אשראי תמונה: נאס"א
תורת היחסות הכללית של איינשטיין קיבלה השבוע אישור נוסף הודות למחקר של אסטרונום מנאס"א. מדענים מדדו את האנרגיה הכוללת של קרני הגמא הנפלטות מתפרצות קרני גאמה רחוקה וגילו כי הם מקיימים אינטראקציה עם חלקיקים בדרכם לכדור הארץ באופן שתואם במדויק את התחזיות של איינשטיין.
מדענים אומרים כי העיקרון של אלברט איינשטיין בקביעות מהירות האור ממשיך תחת בדיקה הדוקה במיוחד, ממצא הפוסל תיאוריות מסוימות המנבאות מימדים נוספים ומרקם "מקציף" של חלל.
הממצא גם מראה כי תצפיות בסיסיות על קרקע וחלל על קרני הגמא בעלות האנרגיה הגבוהה ביותר, סוג של אנרגיה אלקטרומגנטית כמו אור, יכולות לספק תובנה לגבי עצם הזמן, החומר, האנרגיה והמרחב בקנה מידה רחוק מאוד מתחת הרמה התת אטומית - דבר שמעט מדענים חשבו שהוא אפשרי.
ד"ר פלויד סטקר ממרכז טיסת החלל "גודארד" של נאס"א בגרינבלט, ד"ר, דן בהשלכות של ממצאים אלה בגיליון האחרון של פיזיקת אסטרו-חלקיקים. עבודתו מבוססת בחלקה על שיתוף פעולה קודם עם חתן פרס נובל שלדון גלשוב מאוניברסיטת בוסטון.
"מה שאינשטיין עבד בעיפרון ונייר לפני כמעט מאה שנה ממשיך לעמוד בבדיקה המדעית," אמר סטקר. "תצפיות בעלות אנרגיה גבוהה מקרני גמא קוסמיות אינן פוסלות אפשרות לממדים נוספים ולמושג כוח הכבידה הקוונטי, אך הן מציבות כמה אילוצים קפדניים לגבי האופן בו מדענים יכולים למצוא תופעות כאלה."
איינשטיין הצהיר כי המרחב והזמן הם למעשה שני היבטים של ישות יחידה שנקראת חלל, מושג ארבעה ממדי. זהו הבסיס לתיאוריותיו לגבי תורת היחסות המיוחדת והכללית. לדוגמא, תורת היחסות הכללית גורסת שכוח הכובד הוא תוצאה של עיוות המוני בזמן המרחב, כמו כדור באולינג על מזרן.
תורת היחסות הכללית היא תורת הכובד בקנה מידה גדול ואילו מכניקת הקוונטים, שהתפתחה באופן עצמאי בראשית המאה העשרים, היא תיאוריית האטום והחלקיקים התת-אטומיים בקנה מידה קטן מאוד. תיאוריות המבוססות על מכניקת הקוונטים אינן מתארות את כוח הכבידה, אלא את שלושת הכוחות הבסיסיים האחרים: אלקטרומגנטיות (אור), כוחות חזקים (גרעין אטומי מחייב) וכוחות חלשים (הנראים ברדיואקטיביות).
מדענים קיוו זה מכבר למזג את התיאוריות הללו ל"תיאוריה של הכל "כדי לתאר את כל תחומי הטבע. תיאוריות מאחדות אלו - כמו כוח הכבידה הקוונטי או תורת המיתרים - עשויות להיות כרוכות בפעולה של ממדים נוספים של החלל וגם הפרות של תורת היחסות המיוחדת של איינשטיין, כמו למשל כי מהירות האור היא המהירות המרבית הניתנת להשגה עבור כל העצמים.
עבודתו של סטקר כוללת מושגים המכונים עקרון אי הוודאות ואי-תלות של לורנץ. עקרון אי הוודאות, שמקורו במכניקת הקוונטים, מרמז כי ברמה התת אטומית חלקיקים וירטואליים, המכונים גם תנודות קוונטיות, צצים פנימה ומחוצה לה. מדענים רבים אומרים כי המרחב עצמו מורכב מתנודות קוונטיות, שכאשר הן נראות מקרוב, דומות לקצף או "קצף קוונטי". יש מדענים שחושבים שקצף קוונטי של חלל יכול להאט את מעבר האור - בדיוק כמו שאור נעה במהירות מירבית בוואקום אך במהירויות איטיות יותר דרך אוויר או מים.
