เครดิตรูปภาพ: NRAO
นักฟิสิกส์ได้ค้นพบหลักฐานเพื่อสนับสนุนทฤษฎีที่ว่าแรงของแรงโน้มถ่วงเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสงตามทฤษฎีของ Einstein เกือบหนึ่งศตวรรษ ความแปรปรวนของภาพควาซาร์นั้นโค้งงอด้วยความเร็วโน้มถ่วงนี้
นักวิทยาศาสตร์ได้ทำการวัดความเร็วที่แรงโน้มถ่วงของโลกทำการแพร่กระจายโดยให้ค่าตัวเลขเป็นหนึ่งในค่าคงที่พื้นฐานทางฟิสิกส์ที่ไม่ผ่านการวัดครั้งล่าสุด
“ นิวตันคิดว่าแรงโน้มถ่วงนั้นเกิดขึ้นทันที ไอน์สไตน์สันนิษฐานว่ามันเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสง แต่จนถึงขณะนี้ยังไม่มีใครวัดได้” Sergei Kopeikin นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยมิสซูรี - โคลัมเบียกล่าว
“ เราได้พิจารณาแล้วว่าความเร็วในการแพร่กระจายของแรงโน้มถ่วงเท่ากับความเร็วของแสงภายในความแม่นยำ 20 เปอร์เซ็นต์” Ed Fomalont นักดาราศาสตร์จากหอสังเกตการณ์ดาราศาสตร์วิทยุแห่งชาติ (NRAO) ในชาร์ลอตส์วิลล์ นักวิทยาศาสตร์นำเสนอข้อค้นพบของพวกเขาต่อการประชุม American Astronomical Society ใน Seattle, WA
การวัดสถานที่สำคัญเป็นสิ่งสำคัญสำหรับนักฟิสิกส์ที่ทำงานเกี่ยวกับทฤษฎีภาคสนามที่พยายามรวมฟิสิกส์อนุภาคเข้ากับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าของ Einstein
“ การวัดของเราทำให้ข้อ จำกัด ที่แข็งแกร่งในทฤษฎีที่นำเสนอมิติพิเศษเช่นทฤษฎีการเชื่อโชคลางและทฤษฎี brane” Kopeikin กล่าว “ การรู้ถึงความเร็วของแรงโน้มถ่วงสามารถให้การทดสอบที่สำคัญเกี่ยวกับการมีอยู่และความกะทัดรัดของขนาดพิเศษเหล่านี้” เขากล่าวเสริม
ทฤษฎี Superstring เสนอว่าอนุภาคพื้นฐานของธรรมชาตินั้นไม่ได้มีลักษณะคล้าย ๆ กัน แต่มีลูปหรือสตริงเล็ก ๆ อย่างไม่น่าเชื่อซึ่งคุณสมบัติจะถูกกำหนดโดยการสั่นสะเทือนแบบต่างๆ Branes (คำที่ได้มาจากเยื่อหุ้มเซลล์) เป็นพื้นผิวหลายมิติและทฤษฎีทางกายภาพในปัจจุบันบางแห่งเสนอ branes เวลาว่างที่ฝังอยู่ในห้ามิติ
นักวิทยาศาสตร์ใช้ระบบกล้องโทรทรรศน์พื้นฐานระยะไกล (VLBA) ของมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติซึ่งเป็นระบบกล้องโทรทรรศน์วิทยุทั่วทั้งทวีปพร้อมกับกล้องโทรทรรศน์วิทยุขนาด 100 เมตรในเอฟเฟลสเบิร์กประเทศเยอรมนีเพื่อสังเกตการณ์ที่แม่นยำอย่างยิ่งเมื่อดาวพฤหัสผ่านไปเกือบหมด ด้านหน้าของควาซาร์ที่สว่างสดใสในวันที่ 8 กันยายน 2545
