So war Einstein richtig? Wir überprüfen die Relativitätstheorie

Vor hundert Jahren, im Jahr 1915, ein junger Schweizerer Wissenschaftler, der damals schon revolutionäre Entdeckungen in der Physik gemacht hatte, schlug ein grundlegend neues Verständnis der Schwerkraft.

Im Jahr 1915 veröffentlichte Einstein Allgemeine RelativitätstheorieWelche Schwerkraft als eine grundlegende Eigenschaft der Raumzeit beschreibt. Er stellte eine Reihe von Gleichungen, die die Wirkung der Krümmung Energie der Raumzeit und die Bewegung der Gegenwart darin von Materie und Strahlung beschreiben.

Einhundert Jahre später Allgemeine Relativitätstheorie (GTR) die Grundlage für den Bau der modernen Wissenschaft worden ist, hat es alle Tests übersteht, mit denen Wissenschaftler sie angegriffen.

Aber bis vor kurzem war es nicht möglich, Experimente unter extremen Bedingungen zur Durchführung der Stabilitätstheorie zu überprüfen.

Es ist erstaunlich, wie stark in 100 Jahren Relativitäts bewährt. Wir verwenden immer noch die Tatsache, dass Einstein schrieb!

Clifford Will, ein theoretischer Physiker, Universität von Florida

Jetzt haben Wissenschaftler die Technologie, die Sie für Physik jenseits der allgemeinen Relativitätstheorie zu suchen.

Ein neuer Blick auf die Schwerkraft

Die Allgemeine Relativitätstheorie beschreibt die Schwerkraft nicht als eine Kraft (wie es in der Newtonschen Physik erscheint), aber wie die Krümmung der Raumzeit durch das Gewicht von Objekten. Die Erde dreht sich um die Sonne, nicht weil es zieht den Stern, sondern weil die Sonne Warps Raumzeit. Wenn eine Decke ausgestreckt eine schwere Bowlingkugel zu setzen, apportion Form ändern - Schwerkraft beeinflusst Raum etwa gleich ist.

Einsteinsche Theorie vorhergesagt, ein paar hektische Öffnung. Zum Beispiel ist die Möglichkeit der Existenz von Schwarzen Löchern, die Raum-Zeit so weit verbiegen, dass nichts aus dem Inneren entweichen kann, nicht einmal Licht. im allgemeinen Ansicht heute Beweismittel akzeptiert wurden auf der Grundlage der Theorie festgestellt, dass das Universum expandiert und beschleunigt.

Die Allgemeine Relativitätstheorie wird von zahlreichen Spielern bestätigt Beobachtungen. Einstein selbst verwendet die allgemeine Relativitätstheorie die Umlaufbahn des Merkur, dessen Bewegung zu berechnen kann nicht durch die Newtonschen Gesetze beschrieben. Einstein vorhergesagt die Existenz der Objekte so massiv sind, dass sie sich verbiegen Licht. Dieses Phänomen der Gravitationslinsen, die oft Astronomen stellen. die Suche nach Exoplaneten zum Beispiel auf der Grundlage der Wirkung subtile Veränderungen in der Strahlung, gekrümmten Gravitationsfeld des Sterns um die sich der Planet dreht.

Überprüfung von Einsteins Theorie

Die Allgemeine Relativitätstheorie funktioniert gut für den normalen Schwerkraft, wie sie durch Experimente auf der Erde durchgeführt gezeigt und die Planeten des Sonnensystems zu beobachten. Aber es nie in extrem akuter Exposition in den Räumen getestet, die an den Grenzen der Physik liegen.

Der vielversprechendste Weg, um die Theorie in solchen Bedingungen zu testen - von Änderungen in der Raumzeit-Überwachung, genannt Gravitationswellen. Sie erscheinen als Folge von Großveranstaltungen, am Zusammenfluss von zwei massiven Körpern wie schwarze Löcher, oder besonders dichten Objekte - Neutronensterne.

Das kosmische Feuerwerk dieser Größenordnung wird die Raum-Zeit wirkt sie nur auf die kleinste Welligkeit. wenn zwei schwarze Löcher kollidierte zum Beispiel, und fusionierte irgendwo in unserer Galaxie, Gravitationswellen könnte Dehnung und komprimieren den Abstand zwischen den Objekten auf der Erde in einem Meter voneinander ein tausendstel Durchmesser befindet Atomkern.

Es gab Versuche, die die Änderung der Raumzeit als Folge solcher Ereignisse zu beheben.

Es gibt eine gute Chance, die Gravitationswellen in den nächsten zwei Jahren zu beheben.

Clifford Will

Laserinterferometer Gravitationswelle Observatory (LIGO) Von Observatorien rund um Richland (Washington) und Livingston (Louisiana) verwendet einen Laser, die kleinste Verzerrung in den Doppel-L-förmigen Detektoren zu bestimmen. Wenn der Raum-Zeit-Wellen durch die Detektoren passiert, dehnt sie und den Raum komprimiert, so dass der Detektor komprimiert die Größe. Ein LIGO kann sich messen.

LIGO begann im Jahr 2002 eine Reihe von Starts, aber erreichte nicht das Ergebnis. Im Jahr 2010 wurde die Arbeit zur Verbesserung durchgeführt, und das Nachfolger des Unternehmens sollte Advanced LIGO Observatoriums beginnen, wieder zu arbeiten in diesem Jahr. Viele der geplanten Experimente bei der Suche Wellen für Gravitations gerichtet.

Eine weitere Möglichkeit, die Relativitätstheorie zu testen - ein Blick auf den Eigenschaften von Gravitationswellen. Beispielsweise können sie als das Licht, das durch das polarisierte Gläser weitergegeben werden polarisiert. Die Relativitätstheorie sagt voraus, Merkmale dieses Effekts, und Abweichungen von den Berechnungen Ursache sein können, um die Theorie zu zweifeln.

einheitliche Theorie

Clifford Will glaubt, dass die Entdeckung von Gravitationswellen nur stärken Einsteinsche Theorie:

Ich denke, wir müssen zum Nachweis der allgemeinen Relativitätstheorie suchen weiter, um sicherzustellen, dass es richtig ist.

Und warum tun wir diese Experimente benötigen?

Eines der wichtigsten und schwierigsten in der modernen Physik zu erreichen - eine Theorie finden, die zusammen die Einstein-Studie verbinden würde, dass die Wissenschaft von der Makrokosmos ist, und Quantenmechanik, Die Realität der kleinsten Objekte.

Fortschritte in dieser Richtung, QuantengravitationErforderlich sein, um Änderungen an der allgemeinen Relativitätstheorie zu machen. Es ist möglich, dass Experimente auf dem Gebiet der Quantengravitation wird so viel Energie erfordern, dass sie unmöglich wäre, auszuführen. „Aber wer weiß - sagte Will - vielleicht in einem Quantenuniversum, gibt es eine Wirkung, eine leichte, aber für die Suche zur Verfügung.“