הקצף היה מאט חלקיקים אלקטרומגנטיים בעלי אנרגיה גבוהה יותר, או פוטונים - כמו קרני רנטגן וקרני גאמה - יותר מפוטונים אנרגיים נמוכים יותר של אור גלוי או גלי רדיו. וריאציה מהותית כזו במהירות האור, שונה עבור פוטונים בעלי אנרגיות שונות, הייתה מפרה את האומברנס של לורנץ, העיקרון הבסיסי של תורת היחסות המיוחדת. הפרה כזו יכולה להיות רמז שיעזור להצביע עלינו בדרך לתאוריות איחוד.
מדענים קיוו למצוא הפרות שכיחות כאלה של לורנץ על ידי חקר קרני גאמה המגיעות הרחק מחוץ לגלקסיה. התפרצות קרני גאמה למשל נמצאת במרחק כה גדול עד שההבדלים במהירויות הפוטונים בפרץ, בהתאם לאנרגיה שלהם, עשויים להיות מדידים - מכיוון שקצף החלל הקוונטי עשוי לפעול להאטת האור שהיה לנסוע אלינו מיליארדי שנים.
שטקר הביט הרבה יותר קרוב לבית וגילה כי לא מופרת הפרעה של לורנץ. הוא ניתח קרני גאמה משתי גלקסיות סמוכות יחסית, שנמצאות במרחק של כחצי מיליארד שנות אור משם, עם חורים שחורים על-מסיביים במרכזם, בשם Markarian (Mkn) 421 ו- Mkn 501. חורים שחורים אלו מייצרים קורות אינטנסיביות של פוטוני קרני גאמה המכוונות ישירות אל כדור הארץ. גלקסיות כאלה נקראות בלייזרים. (עיין בתמונה 4 לתמונה של Mkn 421. תמונות 1 - 3 הם מושגי האמן של חורים שחורים סופר-מסיביים המפעילים קוואזרים שכאשר מכוונים אותם ישירות לכדור הארץ נקראים בלייזרים. תמונה 5 היא צילום טלסקופ החלל האבל של בלייזר.)
חלק מקרני הגמא מ- Mkn 421 ו- Mkn 501 מתנגשים עם פוטונים אינפרא אדום ביקום. התנגשויות אלה גורמות להרס קרני הגמא ופוטונים אינפרא אדום כאשר האנרגיה שלהם מומרת למסה בצורה של אלקטרונים ואלקטרונים נטענים חיוביים (המכונים פוזיטרון), לפי הנוסחה המפורסמת של איינשטיין E = mc ^ 2. סטקר וגלשוב הצביעו כי עדויות להשמדת קרני הגמא בעלות האנרגיה הגבוהה ביותר מ- Mkn 421 ו- Mkn 501, שהושגו מתצפיות ישירות על חפצים אלה, מדגימות בבירור שההיארעות של לורנץ חיה וקיימת ולא הופרה. אם היו מופרים invariance של לורנץ, קרני הגמא היו עוברות דרך ערפל האינפרא אדום החוץ-אקסטרקטי מבלי להשמיד אותו.
הסיבה לכך היא ההשמדה דורשת כמות מסוימת של אנרגיה על מנת ליצור את האלקטרונים והפוזיטרון. תקציב אנרגיה זה מסתפק בקרני הגמא בעלות האנרגיה הגבוהה ביותר מ- Mkn 501 ו- Mkn 421 באינטראקציה עם פוטונים אינפרא אדום אם שניהם נעים במהירות האור הידועה בהתאם לתורת היחסות המיוחדת. עם זאת, אם קרני הגמא בפרט היו מתקדמות במהירות איטית יותר בגלל הפרת האומללות של לורנץ, האנרגיה הכוללת הזמינה הייתה לא מספקת ותגובת ההשמדה תהיה "לא ללכת".
"ההשלכות של התוצאות הללו", אמר סטקר, "הן שאם הפרה של ההתמדה של לורנץ היא ברמה כל כך קטנה - פחות מחלק אחד באלף טריליון - שהיא מעבר ליכולתה של הטכנולוגיה הנוכחית שלנו למצוא. יתכן שתוצאות אלה גם אומרות לנו שהצורה הנכונה של תורת המיתרים או כוח הכבידה הקוונטית חייבת לציית לעקרון האי-קיומיות של לורנץ. "
לקבלת מידע נוסף, עיין במודעות "אילוצים על אי-שחלות של לורנץ המפרים את כוח הכבידה והמודלים הגדולים הנוספים הגדולים המשתמשים בתצפיות על גמא-ריי עם אנרגיה גבוהה" באינטרנט:
המקור המקורי: מהדורת החדשות של נאס"א
