Tín dụng hình ảnh: NASA / JPL
Sớm hay muộn, triều đại của Einstein, giống như triều đại của Newton trước ông, sẽ chấm dứt. Hầu hết các nhà khoa học tin rằng, một biến động trong thế giới vật lý sẽ lật đổ quan niệm của chúng ta về thực tế cơ bản là không thể tránh khỏi, và hiện tại một cuộc đua ngựa đang diễn ra giữa một số lý thuyết cạnh tranh để trở thành người kế vị ngai vàng.
Trong quá trình hoạt động là những ý tưởng uốn éo như vũ trụ 11 chiều, các hằng số phổ biến khác (như sức mạnh của trọng lực) thay đổi theo không gian và thời gian và chỉ thực sự cố định trong một chiều thứ 5 vô hình, các chuỗi rung động vô hạn như Các thành phần cơ bản của thực tế, và một kết cấu của không gian và thời gian không suôn sẻ và liên tục, như Einstein tin, nhưng được chia thành các phần rời rạc, không thể chia cắt có kích thước nhỏ. Thí nghiệm cuối cùng sẽ xác định chiến thắng nào.
Một khái niệm mới cho một thí nghiệm để kiểm tra dự đoán của thuyết tương đối Einstein chính xác hơn bao giờ hết đang được phát triển bởi các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Động cơ phản lực của NASA (JPL). Nhiệm vụ của họ, sử dụng hiệu quả hệ mặt trời của chúng ta như một phòng thí nghiệm khổng lồ, sẽ giúp thu hẹp lĩnh vực lý thuyết ganh đua và đưa chúng ta đến một bước gần hơn với cuộc cách mạng tiếp theo trong vật lý.
Một căn nhà bị chia rẽ
Nó có thể không nặng nề đối với hầu hết mọi người Tâm trí, nhưng một sự phân ly lớn đã gây khó khăn cho sự hiểu biết cơ bản của chúng ta về vũ trụ. Hai cách giải thích bản chất và hành vi của không gian, thời gian, vật chất và năng lượng hiện đang tồn tại: thuyết tương đối Einstein Einstein và mô hình chuẩn tiêu chuẩn của cơ học lượng tử. Cả hai đều cực kỳ thành công. Chẳng hạn, Hệ thống định vị toàn cầu (GPS) sẽ không thể có được nếu không có lý thuyết tương đối. Trong khi đó, máy tính, viễn thông và Internet là những bước đột phá của cơ học lượng tử.
Nhưng hai lý thuyết giống như các ngôn ngữ khác nhau và không ai chắc chắn làm thế nào để dịch giữa chúng. Thuyết tương đối giải thích lực hấp dẫn và chuyển động bằng cách hợp nhất không gian và thời gian thành một loại vải co giãn 4 chiều, năng động của thực tế gọi là không-thời gian, bị uốn cong và vênh bởi năng lượng mà nó chứa. (Khối lượng là một dạng năng lượng, do đó, nó tạo ra lực hấp dẫn bằng cách làm cong vênh không-thời gian.) Mặt khác, cơ học lượng tử giả định rằng không gian và thời gian tạo thành một sân khấu, phẳng bất biến, trên đó kịch tính của một số họ hạt phát ra . Những hạt này có thể di chuyển cả về phía trước và ngược thời gian (một thứ tương đối không cho phép) và sự tương tác giữa các hạt này giải thích các lực cơ bản của tự nhiên - ngoại trừ lực hấp dẫn.
Sự bế tắc giữa hai lý thuyết này đã diễn ra trong nhiều thập kỷ. Hầu hết các nhà khoa học cho rằng bằng cách nào đó, cuối cùng, một lý thuyết thống nhất sẽ được phát triển để bao gồm cả hai, cho thấy những sự thật mà mỗi thứ họ chứa đựng có thể nằm gọn trong một khuôn khổ thực tế bao gồm tất cả. Một lý thuyết về những thứ khác như thế này sẽ ảnh hưởng sâu sắc đến kiến thức của chúng ta về sự ra đời, tiến hóa và số phận cuối cùng của vũ trụ.
Slava Turyshev, một nhà khoa học tại JPL, và các đồng nghiệp của ông đã nghĩ ra cách sử dụng Trạm vũ trụ quốc tế (ISS) và hai vệ tinh nhỏ quay quanh mặt trời để kiểm tra lý thuyết tương đối với độ chính xác chưa từng thấy. Khái niệm của họ, được phát triển một phần thông qua tài trợ từ Văn phòng nghiên cứu sinh học và vật lý của NASA, sẽ nhạy cảm đến mức nó có thể tiết lộ lỗ hổng trong lý thuyết của Einstein, do đó cung cấp dữ liệu cứng đầu tiên cần thiết để phân biệt lý thuyết cạnh tranh nào về mọi thứ phù hợp với thực tế và mà chỉ đơn thuần là phấn làm việc.
Thí nghiệm, được gọi là Thử nghiệm tương đối bằng laser (LATOR), sẽ xem xét cách mặt trời trọng lực mặt trời làm lệch hướng các chùm ánh sáng laser phát ra từ hai vệ tinh nhỏ. Trọng lực bẻ cong đường đi của ánh sáng vì nó làm cong không gian mà ánh sáng đi qua. Sự tương tự tiêu chuẩn cho sự cong vênh của không-thời gian bằng trọng lực là tưởng tượng không gian như một tấm cao su phẳng trải dài dưới sức nặng của các vật thể như mặt trời. Áp thấp trong tờ sẽ khiến một vật thể (thậm chí là một hạt ánh sáng không có khối lượng) đi qua gần mặt trời để quay nhẹ khi nó đi qua.
