επιστήμη

Η σχετικότητα του Αϊνστάιν αντέχει τη φωτιά λέιζερ στο φεγγάρι

επιστήμη Η σχετικότητα του Αϊνστάιν αντέχει τη φωτιά λέιζερ στο φεγγάρι

Shaykh Arif - Lecture 4 Muharram 1434 (Ιούνιος 2019).

Anonim

Η θεωρία της ειδικής σχετικότητας είναι ένας από τους βασικούς πυλώνες της σύγχρονης φυσικής. Οι ερευνητές προσπαθούν να το ξεπεράσουν επιδεικνύοντας τα όριά τους. Η τελευταία προσπάθεια περιλαμβάνει τηλεμετρία με λέιζερ-φεγγάρι για να δοκιμάσει την περίφημη μεταβλητότητα Lorentz.

Η άμεση ανίχνευση στα βαρυτικά κύματα σχεδόν 100 χρόνια μετά την πρόβλεψή τους από τον Albert Einstein δεν εμποδίζει τους φυσικούς να επιχειρήσουν να αποδείξουν ότι η θεωρία της γενικής σχετικότητας δεν είναι ακόμα η σωστή θεωρία της επιθετικότητας. Προσπαθούν να ανακαλύψουν παραβιάσεις ορισμένων από τις βασικές παραδοχές τους. Ένας από αυτούς θα ήταν να βρεθούν παραβιάσεις της μεταβλητότητας του Lorentz, ή με λιγότερους εσωτερικούς όρους, παραβιάσεις των αρχών της θεωρίας της περιορισμένης νοημοσύνης. Θα μπορούσε να είναι μια διαφορετική ταχύτητα φωτός στο κενό στις κατευθύνσεις, ή άλλες λεπτές επιδράσεις στο πεδίο της φυσικής των σωματιδίων, για παράδειγμα μια παραβίαση του θεώρημα CPT με το αντιϋδρογόνο.

$config[ads_text] not found

Ένα γενικό πλαίσιο για παραβιάσεις της μεταβλητότητας Lorentz με τις τυποποιημένες εξισώσεις μοντέλου και εκείνες των δύο θεωριών της σχετικότητας έχει καθιερωθεί όπως υπενθυμίσαμε στο παρακάτω άρθρο. Από χρόνο σε χρόνο, με τη βοήθεια διαφορετικών πειραμάτων, οι φυσικοί προωθούν τα όρια στις τιμές διαφόρων παραμέτρων που μπορούν να εκφράσουν σε αυτό το πλαίσιο τις παραβιάσεις της μεταβλητότητας Lorentz. Το τελευταίο έργο στον τομέα αυτό προέρχεται από μια ομάδα Γάλλων ερευνητών που, όπως εξηγούν οι φυσικοί σε ένα διαθέσιμο surarXiv άρθρο, χρησιμοποίησαν τα στοιχεία του elemetraseraser-Moon (ή LunarLaserRanging )που συσσωρεύτηκαν για 44 χρόνια.

Μια παρουσίαση της τηλεμετρίας με λέιζερ-φεγγάρι. Για μια αρκετά πιστή γαλλική μετάφραση, κάντε κλικ στο λευκό ορθογώνιο στην κάτω δεξιά γωνία. Μετά θα εμφανιστούν οι αγγλικοί υπότιτλοι. Στη συνέχεια, κάντε κλικ στο παξιμάδι στα δεξιά του ορθογωνίου, μετά στο "Υπότιτλοι" και τέλος στο "Μετάφραση αυτόματα". Επιλέξτε "Γαλλικά". © Wiz Science

