קרדיט תמונה: NRAO
תיאורטיקה של איינשטיין במשך כמעט מאה שנה, פיזיקאים מצאו ראיות התומכות בתיאוריה לפיה כוח הכובד נע במהירות האור. וריאציות באופן שהתכופף של תמונת הקוואזר היוו את מהירות הכובד הזו.
תוך ניצול יישור קוסמי נדיר, מדענים ביצעו את המדידה הראשונה של המהירות בה מתפשט כוח הכובד, ומעניקים ערך מספרי לאחד מקבצי היסוד האחרונים שלא ניתן לטפל בפיזיקה.
"ניוטון חשב שכוח הכובד היה מיידי. איינשטיין הניח שהוא נע במהירות האור, אך עד כה איש לא מדד את זה ", אמר סרגיי קופיקין, פיזיקאי מאוניברסיטת מיזורי-קולומביה.
"קבענו שמהירות ההתפשטות של כוח הכבידה שווה למהירות האור ברמת דיוק של 20 אחוז", אמר אד פומונט, אסטרונום במצפה הכוכבים הלאומי לאסטרונומיה (NRAO) בצ'רלוטסוויל, וירג'יניה. המדענים הציגו את ממצאיהם בפגישה של האגודה האמריקאית לאסטרונומיה בסיאטל, וושינגטון.
מדידת ציון הדרך חשובה לפיזיקאים העובדים על תיאוריות שדה אחידות המנסות לשלב בין פיזיקת החלקיקים עם תורת היחסות הכללית של איינשטיין ותורת האלקטרומגנטיות.
"המדידה שלנו מציבה כמה גבולות חזקים על התיאוריות שמציעות מימדים נוספים, כמו תיאוריית העל והתיאוריות של הסובין," אמר קופיקין. "הכרת מהירות הכובד יכולה לספק מבחן חשוב לקיומם ולקומפקטיותם של הממדים הנוספים הללו," הוסיף.
תיאוריית העל העליונה מציעה שחלקיקי היסוד של הטבע אינם ענייניים, אלא לולאות או מיתרים קטנים להפליא, שתכונותיהם נקבעות על ידי מצבי רטט שונים. סובנים (מילה הנגזרת מממברנות) הם משטחים רב ממדיים, וכמה תיאוריות פיסיקליות עכשוויות מציעות סובנות זמן-שטח המשובצות לחמישה ממדים.
המדענים השתמשו במערך קו המחקר הארוך מאוד של קרן המדע הלאומית (VLBA), מערכת רדיו-טלסקופ רחבה ביבשת, יחד עם טלסקופ הרדיו באורך 100 מטר באפלסברג, גרמניה, בכדי להשקיף על תצפית מדויקת במיוחד כאשר כוכב הלכת יופיטר עבר כמעט פנימה מול קוואזאר בוהק ב- 8 בספטמבר 2002.
בתצפית נרשמה "כיפוף" קל מאוד של גלי הרדיו המגיעים ממקוואר הרקע כתוצאה מהשפעת הכבידה של צדק. הכיפוף הביא לשינוי קטן במיקומו הנראה של הקוואר בשמים.
"מכיוון שיופיטר נע סביב השמש, הכמות המדויקת של הכיפוף תלויה מעט במהירות שבה כוח המשיכה מתפשט מיופיטר," אמר קופיקין.
יופיטר, כוכב הלכת הגדול ביותר במערכת השמש, עובר רק מספיק קרוב לנתיבי גלי הרדיו ממכסת קוואר בהירה המתאימה בערך אחת לעשור כדי לבצע מדידה כזו, כך אמרו המדענים.
היישור השמימי של פעם בעשור היה האחרון בשרשרת האירועים שאיפשרה את מדידת מהירות הכובד. האחרים כללו מפגש מקרי של שני המדענים בשנת 1996, פריצת דרך בפיזיקה תיאורטית ופיתוח טכניקות ייעודיות שאיפשרו לבצע את המדידה המדויקת ביותר.
