אשראי תמונה: NASA / JPL
במוקדם או במאוחר, תסתיים שלטונו של איינשטיין, כמו שלטונו של ניוטון לפניו. מהפך בעולם הפיזיקה שיבטל את התפיסות שלנו לגבי מציאות בסיסית הוא בלתי נמנע, לדעת מרבית המדענים, וכעת מתנהל מרוץ סוסים בין קומץ תיאוריות שמתחרות להיות ממשיך דרכו של כס המלוכה.
בריצה הם רעיונות מכופפים נפש כמו יקום בן 11 ממדים, "קבועים" אוניברסליים (כמו חוזק הכובד) שמשתנים על פני מרחב וזמן ונשארים קבועים באמת בממד החמישי הבלתי נראה, מיתרים רוטטים אינסופיים כמו מרכיבים בסיסיים של המציאות, ומארג של מרחב וזמן שאינו חלק ורציף, כפי שאמין איינשטיין, אלא מחולק לנתחים נפרדים ובלתי ניתנים לחלוקה בגודל קטן ונעלם. הניסוי יקבע בסופו של דבר אילו ניצחונות.
מושג חדש לניסוי לבחינת תחזיות היחסות של איינשטיין בצורה מדויקת יותר מאי פעם מפותח על ידי מדענים במעבדת ההנעה של Jet של נאס"א (JPL). המשימה שלהם, שמשתמשת ביעילות במערכת השמש שלנו כמעבדה ענקית, הייתה עוזרת לצמצם את שדה תיאוריות ההתמודדות ומקרבת אותנו צעד אחד קרוב יותר למהפכה הבאה בפיזיקה.
בית מחולק
זה אולי לא מכביד מאוד על מוחם של רוב האנשים, אך סכמה גדולה כבר מזמן הכשירה את ההבנה הבסיסית שלנו את היקום. קיימות כיום שתי דרכים להסביר את טיבן והתנהגותו של מרחב, זמן, חומר ואנרגיה: היחסות של איינשטיין וה"מודל הסטנדרטי "של מכניקת הקוונטים. שניהם מצליחים ביותר. מערכת המיקום העולמי (GPS), למשל, לא הייתה אפשרית ללא תורת היחסות. מחשבים, טלקומוניקציה והאינטרנט, בינתיים, הם ספינ-אופים של מכניקת הקוונטים.
אבל שתי התיאוריות דומות לשפות שונות, ואף אחד עדיין לא בטוח כיצד לתרגם ביניהן. היחסיות מסבירה את כוח המשיכה והתנועה על ידי איחוד המרחב והזמן למארג 4-ממדי, דינמי, אלסטי של המציאות הנקרא מרחב-זמן, המכופף ומעוות על ידי האנרגיה שהוא מכיל. (המיסה היא צורה אחת של אנרגיה, ולכן היא יוצרת כוח משיכה על ידי עיוות של זמן-חלל.) מכניקת הקוונטים, לעומת זאת, מניחה שהחלל והזמן מהווים "שלב" שטוח ובלתי ניתן לשינוי עליו מתרחשת הדרמה של כמה משפחות של חלקיקים. . חלקיקים אלה יכולים לנוע קדימה וגם אחורה בזמן (דבר היחסות אינו מאפשר), והאינטראקציה בין החלקיקים הללו מסבירה את הכוחות הבסיסיים של הטבע - למעט הבולט בכבידה.
הקיפאון בין שתי התיאוריות הללו נמשך עשרות שנים. מרבית המדענים מניחים כי איכשהו, בסופו של דבר, תפותח תיאוריה מאחדת אשר מצפה את השניים ומראה כיצד האמיתות שיש בהן כל אחת יכולות להתאים בצורה מסודרת למסגרת אחת כוללת של המציאות. "תיאוריה של הכל" כזו תשפיע באופן עמוק על הידע שלנו על לידתו, האבולוציה וגורלו של היקום בסופו של דבר.
סלאבה טורישב, מדען ב- JPL, ועמיתיו חשבו על דרך להשתמש בתחנת החלל הבינלאומית (ISS) ובשני מיני לוויינים המסתובבים בצד הרחוק של השמש כדי לבחון את תורת היחסות ברמת דיוק חסרת תקדים. הרעיון שלהם, שפותח בחלקו באמצעות מימון ממשרד המחקר הביולוגי והפיזי של נאס"א, יהיה כל כך רגיש שהוא יכול לחשוף ליקויים בתורתו של איינשטיין, ובכך לספק את הנתונים הקשים הראשונים הדרושים כדי להבחין בין התאוריות המתחרות של הכל מסכימות עם המציאות ו שהם רק עבודות גיר מהודרות.
הניסוי, שנקרא לייזר אסטרומטרי מבחן היחסות (LATOR), היה מסתכל כיצד כוח המשיכה של השמש מסיט את קרני אור הלייזר הנפלטות על ידי שני הלוויינים המיני. כוח המשיכה מכופף את מסלול האור מכיוון שהוא מעוות את החלל דרכו האור עובר. האנלוגיה הסטנדרטית לעיוות זה של חלל-זמן על ידי כוח הכובד היא לדמיין את החלל כגיליון שטוח של גומי הנמתח תחת משקלם של חפצים כמו השמש. השקע בסדין יגרום לחפץ (אפילו חלקיק אור ללא מסה) שיעבור בקרבת השמש להסתובב מעט כשחלף.