Μια δοκιμασία σχετικότητας που περιορίζεται από τις κινήσεις της Σελήνης

Αυτές είναι οι μετρήσεις που έγιναν με τη βοήθεια πολυάριθμων πυροβολισμών δέσμης λέιζερ που εκπέμπονται από τη Γη προς την κατεύθυνση των οπτικών συσκευών που αντανακλούν, που κατατέθηκαν στη Σελήνη από τις αποστολές Apollo 11, 14 και 15, καθώς και από τις ρωσικές αποστολές Lunokhod 1 και Lunokhod 2 Μπορούμε να μετρήσουμε τους χρόνους γύρου ταξιδιού τους, που επιτρέπουν τη μέτρηση της απόστασης της Γης-Σελήνης και μια άλλη υπόθεση που στηρίζεται στη θεωρία της γενικής σχετικότητας: η αρχή της ισοδυναμίας (που δοκιμάζεται επί του παρόντος με το Μικροσκόπιο αποστολής) .

Πάνω από 20.000 στρογγυλά ταξίδια ακτίνων λέιζερ έγιναν μεταξύ του 1969 και του 2013 από πέντε σταθμούς στη Γη, όπως εκείνοι του Παρατηρητηρίου της Γαλλικής Ριβιέρας στη Γαλλία ή της Observatoire Apache Point στο Νέο Μεξικό. (Ηνωμένες Πολιτείες). Η ερμηνεία των μετρήσεων δεν είναι εύκολη επειδή εξαρτάται από πολλά φαινόμενα. Ορισμένες από αυτές απαιτούν μια λεπτή πρόβλεψη των σεληνιακών κινήσεων γύρω από τη Γη, οι οποίες εξαρτώνται, μεταξύ άλλων, από τις βαρυτικές διαταραχές που προέρχονται από το Soletil και, φυσικά, πιθανές παραβιάσεις της εισβολής Lorentz για τη συμπεριφορά των ακτίνων λέιζερ και το ίδιο το πεδίο βαρύτητας.

Καμία από αυτές τις παραβιάσεις δεν έχει βρεθεί, αλλά οι περιορισμοί σε μερικές από τις παραμέτρους που τις περιγράφουν έχουν βελτιωθεί κατά ένα συντελεστή 10. Στο τέλος, αυτή είναι η πιο σταθερή παραβίαση της μεταβλητότητας Lorentz που έχει επιτευχθεί μέχρι σήμερα.

Για να μάθετε περισσότερα

100 εκατομμύρια φορές ακριβέστερη δοκιμασία για τη σχετικότητα!

Άρθρο deLaurent Saccopublished στις 17/09/2009

Το διάσημο πείραμα του Michelson και του Morley δεν χρησίμευε ποτέ στον AlbertEinstein για να ανακαλύψει τη θεωρία της ειδικής σχετικότητας. Αλλά εξακολουθεί να είναι μια εξαιρετική δοκιμή της αμετάβλητης ταχύτητας του φωτός, μια αμετάβλητη που μόλις δοκιμάστηκε με τη σύγχρονη τεχνολογία, 100 εκατομμύρια φορές ακριβέστερη από την αρχική συσκευή.

Μερικοί εξακολουθούν να προσπαθούν να βασιστούν σε πιθανή ανακρίβεια της μυθικής εμπειρίας του Albert Abraham Michelson και του Edward Morley του 1887 για να προσπαθήσουν να αντικρούσουν τη θεωρία της ειδικής σχετικότητας. Η σχετικότητα του χώρου και του χρόνου, με συνέπεια του διάσημου παράδοξου των δίδυμων Langevin, τους φαίνεται τόσο παράλογη και τόσο δύσκολη να ελέγξουν ότι προσκολλώνται απεγνωσμένα σε όλες τις ψευδο-φήμες για τις ανωμαλίες που αποκαλύφθηκαν από παρόμοια πειράματα που πραγματοποιήθηκαν. δεκάδες χρόνια μετά από αυτό των δύο Αμερικανών ερευνητών.