Trên thực tế, chính bằng cách đo sự bẻ cong ánh sáng của mặt trời trong mặt trời trong nhật thực năm 1919, lần đầu tiên Sir Arthur Eddington đã thử nghiệm thuyết tương đối rộng của Einstein. Về mặt vũ trụ, lực hấp dẫn của mặt trời khá yếu; đường đi của một chùm ánh sáng lướt qua rìa mặt trời sẽ chỉ bị bẻ cong khoảng 1,75 giây cung (một giây cung là 1/3600 độ). Trong giới hạn về độ chính xác của thiết bị đo lường của mình, Eddington đã chỉ ra rằng ánh sáng sao thực sự bị bẻ cong bởi lượng này - và khi thực hiện luận tội Newton rất hiệu quả.
LATOR sẽ đo độ lệch này với độ chính xác gấp một (109) lần so với thí nghiệm của Eddington, và 30.000 lần độ chính xác của người giữ kỷ lục hiện tại: một phép đo ngẫu nhiên sử dụng tín hiệu từ tàu vũ trụ Cassini trên đường khám phá Sao Thổ.
Cliff I Will nghĩ rằng [LATOR] sẽ là một bước tiến quan trọng đối với vật lý cơ bản, ông nói, Clifford Will, giáo sư vật lý tại Đại học Washington, người đã có những đóng góp lớn cho vật lý hậu Newton và không liên quan trực tiếp đến LATOR. Chúng ta nên tiếp tục cố gắng nhấn để có độ chính xác cao hơn trong việc kiểm tra tính tương đối tổng quát, đơn giản bởi vì bất kỳ loại sai lệch nào cũng có nghĩa là có vật lý mới mà chúng ta không biết trước đây.
Phòng thí nghiệm năng lượng mặt trời
Thí nghiệm sẽ hoạt động như thế này: Hai vệ tinh nhỏ, mỗi chiều rộng khoảng một mét, sẽ được phóng lên quỹ đạo quay quanh mặt trời ở khoảng cách gần bằng Trái đất. Cặp vệ tinh mini này sẽ quay quanh quỹ đạo chậm hơn Trái đất, vì vậy khoảng 17 tháng sau khi phóng, các vệ tinh nhỏ và Trái đất sẽ ở hai phía đối diện với mặt trời. Mặc dù hai vệ tinh sẽ cách nhau khoảng 5 triệu km, góc giữa chúng khi nhìn từ Trái đất sẽ rất nhỏ, chỉ khoảng 1 độ. Cùng với nhau, hai vệ tinh và Trái đất sẽ tạo thành một hình tam giác mỏng, với các chùm tia laser dọc theo các cạnh của nó, và một trong những chùm đó đi sát mặt trời.
Turyshev có kế hoạch đo góc giữa hai vệ tinh bằng giao thoa kế gắn trên ISS. Một giao thoa kế là một thiết bị bắt và kết hợp các chùm ánh sáng. Bằng cách đo các sóng ánh sáng từ hai vệ tinh nhỏ giao thoa với nhau, giao thoa kế có thể đo góc giữa các vệ tinh với độ chính xác phi thường: khoảng 10 phần tỷ của một cung giây, hoặc 0,01? Như (micro-giây). Khi độ chính xác của các bộ phận khác trong thiết kế LATOR được xem xét, điều này mang lại độ chính xác tổng thể để đo mức độ trọng lực bẻ cong chùm tia laser khoảng 0,02? Như đối với một phép đo.
Sử dụng ISS cho chúng tôi một vài lợi thế Đối với một người, nó ở trên sự biến dạng của khí quyển Trái đất và nó cũng đủ lớn để chúng ta đặt hai thấu kính giao thoa cách xa nhau (một thấu kính ở hai đầu của giàn pin mặt trời), giúp cải thiện độ phân giải và độ chính xác của các kết quả."
Độ chính xác 0,02 của LATOR đủ tốt để phát hiện những sai lệch so với thuyết tương đối Einstein Einstein được dự đoán bởi các Lý thuyết đầy tham vọng của Mọi thứ, nằm trong khoảng từ 0,5 đến 35? Thoả thuận với các phép đo LATOR, sẽ là một sự thúc đẩy lớn cho bất kỳ lý thuyết nào trong số này. Nhưng nếu không có sự sai lệch so với Einstein được tìm thấy ngay cả bởi LATOR, thì hầu hết các ứng cử viên hiện tại cùng với 11 chiều, không gian được tạo hình và các hằng số bất thường sẽ bị giáng một đòn chí mạng và đập vào thư viện bụi bặm trên bầu trời .
Vì nhiệm vụ chỉ yêu cầu các công nghệ hiện có, Turyshev nói rằng LATOR có thể sẵn sàng bay ngay sau năm 2009 hoặc 2010. Vì vậy, có thể không quá lâu trước khi bế tắc trong vật lý bị phá vỡ và một lý thuyết mới về lực hấp dẫn, không gian và thời gian ngai vàng.
Nguồn gốc: NASA / Câu chuyện khoa học
