Физики подтвердили идею Эйнштейна о гравитации. Снова

18.06.2020 14:23

Физики подтвердили идею Эйнштейна о гравитации. Снова

Новая работа делает старую идею еще более стройной: тяжелые и легкие объекты падают с одинаковой скоростью. Эйнштейн был не первым, кто осознал это; есть оспариваемые рассказы о Галилео Галилее, демонстрирующем принцип,когда он сбросил вес с Пизанской башни в XVI веке. И предположения об этой идее появляются в работах философа XII века Абула-Бараката аль-Багдади. Эта концепция в конечном итоге проникла в модель физики Исаака Ньютона, а затем в теорию общей теории относительности Эйнштейна как гравитационный "принцип эквивалентности сил гравитации и инерции" (ПЭСГ). Этот новый эксперимент демонстрирует истинность ПЭСГ с использованием падающей нейтронной звезды с большей точностью, чем когда-либо.

ПЭСГ, казалось, была правдой долгое время. Возможно, вы видели это видео о том, как астронавты Аполлона сбрасывают перо и молот в вакууме Луны, показывая, что они падают с одинаковой скоростью в лунной гравитации.

Но небольшие тесты в относительно слабых гравитационных полях Земли, Луны или Солнца на самом деле не дают понять ПЭСГ, считает Шарон Морсинк, астрофизик из Университета Альберты в Канаде, который не участвовал в новое исследование.

"На некотором уровне большинство физиков считают, что теория гравитации Эйнштейна, называемая общей теорией относительности, является правильной. Однако эта вера основана главным образом на наблюдениях явлений, происходящих в областях пространства со слабой гравитацией, в то время как теория гравитации Эйнштейна предназначено для объяснения явлений, происходящих вблизи действительно сильных гравитационных полей", - сказал Морсинк. "Нейтронные звезды и черные дыры - это объекты, обладающие наиболее сильными из известных гравитационных полей, поэтому любой тест гравитации, в котором участвуют эти объекты, действительно проверяет сердце теории гравитации Эйнштейна".

Нейтронные звезды - это свернутые ядра мертвых звезд. Сверхплотные, но недостаточно плотные для образования черных дыр, они могут собирать массы, большие, чем у нашего Солнца, в вихревые сферы шириной всего в несколько километров.

Исследователи сосредоточились на типе нейтронной звезды, называемой пульсаром, которая, с точки зрения Земли, кажется, мигает при вращении. Это мигание является результатом яркого пятна на поверхности звезды, вращающегося внутри и вне поля зрения, 366 раз в секунду. Это вращение достаточно регулярно, чтобы не отставать от времени.

Этот пульсар, известный как J0337 + 1715, особенный даже среди пульсаров: он заперт на узкой двойной орбите с белой карликовой звездой. Две звезды вращаются вокруг друг друга, когда они окружают третью звезду, также белого карлика, точно так же, как Земля и Луна делают, когда они вращаются вокруг Солнца.

Точный хронометраж J0337 + 1715 в сочетании с его отношением к этим двум гравитационным полям, созданным двумя звездами белых карликов, дает астрономам уникальную возможность проверить этот принцип.

Пульсар намного тяжелее двух других звезд в системе. Но пульсар все еще немного падает к каждому из них, когда они падают к большей массе пульсара. (То же самое происходит с вами и Землей. Когда вы прыгаете, вы очень быстро падаете к планете. Но планета тоже падает к вам - очень медленно, из-за вашей собственной низкой гравитации, но с той же скоростью, что и перо или молот, если бы вы игнорировали сопротивление воздуха.) А поскольку J0337 + 1715 является таким точным хронометристом, астрономы на Земле могут отслеживать, как гравитационные поля двух звезд влияют на период пульсара.

Для этого астрономы тщательно рассчитывали время прибытия света от J0337 + 1715, используя большие радиотелескопы, в частности радиообсерваторию Нанчай во Франции. Когда звезда двигалась вокруг каждого из своих соседей - одного по быстрой маленькой орбите, а другой по более длинной, более медленной орбите - пульсар становился все ближе и дальше от Земли. По мере удаления нейтронной звезды от Земли свет от ее импульсов должен был преодолевать большие расстояния, чтобы достичь телескопа. Так что, в некоторой степени, промежутки между импульсами, казалось, становились длиннее.

Когда пульсар повернул назад к Земле, промежутки между импульсами стали короче. Это позволило физикам построить надежную модель движения нейтронной звезды в пространстве, точно объяснив, как она взаимодействует с гравитационными полями своих соседей. Их работа построена на методике, использованной в более ранней статье, опубликованной в журнале Nature в 2018 году, для изучения той же системы.

Новая статья, опубликованная 10 июня в журнале Astronomy and Astrophysics, показала, что объекты в этой системе вели себя так, как предсказывает теория Эйнштейна, или, по крайней мере, не отличались от прогнозов Эйнштейна более чем на 1,8 части на миллион. Это абсолютный предел точности анализа данных их телескопа. Они сообщили о 95% уверенности в своих выводах.

Напомним, ранее сообщалось, что правоту Эйнштейна подтвердили на черных дырах.

Источник

Редакция: | Карта сайта: XML | HTML | SM
2013-2020 © "МехКорпс — роботы и киборги". Все права защищены.