Ωστόσο, έχει περάσει πάνω από μισό αιώνα από τότε που οι προβλέψεις της ειδικής σχετικότητας έχουν περάσει με επιτυχία πολλά τεστ, καθιστώντας το σταθερά στην εμπειρία. Ωστόσο, όπως και η θεωρία του Νεύτωνα έχει δώσει τη θέση του στον Αϊνστάιν, είναι πιθανό ότι σε ορισμένες πειραματικές καταστάσεις, ιδίως με τη βελτίωση της ακρίβειας των μετρήσεων, εμφανίζονται κάποιες διαφωνίες.

Albert Abraham Michelson (αριστερά) και Edward Morley. © www.relativitycalculator.com

Για κάποιο χρονικό διάστημα, τόσο οι θεωρητικές όσο και οι πειραματικές προσπάθειες έχουν πολλαπλασιαστεί για να υπερβούν τη θεωρία του Αϊνστάιν. Ένα από τα αποτελέσματα που οι ερευνητές αναμένουν να δουν είναι κυρίως η παραβίαση της μεταβλητότητας του Lorentz. Συγκεκριμένα, αυτά είναι πειράματα στα οποία το φως, στο κενό, δεν θα κινηθεί με την ίδια ταχύτητα ανεξάρτητα από την κατεύθυνση του χώρου και την κίνηση ενός παρατηρητή.

Δεδομένου ότι η θεωρία της ειδικής σχετικότητας βρίσκεται στη βάση της σχετικιστικής θεωρίας του κβαντικού πεδίου, κατασκευάστηκε η ραχοκοκαλιά του τυποποιημένου μοντέλου, ένας φορμαλισμός που επεκτείνει τον τελευταίο και ενσωματώνει μικρές αποκλίσεις, που σχετίζονται με παραβίαση της μεταβλητότητας του Lorentz..Περιλαμβάνοντας αρκετές παραμέτρους, 19 για να είμαστε ακριβείς, οι προτεινόμενες εξισώσεις αποτελούν μέρος της λεγόμενης πρότυπης επέκτασης μοντέλου (SME). Όταν αυτές οι παράμετροι είναι μηδέν, επιστρέφουμε στο πρότυπο μοντέλο.

Μερικοί ερευνητές υποψιάζονται ότι πίσω από τις θεωρίες της κβαντικής βαρύτητας, όπως η υπέρβλεψη ή η κβαντική βρογχική βαρύτητα (LQG), παραβιάσεις της μεταβλητότητας του Lorentz μπορεί να συμβούν όταν πλησιάσουμε την κλίμακα Planck.

Υπάρχει επίσης η πολύ αμφιλεγόμενη θεωρία του John Bell, ο οποίος, αρνούμενος να δει στην παρέλαση της EPR μια ήττα του οράματος του Αϊνστάιν για την κβαντική μηχανική, δεν δίστασε να αμφισβητήσει τη θεωρία της ειδικής σχετικότητας που θα ήταν μόνο αποτελεσματικές. Πρέπει να έχει ένα υποκβανικό περιβάλλον στο οποίο ο περιορισμός της διάδοσης των σημάτων δεν ήταν πλέον αυτός που συνδέεται με την ταχύτητα του φωτός.

Πιο πρόσφατα, ο Fermi έδωσε ένα σοβαρό κριτήριο για πιθανές επιπτώσεις αποδιαρθρώσεως της Lorentza invariance και σήμερα είναι μια ομάδα ερευνητών του Πανεπιστημίου Heinrich-Heine στο Ντίσελντορφ που έχει ωθήσει ανώτατα όρια για τις τιμές παραμέτρων του φορμαλισμού των ΜΜΕ.

