Tín dụng hình ảnh: NASA
Lý thuyết tương đối tổng quát Einstein Einstein đã có một xác nhận khác trong tuần này nhờ nghiên cứu của một nhà thiên văn học từ NASA. Các nhà khoa học đã đo tổng năng lượng của tia gamma phát ra từ vụ nổ tia gamma ở xa và thấy rằng chúng đang tương tác với các hạt trên đường đến Trái đất theo cách phù hợp với dự đoán của Einstein.
Các nhà khoa học nói rằng nguyên lý của Albert Einstein, về sự ổn định của tốc độ ánh sáng được duy trì dưới sự giám sát cực kỳ chặt chẽ, một phát hiện quy định các lý thuyết nhất định dự đoán các chiều không gian thêm và một kết cấu không gian của YouTube.
Phát hiện này cũng chứng minh rằng các quan sát cơ bản trên mặt đất và không gian của các tia gamma năng lượng cao nhất, một dạng năng lượng điện từ như ánh sáng, có thể cung cấp cái nhìn sâu sắc về bản chất của thời gian, vật chất, năng lượng và không gian ở quy mô cực xa mức độ hạ nguyên tử - điều mà ít nhà khoa học nghĩ là có thể.
Tiến sĩ Floyd Stecker thuộc Trung tâm bay không gian Goddard của NASA ở Greenbelt, Md., Thảo luận về ý nghĩa của những phát hiện này trong một vấn đề gần đây của Vật lý Astroparticle. Công việc của ông dựa một phần vào sự hợp tác trước đó với người đoạt giải Nobel Sheldon Glashow của Đại học Boston.
Stecker cho biết, những gì Einstein làm việc với bút chì và giấy gần một thế kỷ trước vẫn tiếp tục theo dõi sự nghiên cứu khoa học, Stecker nói. Các quan sát năng lượng cao của các tia gamma vũ trụ không thể loại trừ khả năng của các chiều không gian và khái niệm về lực hấp dẫn lượng tử, nhưng chúng đặt ra một số hạn chế nghiêm ngặt về cách các nhà khoa học có thể tìm ra những hiện tượng như vậy.
Einstein tuyên bố rằng không gian và thời gian thực sự là hai khía cạnh của một thực thể duy nhất gọi là không thời gian, một khái niệm bốn chiều. Đây là nền tảng cho lý thuyết của ông về thuyết tương đối đặc biệt và tổng quát. Ví dụ, thuyết tương đối rộng cho rằng lực hấp dẫn là kết quả của không thời gian làm biến dạng khối lượng, giống như một quả bóng bowling trên nệm.
Thuyết tương đối rộng là lý thuyết về trọng lực trên quy mô lớn, trong khi cơ học lượng tử, được phát triển độc lập vào đầu thế kỷ 20, là lý thuyết về nguyên tử và các hạt hạ nguyên tử ở quy mô rất nhỏ. Các lý thuyết dựa trên cơ học lượng tử không mô tả lực hấp dẫn, mà là ba lực cơ bản khác: lực điện từ (ánh sáng), lực mạnh (hạt nhân nguyên tử liên kết) và lực yếu (nhìn thấy trong phóng xạ).
Các nhà khoa học từ lâu đã hy vọng kết hợp các lý thuyết này thành một lý thuyết về tất cả mọi thứ của người Bỉ để mô tả tất cả các khía cạnh của tự nhiên. Những lý thuyết thống nhất này - chẳng hạn như lực hấp dẫn lượng tử hoặc lý thuyết dây - có thể liên quan đến việc gọi thêm các chiều không gian và cũng vi phạm lý thuyết tương đối đặc biệt của Einstein, như tốc độ ánh sáng là vận tốc tối đa có thể đạt được cho mọi vật thể.
Công việc của Stecker liên quan đến các khái niệm gọi là nguyên lý bất định và bất biến Lorentz. Nguyên lý bất định, xuất phát từ cơ học lượng tử, ngụ ý rằng ở các hạt ảo cấp độ hạ nguyên tử, còn được gọi là dao động lượng tử, xuất hiện và tồn tại. Nhiều nhà khoa học nói rằng bản thân không thời gian được tạo thành từ các dao động lượng tử, khi nhìn gần, giống như bọt lượng tử bọt biển hoặc bọt. Một số nhà khoa học nghĩ rằng bọt lượng tử không thời gian có thể làm chậm sự đi qua của ánh sáng - nhiều khi ánh sáng truyền đi với tốc độ tối đa trong chân không nhưng với tốc độ chậm hơn trong không khí hoặc nước.