การสำรวจบันทึก“ การโค้งงอ” ของคลื่นวิทยุที่มาจากควาซาร์พื้นหลังเล็กน้อยโดยผลกระทบความโน้มถ่วงของจูปิเตอร์ การโค้งงอทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในตำแหน่งที่เห็นได้ชัดของควาซาร์ในท้องฟ้า
“ เนื่องจากดาวพฤหัสบดีกำลังเคลื่อนที่รอบดวงอาทิตย์ปริมาณการดัดที่แม่นยำจึงขึ้นอยู่กับความเร็วที่แรงโน้มถ่วงแพร่กระจายออกจากดาวพฤหัส” Kopeikin กล่าว
ดาวพฤหัสซึ่งเป็นดาวเคราะห์ที่ใหญ่ที่สุดในระบบสุริยะจะผ่านเข้าใกล้เส้นทางของคลื่นวิทยุจากควาซาร์ที่สว่างอย่างเหมาะสมประมาณหนึ่งทศวรรษเพื่อทำการตรวจวัดเช่นนี้
การจัดตำแหน่งท้องฟ้าหนึ่งครั้งในหนึ่งทศวรรษเป็นครั้งสุดท้ายในห่วงโซ่ของเหตุการณ์ที่ทำให้การวัดความเร็วของแรงโน้มถ่วงเป็นไปได้ คนอื่น ๆ รวมถึงการประชุมโอกาสของนักวิทยาศาสตร์สองคนในปี 1996 ความก้าวหน้าในวิชาฟิสิกส์เชิงทฤษฎีและการพัฒนาเทคนิคพิเศษที่ช่วยให้การวัดที่แม่นยำอย่างยิ่งที่จะทำ
“ ไม่มีใครพยายามวัดความเร็วของแรงโน้มถ่วงมาก่อนเพราะนักฟิสิกส์ส่วนใหญ่สันนิษฐานว่าวิธีเดียวที่จะทำได้คือการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง” Kopeikin เล่า อย่างไรก็ตามในปี 1999 Kopeikin ได้ขยายทฤษฎีของ Einstein เพื่อรวมผลกระทบความโน้มถ่วงของวัตถุที่เคลื่อนไหวบนคลื่นแสงและคลื่นวิทยุ ผลขึ้นอยู่กับความเร็วของแรงโน้มถ่วง เขารู้ว่าถ้าจูปิเตอร์เคลื่อนตัวไปข้างหน้าดาวฤกษ์หรือแหล่งกำเนิดวิทยุเขาสามารถทดสอบทฤษฎีของเขาได้
Kopeikin ศึกษาวงโคจรของดาวพฤหัสที่คาดการณ์ไว้ในอีก 30 ปีข้างหน้าและค้นพบว่าดาวเคราะห์ยักษ์จะผ่านอย่างใกล้ชิดต่อหน้าควาซาร์ J0842 + 1835 ในปี 2545 อย่างไรก็ตามเขาตระหนักได้อย่างรวดเร็วว่าผลกระทบต่อตำแหน่งชัดเจนของควาซาร์ในท้องฟ้า ความเร็วของแรงโน้มถ่วงจะเล็กมากจนเทคนิคการสังเกตเพียงอย่างเดียวที่สามารถวัดได้คือ Very Long Baseline Interferometry (VLBI) ซึ่งเป็นเทคนิคที่รวบรวมไว้ใน VLBA จากนั้น Kopeikin ได้ติดต่อกับ Fomalont ผู้เชี่ยวชาญชั้นนำใน VLBI และผู้สังเกตการณ์ VLBA ที่มีประสบการณ์
“ ฉันตระหนักถึงความสำคัญของการทดลองที่สามารถทำการวัดค่าคงที่พื้นฐานของธรรมชาติได้เป็นครั้งแรก” Fomalont กล่าว “ ฉันตัดสินใจว่าเราต้องให้ช็อตที่ดีที่สุดนี้” เขากล่าวเสริม
