat een object dat massief genoeg was, het licht zelf kon buigen, een effect dat bekend staat als zwaartekrachtlensvorming, dat astronomen vaak hebben waargenomen. Het effect kan bijvoorbeeld worden gebruikt om exoplaneten te vinden, op basis van kleine afwijkingen in het licht van een object in de verte dat wordt gebogen door de ster die de planeet omgeeft.

Maar hoewel er geen "fragment van bewijs" is geweest dat er iets mis is met de theorie van de algemene relativiteit, "is het belangrijk om de theorie te testen in regimes waar het nog niet eerder is getest", vertelde Will WordsSideKick.com.

De theorie van Einstein testen

Algemene relativiteit werkt heel goed voor de zwaartekracht van gewone kracht, de variëteit die mensen op aarde of door planeten ervaren terwijl ze in een baan rond de zon staan. Maar het is nooit getest in extreem sterke velden, regio's die op de grens van de natuurkunde liggen. [De 9 grootste onopgeloste mysteries in de natuurkunde]

Het beste vooruitzicht voor het testen van de theorie in deze sferen is het zoeken naar rimpelingen in ruimte-tijd, bekend als gravitatiegolven. Deze kunnen worden geproduceerd door gewelddadige gebeurtenissen, zoals het samenvoegen van twee massieve lichamen, zoals zwarte gaten of extreem dichte objecten die neutronensterren worden genoemd.

Dit kosmische vuurwerk zou slechts de kleinste uitbarsting in ruimte-tijd produceren. Een dergelijke gebeurtenis zou bijvoorbeeld een schijnbaar statische afstand op aarde kunnen veranderen. Als, laten we zeggen, twee zwarte gaten botsten en samensmolten in het Melkwegstelsel, zouden de geproduceerde zwaartekrachtgolven twee objecten op aarde rekken en comprimeren die werden gescheiden door 3,3 voet (1 meter) met een duizendste van de diameter van een atoomkern, zal zei.

Toch zijn er nu experimenten die mogelijk ruimte-tijd-rimpelingen van dit soort gebeurtenissen kunnen detecteren.

"De kans is groot dat we de komende jaren [zwaartekrachtgolven] direct gaan detecteren," zei Will.

De Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), met faciliteiten nabij Richland, Washington en Livingston, Louisiana, maakt gebruik van lasers om minuscule vervormingen in twee lange L-vormige detectoren te detecteren. Omdat ruimte-tijdrimpelingen door de detectoren gaan, rekken de ribbels uit en comprimeren ze de ruimte, wat de lengte van de detector kan veranderen op een manier die LIGO kan meten.

LIGO is in 2002 in gebruik genomen en heeft geen zwaartekrachtgolven gedetecteerd; in 2010 ging het offline voor upgrades en zijn opvolger, bekend als Advanced LIGO, staat gepland om later dit jaar opnieuw op te starten. Een groot aantal andere experimenten is ook gericht op het detecteren van gravitatiegolven.

Een andere manier om de algemene relativiteitstheorie in extreme regimes te testen, zou zijn om naar de eigenschappen van gravitatiegolven te kijken. Zwaartekrachtgolven kunnen bijvoorbeeld worden gepolariseerd, net als licht als het door een paar gepolariseerde zonnebrillen gaat. Algemene relativiteit maakt voorspellingen over deze polarisatie, dus "alles dat afwijkt van [deze voorspellingen] zou slecht zijn" voor de theorie, zei Will.

Een verenigd begrip

Als wetenschappers zwaartekrachtsgolven detecteren, verwacht Will echter dat het de theorie van Einstein alleen maar zal versterken."Mijn mening is dat we de algemene relativiteitstheorie zullen blijven bewijzen," zei hij.

Dus waarom zou je überhaupt deze experimenten doen?

Een van de meest duurzame doelen van de natuurkunde is de zoektocht naar een theorie die de algemene relativiteit, de wetenschap van de macroscopische wereld en de kwantummechanica verenigt, het rijk van de zeer kleine. Toch zou het vinden van een dergelijke theorie, bekend als kwantumzwaartekracht, enkele aanpassingen in de algemene relativiteit vereisen, zei Will.

Het is mogelijk dat een experiment dat in staat is om de effecten van kwantumzwaartekracht te detecteren zoveel energie zou vereisen als praktisch onmogelijk is, zei Will. "Maar je weet maar nooit - er is misschien een vreemd effect uit de kwantumwereld dat klein maar waarneembaar is."

Volg Tanya Lewis op tjilpen. Volg ons @wordssidekick, Facebook & Google+. Oorspronkelijk artikel over WordsSideKick.com.


Video Supplement: Albert Einstein's Big Idea HD Documentary (With 17 Subtitles).




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com