Bọt sẽ làm chậm các hạt điện từ năng lượng cao hơn, hoặc photon - chẳng hạn như tia X và tia gamma - nhiều hơn các photon năng lượng thấp hơn của ánh sáng khả kiến hoặc sóng vô tuyến. Một biến thể cơ bản như vậy về tốc độ ánh sáng, khác nhau đối với các photon có năng lượng khác nhau, sẽ vi phạm tính bất biến Lorentz, nguyên lý cơ bản của lý thuyết tương đối đặc biệt. Một sự vi phạm như vậy có thể là một đầu mối giúp chúng ta chỉ ra con đường dẫn đến các lý thuyết thống nhất.
Các nhà khoa học đã hy vọng tìm thấy những vi phạm bất biến Lorentz như vậy bằng cách nghiên cứu các tia gamma đến từ bên ngoài thiên hà. Chẳng hạn, vụ nổ tia gamma ở khoảng cách lớn đến mức sự khác biệt về tốc độ của photon trong vụ nổ, tùy thuộc vào năng lượng của chúng, có thể đo lường được - vì bọt lượng tử của không gian có thể tác động đến ánh sáng chậm. đi du lịch với chúng tôi trong hàng tỷ năm.
Stecker nhìn gần nhà hơn rất nhiều để thấy rằng Lorentz bất khả xâm phạm. Ông đã phân tích các tia gamma từ hai thiên hà tương đối gần nhau khoảng nửa tỷ năm ánh sáng với các lỗ đen siêu lớn tại trung tâm của chúng, được đặt tên là Markarian (Mkn) 421 và Mkn 501. Những lỗ đen này tạo ra các chùm tia gamma cực mạnh nhắm thẳng vào Trái đất. Những thiên hà như vậy được gọi là blazar. (Tham khảo Hình 4 để biết hình ảnh của Mkn 421. Hình ảnh 1 - 3 là các khái niệm nghệ sĩ về các lỗ đen siêu lớn tạo ra các quasar, khi chỉ trực tiếp vào Trái đất, được gọi là blazar. Hình 5 là hình ảnh của Kính viễn vọng Không gian Hubble.
Một số tia gamma từ Mkn 421 và Mkn 501 va chạm với các photon hồng ngoại trong Vũ trụ. Những va chạm này dẫn đến sự phá hủy các tia gamma và photon hồng ngoại khi năng lượng của chúng được chuyển đổi thành khối lượng dưới dạng electron và các phản vật chất tích điện dương (gọi là positron), theo công thức nổi tiếng của Einstein E = mc ^ 2. Stecker và Glashow đã chỉ ra rằng bằng chứng về sự hủy diệt các tia gamma năng lượng cao nhất từ Mkn 421 và Mkn 501, thu được từ các quan sát trực tiếp của các vật thể này, chứng minh rõ ràng rằng sự bất biến của Lorentz vẫn còn sống và không bị xâm phạm. Nếu Lorentz bất khả xâm phạm, các tia gamma sẽ truyền qua sương mù hồng ngoại ngoài vũ trụ mà không bị tiêu diệt.
Điều này là do sự hủy diệt đòi hỏi một lượng năng lượng nhất định để tạo ra các electron và positron. Ngân sách năng lượng này được thỏa mãn cho các tia gamma năng lượng cao nhất từ Mkn 501 và Mkn 421 khi tương tác với các photon hồng ngoại nếu cả hai đều di chuyển ở tốc độ ánh sáng nổi tiếng theo lý thuyết tương đối đặc biệt. Tuy nhiên, nếu các tia gamma đặc biệt di chuyển với tốc độ chậm hơn do vi phạm bất biến Lorentz, thì tổng năng lượng có sẵn sẽ không đủ và phản ứng hủy diệt sẽ là một vụ không đi.
Ý nghĩa của những kết quả này, theo ông Stecker, đó là nếu sự bất biến của Lorentz bị vi phạm, thì ở một mức độ nhỏ như vậy - chưa đến một phần trong một nghìn tỷ - nó vượt quá khả năng của công nghệ hiện tại của chúng tôi. Những kết quả này cũng có thể cho chúng ta biết rằng hình thức chính xác của lý thuyết dây hoặc lực hấp dẫn lượng tử phải tuân theo nguyên tắc bất biến Lorentz.
Để biết thêm thông tin, hãy tham khảo các ràng buộc của bộ phận trên mô hình Lorentz xâm lấn vi phạm trọng lực lượng tử và các mô hình kích thước cực lớn sử dụng các quan sát Gamma Ray năng lượng cao trực tuyến tại:
Nguồn gốc: NASA News Release
