حقوق الصورة: ناسا
تلقت نظرية أينشتاين العامة للنسبية تأكيدًا آخر هذا الأسبوع بفضل البحث الذي أجراه فلكي من وكالة ناسا. قام العلماء بقياس الطاقة الإجمالية لأشعة جاما المنبعثة من انفجارات أشعة جاما البعيدة ووجدوا أنهم يتفاعلون مع الجسيمات في طريقهم إلى الأرض بطريقة تتطابق بدقة مع توقعات آينشتاين.
يقول العلماء أن مبدأ ألبرت آينشتاين في ثبات سرعة الضوء يصمد تحت تدقيق دقيق للغاية ، وهو اكتشاف يستبعد بعض النظريات التي تتنبأ بأبعاد إضافية ونسيج "مزبد" للفضاء.
توضح النتيجة أيضًا أن الملاحظات الأرضية والفضائية الأساسية لأشعة جاما الأعلى طاقة ، وهي شكل من أشكال الطاقة الكهرومغناطيسية مثل الضوء ، يمكن أن توفر نظرة ثاقبة لطبيعة الوقت والمادة والطاقة والفضاء بمقاييس أقل بكثير من المستوى دون الذري - شيء اعتقد القليل من العلماء أنه ممكن.
يناقش الدكتور فلويد ستكر من مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لوكالة ناسا في جرينبيلت ، ماريلاند ، نتائج هذه النتائج في عدد حديث من فيزياء الجسيمات الفلكية. يعتمد عمله جزئيًا على تعاون سابق مع الحائز على جائزة نوبل شيلدون غلاشو من جامعة بوسطن.
قال ستيكر: "ما توصل إليه آينشتاين بالقلم الرصاص والورق منذ ما يقرب من قرن من الزمان ما زال يقاوم التدقيق العلمي. "إن الملاحظات ذات الطاقة العالية لأشعة جاما الكونية لا تستبعد إمكانية الأبعاد الإضافية ومفهوم الجاذبية الكمية ، لكنها تضع بعض القيود الصارمة على الطريقة التي يمكن للعلماء من خلالها إيجاد مثل هذه الظواهر."
ذكر أينشتاين أن المكان والزمان هما في الواقع جانبان من كيان واحد يسمى الزمكان ، وهو مفهوم رباعي الأبعاد. هذا هو أساس نظريات النسبية الخاصة والعامة. على سبيل المثال ، تفترض النسبية العامة أن قوة الجاذبية هي نتيجة الزمكان المشوه للكتلة ، مثل كرة البولينج على مرتبة.
النسبية العامة هي نظرية الجاذبية على نطاق واسع ، في حين أن ميكانيكا الكم ، التي تم تطويرها بشكل مستقل في أوائل القرن العشرين ، هي نظرية الذرات والجسيمات دون الذرية على نطاق صغير جدًا. لا تصف النظريات القائمة على ميكانيكا الكم الجاذبية ، بل بالأحرى القوى الأساسية الثلاثة الأخرى: الكهرومغناطيسية (الضوء) ، والقوى القوية (النوى الذرية الملزمة) ، والقوى الضعيفة (انظر في النشاط الإشعاعي).
كان العلماء يأملون منذ وقت طويل في دمج هذه النظريات في "نظرية كل شيء" لوصف جميع جوانب الطبيعة. قد تتضمن هذه النظريات الموحدة - مثل الجاذبية الكمية أو نظرية الأوتار - استدعاء أبعاد إضافية للفضاء وكذلك انتهاكات لنظرية النسبية الخاصة لآينشتاين ، مثل سرعة الضوء كونها السرعة القصوى القابلة للتحقيق لجميع الأجسام.
يتضمن عمل ستيكر مفاهيم تسمى مبدأ عدم اليقين وثبات لورنتز. يشير مبدأ عدم اليقين ، المستمد من ميكانيكا الكم ، إلى أنه على المستوى دون الذري الجسيمات الافتراضية ، والتي تسمى أيضًا التقلبات الكمومية ، تنبثق من الوجود. يقول العديد من العلماء أن الزمكان نفسه يتألف من تقلبات كمية ، والتي عند النظر إليها عن قرب ، تشبه الزبد أو "الرغوة الكمومية". يعتقد بعض العلماء أن الرغوة الكمومية للزمكان يمكن أن تبطئ مرور الضوء - مثلما ينتقل الضوء بسرعة قصوى في الفراغ ولكن بسرعات أبطأ عبر الهواء أو الماء.
