Bricht Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie unter extremen Bedingungen?

Vor einem Jahrhundert entwickelt in diesem Jahr ein junger Schweizer Physiker, schon Physik mit Entdeckungen über die Beziehung zwischen Raum und Zeit revolutioniert hatte, ein radikal neues Verständnis der Schwerkraft.

Im Jahre 1915 veröffentlichte Albert Einstein seine allgemeine Relativitätstheorie, die Schwerkraft als eine fundamentale Eigenschaft der Raumzeit beschrieben. Er kam auf einen Satz von Gleichungen, die sich die Krümmung der Raumzeit, die Energie und Dynamik von Materie und Strahlung, die in einer bestimmten Region vorhanden sind.

Heute, 100 Jahre später, Einsteins Theorie der Gravitation bleibt eine Säule der modernen Verständnis, und hat alle Tests, die Wissenschaftler es werfen könnte überstanden. Aber bis vor kurzem war es nicht möglich, Experimente durchführen, um die Sonde der Theorie unter extremen Bedingungen zu sehen, ob es zerfällt zu tun. [6 weird Facts über die Schwerkraft]

Jetzt haben Wissenschaftler die Technologie zu Beginn der Suche nach beweisen, die Physik jenseits der allgemeinen Relativitätstheorie offenbaren könnte.

"Für mich ist es absolut erstaunlich wie gut allgemeine Relativitätstheorie nach 100 Jahren getan hat", sagte Clifford Will, ein theoretischer Physiker an der University of Florida in Gainesville. "Was er schrieb die gleiche Sache, die wir heute benutzen", sagte Will Leben-Wissenschaft.

Eine neue Ansicht der Schwerkraft

Allgemeine Relativitätstheorie beschreibt die Gravitation nicht als Kraft, wie der Physiker, den Isaac Newton gedacht, den aber eher als eine Krümmung von Raum und Zeit durch die Masse von Objekten, wird, gesagt. Die Grund-Erdumlaufbahnen ist die Sonne nicht, weil die Sonne Erde, sondern vielmehr, lockt weil die Sonne Raumzeit verzerrt, sagte er. (Dies ist ein bisschen wie eine Bowling-Kugel auf einer ausgebreiteten Decke die Decke Form verzerren würde.)

Einsteins machte einige ziemlich wilden Vorhersagen, einschließlich der Möglichkeit von schwarzen Löchern, die Raum-Zeit-in einem solchen Maße verzerren würde, dass nichts im Inneren – nicht einmal Licht – entkommen konnte. Die Theorie bildet auch die Grundlage für die derzeit geltende Ansicht, die das Universum erweitert, und auch zu beschleunigen.

Allgemeinen Relativitätstheorie wurde durch zahlreiche Beobachtungen bestätigt. Einstein selbst verwendet bekanntlich die Theorie, die orbitale Bewegung des Planeten Merkur, vorherzusagen die Newtonschen Gesetze nicht genau beschreiben kann. Einsteins Theorie sagte auch voraus, dass ein Objekt, das groß genug war das Licht selbst, ein Effekt bekannt als Gravitationslinsen, biegen konnten die Astronomen haben häufig zu beobachten. Die Wirkung kann beispielsweise verwendet werden, finden Exoplaneten, basierend auf geringfügige Abweichungen im Lichte eines entfernten Objekts wird durch die Sterne, die, das Planeten umkreisen ist, gebogen.

Aber während es ist nicht "eine Spur eines Beweises" gewesen, dass es etwas falsch mit der allgemeinen Relativitätstheorie, "Es ist wichtig, die Theorie in Regimen testen, wo es nicht zuvor getestet wurde" wird gesagt Leben Wissenschaft.

Einsteins Theorie Prüfung

Allgemeinen Relativitätstheorie funktioniert sehr gut für schwere der normalen Stärke, die Vielfalt erfahrenen von Menschen auf der Erde oder von Planeten, wie sie die Sonne umkreisen. Aber es ist noch nie getestet in sehr starken Feldern, Regionen, die an den Grenzen der Physik liegen. [Die 9 größten ungelösten Rätsel der Physik]

Die beste Aussichten für die Prüfung der Theorie in diesen Bereichen soll nach Wellen in der Raumzeit, bekannt als Gravitationswellen suchen. Diese können von Gewaltereignissen hergestellt werden, wie das Zusammenführen von zwei massiven Körpern, wie schwarze Löcher oder extrem dichten Objekten Neutronensterne genannt.

Diese kosmischen Feuerwerk würde nur der kleinste Ausrutscher in der Raumzeit zu produzieren. Zum Beispiel könnte ein solches eine scheinbar statische Entfernung auf der Erde verändern. Wenn beispielsweise zwei schwarze Löcher kollidierte und verschmolzen in der Milchstraße, die Gravitationswellen würde dehnen und Komprimieren von zwei Objekten auf der Erde, die durch ein Tausendstel des Durchmessers eines Atomkerns 3,3 Fuß (1 Meter) getrennt wurden, wird gesagt.

Dennoch gibt es jetzt draußen Experimente, die potenziell erkennen könnte, dass die Raum-Zeit-Wellen von diese Art von Veranstaltungen.

"Es ist eine sehr gute Chance, die wir [Gravitationswellen] erkannt wird direkt in den nächsten Jahren", sagte Will.

Der Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO) nutzt mit Einrichtungen in der Nähe von Richland, Washington und Livingston, Louisiana, Laser, um winzige Verzerrungen in zwei lange, L-förmigen Detektoren zu erkennen. Wie Raum-Zeit-Wellen durch die Detektoren, die Wellen dehnen und Komprimieren von Raum, der die Länge des Detektors in einer Weise ändern kann, die LIGO messen kann.

LIGO begann ihren Betrieb im Jahr 2002 und hat Gravitationswellen nicht erkannt; im Jahr 2010 ging es offline für Upgrades, und sein Nachfolger, bekannt als Advanced LIGO wird voraussichtlich dieses Jahr wieder hochfahren. Eine Vielzahl von anderen Experimenten wollen auch Gravitationswellen.

Eine weitere Möglichkeit, die allgemeine Relativitätstheorie in extremen Regime zu testen wäre, um die Eigenschaften von Gravitationswellen. Zum Beispiel können Gravitationswellen, genau wie Licht polarisiert werden während es polarisierte Sonnenbrille durchläuft. Allgemeinen Relativitätstheorie macht Vorhersagen über diese Polarisierung, so dass "alles, was von [diese Vorhersagen] abweicht schlecht wäre" für die Theorie, kann sagte.

Ein einheitliches Verständnis

Wenn Wissenschaftler Gravitationswellen, erwartet aber Will, dass es nur Einsteins Theorie gestärkt wird. "Meine Meinung ist, wir gehen auf die allgemeine Relativitätstheorie zu sein Recht beweisen zu halten", sagte er.

Also wozu diese Experimente überhaupt zu tun?

Eines der beständigsten Ziele der Physik ist die Suche nach einer Theorie, die allgemeine Relativitätstheorie, die Wissenschaft von der makroskopischen Welt und Quantenmechanik, das Reich des sehr kleinen vereint. Doch finden solche Theorie, bekannt als Quantengravitation, erfordern einige Änderungen zur allgemeinen Relativitätstheorie kann sagte.

Es möglich ist, dass jedes Experiment kann erkennen, die Effekte der Quantengravitation praktisch unmöglich sein, so viel Energie erfordern würde, sagte wird. "Aber man weiß ja nie – einige seltsame Wirkung aus der Quantenwelt, die kleine ist aber nachweisbar sein kann."

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