"אף אחד לא ניסה למדוד את מהירות הכובד לפני מכיוון שרוב הפיזיקאים הניחו שהדרך היחידה לעשות זאת היא לגלות גלי כבידה," נזכר קופיקין. עם זאת, בשנת 1999 הרחיב קופיקין את התיאוריה של איינשטיין כך שתכלול את ההשפעות הכבידתיות של גוף נע על גלי האור והרדיו. ההשפעות היו תלויות במהירות הכובד. הוא הבין שאם יופיטר יתקרב כמעט מול כוכב או מקור רדיו, הוא יכול היה לבדוק את התיאוריה שלו.
קופיקין בחן את מסלולו הצפוי של יופיטר במשך 30 השנים הבאות וגילה שכוכב הלכת הענק יעבור מספיק קרוב מול הקוואר J0842 + 1835 בשנת 2002. עם זאת, מהר מאוד הוא הבין שההשפעה על מיקומו לכאורה של הקוואר בשמיים ניתן לייחס. למהירות הכובד תהיה כה קטנה עד שהטכניקה התצפיתית היחידה המסוגלת למדוד אותה הייתה אינטרפרומטריה ארוכה מאוד של קו קו (VLBI), הטכניקה המגולמת ב- VLBA. לאחר מכן פנה קופיקין לפומאלונט, מומחה מוביל ב- VLBI ומשקיף מנוסה ב- VLBA.
"הבנתי מייד את החשיבות של ניסוי שיכול לבצע את המדידה הראשונה של קבוע מהותי של הטבע", אמר פומלונט. "החלטתי שאנחנו חייבים לתת את הזכות הטובה ביותר שלנו," הוסיף.
כדי להשיג את רמת הדיוק הנדרשת, שני המדענים הוסיפו את הטלסקופ של איבלסברג לתצפיתם. ככל שההפרדה בין שתי אנטנות רדיו-טלסקופ רחבה יותר, כך ניתן יהיה להשיג את כוח ההחלמה או את היכולת לראות פירוט נאה. ה- VLBA כולל אנטנות בהוואי, ארצות הברית היבשתית וסנט קרוקס בקאריביים. אנטנה בצד השני של האוקיאנוס האטלנטי הוסיפה כוח פותר עוד יותר.
"היינו צריכים לבצע מדידה ברמת דיוק של פי שלוש ממה שעשה אי פעם, אבל ידענו, באופן עקרוני, שניתן לעשות זאת", אמר פומונט. המדענים בדקו ושכללו את הטכניקות שלהם ב"ריצות יבשות ", ואז המתינו ליופיטר שיעבור את דרכו מול הקוואזאר.
ההמתנה כללה נשיכת ציפורניים ניכרת. כישלון בציוד, מזג אוויר גרוע או סערה אלקטרומגנטית על צדק עצמו יכול היה לחבל בתצפית. עם זאת, המזל הושקע והתצפיות של המדענים בתדר רדיו של 8 GigaHertz הניבו מספיק נתונים טובים כדי לבצע את המדידה שלהם. הם השיגו דיוק שווה לרוחב שיער אדם שנראה ממרחק של 250 מיילים.
"המטרה העיקרית שלנו הייתה לשלול מהירות אינסופית לכוח הכבידה, והצלחנו עוד יותר. אנו יודעים כעת כי מהירות הכובד ככל הנראה שווה למהירות האור, ואנחנו יכולים בביטחון לשלול כל מהירות עבור כוח הכבידה העולה על כפול מזה של האור, "אמר פומונט.
מרבית המדענים, אמר קופיקין, ישוחררו כי מהירות הכובד תואמת את מהירות האור. "אני מאמין שניסוי זה שופך אור חדש על יסודות היחסות הכללית ומייצג את הראשון מבין מחקרים רבים ותצפיות נוספות על כוח הכבידה האפשריות כיום בגלל הדיוק הגבוה ביותר של ה- VLBI. יש לנו עוד הרבה מה ללמוד על הכוח הקוסמי המסקרן הזה ועל יחסו לכוחות האחרים בטבע, "אמר קופיקין.
זו לא הפעם הראשונה שיופיטר משחק חלק בייצור מדידה של קבוע פיזי בסיסי. בשנת 1675, אולף רומר, אסטרונום דני שעבד במצפה הכוכב בפריס, קבע את מהירות האור הראשונה במדויק למדי, על ידי התבוננות בליקויי חמה של אחד מירחי יופיטר.
המקור המקורי: מהדורת החדשות של NRAO