ستبطئ الرغوة الجسيمات الكهرومغناطيسية ذات الطاقة الأعلى ، أو الفوتونات - مثل الأشعة السينية وأشعة غاما - أكثر من الفوتونات ذات الطاقة المنخفضة للضوء المرئي أو الموجات الراديوية. مثل هذا التباين الأساسي في سرعة الضوء ، ومختلف للفوتونات من طاقات مختلفة ، من شأنه أن ينتهك ثوابت Lorentz ، المبدأ الأساسي للنظرية النسبية الخاصة. يمكن أن يكون هذا الانتهاك دليلاً من شأنه أن يساعدنا في توجيهنا إلى طريق نظريات التوحيد.
يأمل العلماء في العثور على مثل هذه الانتهاكات الثورية لورنتز من خلال دراسة أشعة جاما القادمة من خارج المجرة. انفجر أشعة غاما ، على سبيل المثال ، على مسافة كبيرة لدرجة أن الاختلافات في سرعات الفوتونات في الاندفاع ، اعتمادًا على طاقتها ، يمكن قياسها - حيث قد تعمل الرغوة الكمومية للفضاء لإبطاء الضوء الذي كان السفر إلينا لمليارات السنين.
بدا ستيكر أقرب إلى المنزل ليجد أن ثبات لورنتز لا ينتهك. قام بتحليل أشعة جاما من مجرتين قريبتين نسبيًا على بعد حوالي نصف مليار سنة ضوئية مع وجود ثقوب سوداء فائقة الكتلة في مراكزها ، تسمى Markarian (Mkn) 421 و Mkn 501. تولد هذه الثقوب السوداء حزمًا مكثفة من فوتونات أشعة غاما التي تستهدف مباشرة الأرض. تسمى هذه المجرات blazars. (راجع الصورة 4 للحصول على صورة Mkn 421. الصور 1 - 3 هي مفاهيم الفنان للثقوب السوداء الهائلة التي تشغل النجوم الزائفة التي تسمى ، عند توجيهها مباشرة إلى الأرض ، blazars. الصورة 5 هي صورة تلسكوب هابل الفضائي ل blazar.)
تتصادم بعض أشعة غاما من Mkn 421 و Mkn 501 مع فوتونات الأشعة تحت الحمراء في الكون. تؤدي هذه التصادمات إلى تدمير أشعة غاما وفوتونات الأشعة تحت الحمراء حيث يتم تحويل طاقتها إلى كتلة في شكل إلكترونات وإلكترونات مضادة للمادة ذات الشحنة الموجبة (تسمى البوزيترونات) ، وفقًا لصيغة آينشتاين الشهيرة E = mc ^ 2. وقد أشار ستيكر وجلاشو إلى أن الأدلة على إبادة أشعة جاما الأعلى طاقة من Mkn 421 و Mkn 501 ، التي تم الحصول عليها من الملاحظات المباشرة لهذه الأشياء ، توضح بوضوح أن ثبات Lorentz على قيد الحياة وبصحة جيدة ولا يتم انتهاكه. إذا تم انتهاك الثبات لورنتز ، فإن أشعة جاما ستمر مباشرة من خلال الضباب بالأشعة تحت الحمراء خارج المجرة دون القضاء عليها.
وذلك لأن الفناء يتطلب كمية معينة من الطاقة لخلق الإلكترونات والبوزيترونات. ميزانية الطاقة هذه راضية عن أشعة جاما الأعلى طاقة من Mkn 501 و Mkn 421 في التفاعل مع فوتونات الأشعة تحت الحمراء إذا كان كلاهما يتحرك بسرعة الضوء المعروفة وفقًا لنظرية النسبية الخاصة. ومع ذلك ، إذا كانت أشعة جاما على وجه الخصوص تتحرك بسرعة أبطأ بسبب انتهاك الثبات لورنتز ، فإن الطاقة الإجمالية المتاحة ستكون غير كافية وسيكون رد الفعل الإبادة "لا تذهب".
قال ستيكر: "إن نتائج هذه النتائج هي أنه إذا تم انتهاك ثبات لورنتز ، فإنه على هذا المستوى الصغير - أقل من جزء واحد في الألف تريليون - أنه يتجاوز قدرة التكنولوجيا الحالية لدينا على العثور عليها. قد تخبرنا هذه النتائج أيضًا أن الشكل الصحيح لنظرية الأوتار أو الجاذبية الكمية يجب أن يخضع لمبدأ ثبات لورنتز ".
لمزيد من المعلومات ، ارجع إلى "القيود على ثورة لورنتز التي تنتهك الجاذبية الكمية ونماذج الأبعاد الإضافية الكبيرة باستخدام ملاحظات أشعة غاما عالية الطاقة" عبر الإنترنت على:
المصدر الأصلي: بيان صحفي لوكالة ناسا