למעשה, על ידי מדידת כיפוף אור הכוכבים על ידי השמש במהלך ליקוי חמה בשנת 1919, בדק סר ארתור אדינגטון לראשונה את תורת היחסות הכללית של איינשטיין. במונחים קוסמיים, כוח המשיכה של השמש חלש למדי; נתיב של קרן אור המרפרשת על שפת השמש תוחל רק בכ- 1.75 שניות קשת (שניות קשת היא 1/3600 מעלות). בגבולות הדיוק של ציוד המדידה שלו, אדינגטון הראה שאור הכוכבים אכן התכופף בכמות זו - ובעצם זאת הדביק את ניוטון ביעילות.
LATOR היה מודד את סטיה זו פי מיליארד פי דיוק הניסוי של אדינגטון ופי 30,000 פי דיוקו של מחזיק הרשומות הנוכחי: מדידה סרנדיפיטית באמצעות אותות מחללית קאסיני בדרכה לחקור את סטורן.
"אני חושב ש- [LATOR] תהיה התקדמות חשובה למדי לפיזיקה בסיסית," אומר קליפורד וויל, פרופסור לפיזיקה באוניברסיטת וושינגטון, אשר תרם תרומות משמעותיות לפיזיקה הפוסט-ניוטונית ואינו מעורב ישירות ב- LATOR. "עלינו להמשיך ולנסות ללחוץ על דיוק רב יותר בבדיקת היחסות הכללית, פשוט מכיוון שכל סוג של סטייה פירושו שיש פיזיקה חדשה שלא היינו מודעים לה קודם."
מעבדת שמש
הניסוי יעבוד כך: שני לוויינים קטנים, שכל אחד מהם ברוחב כמטר, היו משוגרים למסלול שמקיף את השמש בערך באותו מרחק כמו כדור הארץ. זוג הלוויינים המיני זה יעבור לאט יותר מכפי שעושה כדור הארץ, כך שבערך 17 חודשים לאחר השיגור, מיני הלוויינים וכדור הארץ יהיו בצדדים השונים של השמש. למרות ששני הלוויינים יהיו במרחק של כ -5 מיליון ק"מ זה מזה, הזווית שביניהם נצפה מכדור הארץ תהיה זעירה, רק בערך מעלה אחת. יחד, שני הלוויינים וכדור הארץ היו יוצרים משולש רזה, עם קרני לייזר לאורך צידיו, ואחת מאותן קורות עוברות קרוב לשמש.
טורישב מתכנן למדוד את הזווית בין שני הלוויינים באמצעות אינטרפרומטר המותקן על ISS. אינטרפרומטר הוא מכשיר התופס ומשלב קרני אור. על ידי מדידת האופן שבו גלי האור משני הלוויינים הקטנים "מפריעים" אחד לשני, האינטרפרומטר יכול למדוד את הזווית בין הלוויינים בדיוק יוצא דופן: כעשרה מיליארד דולרים של שניות קשת, או 0.01? כמו (מיקרו-קשתות). כאשר לוקחים בחשבון את הדיוק של החלקים האחרים בתכנון LATOR, הדבר נותן דיוק כללי למדידת כמה כוח הכבידה מכופף את קרן הלייזר של בערך 0.02? כמו למדידה יחידה.
"השימוש ב- ISS נותן לנו כמה יתרונות", מסביר טורישב. "ראשית, זה מעל לעיוותי האטמוספרה של כדור הארץ, והוא גם גדול דיו בכדי לאפשר לנו למקם את שתי עדשות האינטרפרומטר רחוקות זו מזו (עדשה אחת בכל קצה מסבך לוח השמש), מה שמשפר את הרזולוציה והדיוק של תוצאות."
ה- 0.02? כדיוק של LATOR הוא מספיק טוב כדי לחשוף סטיות מתורת היחסות של איינשטיין שחזויות התיאוריות של הכל שואף, שנע בין בערך 0.5 ל 35? הסכם עם המדידות של LATOR יהווה דחיפה משמעותית לכל אחת מהתיאוריות הללו. אך אם לא תמצא חריגה מאיינשטיין אפילו על ידי LATOR, מרבית המתמודדים הנוכחיים - יחד עם 11 הממדים שלהם, המרחב המפואר, וקבועים בלתי-קבועים - יסבלו מכה אנושה ו"יעברו "לאותה ערימה של ספרייה מאובקת בשמיים. .
מכיוון שהמשימה דורשת רק טכנולוגיות קיימות, אומר Turyshev כי LATOR יכול להיות מוכן לטוס ברגע 2009 או 2010. ייתכן שלא עבר זמן רב עד שהקיפאון בפיזיקה נשבר ותיאוריה חדשה של כוח הכבידה, המרחב והזמן לוקח את זה כס.
המקור המקורי: NASA / סיפור המדע