เพื่อให้ได้ระดับความแม่นยำที่กำหนดนักวิทยาศาสตร์สองคนได้เพิ่มกล้องโทรทรรศน์เอฟเฟลสเบิร์กเพื่อสังเกต ยิ่งการแยกระหว่างเสาอากาศกล้องโทรทรรศน์วิทยุที่กว้างขึ้นก็ยิ่งมีพลังในการแก้ไขหรือความสามารถในการดูรายละเอียดที่ทำได้ VLBA ประกอบไปด้วยเสาอากาศบนเกาะฮาวายสหรัฐอเมริกาแผ่นดินใหญ่และ St. Croix ในทะเลแคริบเบียน เสาอากาศที่อีกด้านหนึ่งของมหาสมุทรแอตแลนติกเพิ่มพลังในการแก้ไขยิ่งขึ้น
“ เราต้องทำการวัดด้วยความแม่นยำมากกว่าที่เคยทำมาประมาณสามเท่า แต่โดยหลักการแล้วเรารู้ว่าสามารถทำได้” Fomalont กล่าว นักวิทยาศาสตร์ทำการทดสอบและขัดเกลาเทคนิคของพวกเขาใน "การวิ่งแบบแห้ง" จากนั้นรอให้จูปิเตอร์ทำการผ่านหน้าควาซาร์
การรอคอยรวมถึงการกัดเล็บอย่างมาก ความล้มเหลวของอุปกรณ์สภาพอากาศเลวร้ายหรือพายุคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าบนดาวพฤหัสบดีอาจก่อวินาศกรรมการสังเกตการณ์ อย่างไรก็ตามโชคดีมากและการสังเกตของนักวิทยาศาสตร์ที่ความถี่วิทยุ 8 GigaHertz ได้สร้างข้อมูลที่ดีพอที่จะทำการวัด พวกเขาบรรลุความแม่นยำเท่ากับความกว้างของเส้นผมมนุษย์ที่มองเห็นได้จากระยะ 250 ไมล์
“ เป้าหมายหลักของเราคือการออกกฎความเร็วที่ไม่สิ้นสุดสำหรับแรงโน้มถ่วงและเราทำได้ดียิ่งขึ้น ตอนนี้เรารู้แล้วว่าความเร็วของแรงโน้มถ่วงอาจเท่ากับความเร็วของแสงและเราสามารถแยกความเร็วของแรงโน้มถ่วงออกได้อย่างมั่นใจมากกว่าสองเท่าของแสง” Fomalont กล่าว
นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่กล่าวว่า Kopeikin จะได้รับการผ่อนปรนว่าความเร็วของแรงโน้มถ่วงสอดคล้องกับความเร็วของแสง “ ฉันเชื่อว่าการทดลองนี้ทำให้เกิดความเข้าใจพื้นฐานใหม่เกี่ยวกับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและแสดงให้เห็นถึงการศึกษาและการสังเกตความโน้มถ่วงซึ่งเป็นไปได้ครั้งแรกในปัจจุบันเนื่องจากเป็นไปได้เนื่องจากความแม่นยำสูงอย่างมากของ VLBI เรามีจำนวนมากขึ้นที่จะเรียนรู้เกี่ยวกับพลังจักรวาลที่น่าสนใจนี้และความสัมพันธ์กับพลังอื่น ๆ ในธรรมชาติ” Kopeikin กล่าว
นี่ไม่ใช่ครั้งแรกที่ดาวพฤหัสบดีได้มีส่วนร่วมในการวัดค่าคงที่ทางกายภาพพื้นฐาน ในปี 1675 Olaf Roemer นักดาราศาสตร์ชาวเดนมาร์กทำงานที่หอดูดาวปารีสได้ทำการตรวจสอบความเร็วแสงอย่างแม่นยำด้วยการสังเกตแสงสุริยุปราคาของดวงจันทร์ดาวพฤหัสดวงหนึ่ง
แหล่งต้นฉบับ: NRAO News Release