Οι δύο οπτικοί συντονιστές τέμνονται σε 90 °. Πιστωτική: Ινστιτούτο Πειραματικής Φυσικής-Heinrich-Heine-Πανεπιστήμιο Ντίσελντορφ

Μια δοκιμή για μαύρη ενέργεια;

Ο Stephan Schiller και οι συνεργάτες του έχτισαν μια εκσυγχρονισμένη έκδοση του πειράματος Michelson και Morley. Σε ένα μεγάλο τεμάχιο 1, 3 τόνων, δύο οπτικές κοιλότητες αποτελούμενες από μια ανάρτηση αναρτώνται σε ένα μαξιλάρι αέρα (αυτές οι προφυλάξεις είναι σημαντικές για να απομονώσουμε όσο το δυνατόν περισσότερο τη συσκευή παρασιτοκτόνου). Οι δύο κοιλότητες, μήκους περίπου 8, 4 εκατοστών, είναι διατεταγμένες κατά μήκος κάθετων γραμμών. Το ένα είναι ελαφρώς μεγαλύτερο από το άλλο και, για μια ακτίνα λέιζερ, και οι δύο συμπεριφέρονται σαν οπτικοί συντονιστές διαφορετικών συχνοτήτων.

Αρχικά, χωριστή δέσμη λέιζερ χωρίζεται σε δύο δοκούς, μία για κάθε κοιλότητα. Αυτά τα δύο δοκάρια στη συνέχεια ανασυνδυάζονται στην έξοδο και ολόκληρη η συσκευή περιστρέφεται αργά σε ένα μαξιλάρι αέρα. Σε 13 μήνες ολοκληρώθηκαν 175.000 περιστροφές. Η δέσμη εξόδου παρουσιάζει τότε ένα φαινόμενο παλμού, το ισοδύναμο των παρεμβολών αλλά εδώ στο χρόνο και όχι στο χώρο (στην πράξη η ένταση της δέσμης ταλαντώνεται περιοδικά στο χρόνο).

Εάν το φως δεν διαδοθεί με την ίδια ταχύτητα προς όλες τις κατευθύνσεις και εξαρτάται από τις κινήσεις της Γης, θα εμφανιστεί κατά τη διάρκεια του πειράματος αλλαγές στις συχνότητες των συντονισμών στις κοιλότητες. Συνεπώς, στην έξοδο, μετά από ανασυνδυασμό των δοκών, η συχνότητα κτύπων του φωτεινού σήματος δεν θα είναι σταθερή.

Το αποτέλεσμα έπεσε.

Από τις 8 παραμέτρους φορμαλισμού του ΕΜΣ που μπορεί να δοκιμάσει αυτό το πείραμα, οι τέσσερις οριοθετούνται υψηλότερα κατά 10-17, πράγμα που αντιπροσωπεύει μια δεκαπλάσια βελτίωση σε σχέση με το τελευταίο πείραμα του ίδιου τύπου. Αυτό το αποτέλεσμα είναι ιδιαίτερα εντυπωσιακό, καθώς είναι εκατό εκατομμύρια φορές πιο ακριβές από αυτό του αρχικού πειράματος Michelson και Morley.

Οι ερευνητές πιστεύουν ότι μπορούν ακόμα να κερδίσουν συντελεστή χιλίων τα επόμενα χρόνια. Θα είναι δύσκολο, αλλά σύμφωνα με ορισμένους, η ακρίβεια που επιτεύχθηκε θα μπορούσε τελικά να καταλήξει να επιτρέψει τη δοκιμή των αποτελεσμάτων λόγω της σκοτεινής ενέργειας.

Από την άλλη πλευρά, τα πιθανά αποτελέσματα της παραβίασης της μεταβλητότητας Lorentz σε σχέση με την κβαντική βαρύτητα θα απαιτούσαν να φθάσουμε σε ένα όριο 10 -30.Αυτό φαίνεται να είναι εκτός ερώτησης και πιθανότατα θα επανέλθει στον δορυφόρο Fermi τα επόμενα χρόνια για να αποκλείσει ή όχι μια παραβίαση της αμετάβλητης Lorentz σε κβαντική βαρύτητα.

Δημοφιλείς Αναρτήσεις