เครดิตรูปภาพ: NASA / JPL
ไม่ช้าก็เร็วรัชสมัยของ Einstein เช่นเดียวกับรัชสมัยของนิวตันข้างหน้าเขาจะสิ้นสุดลง ความวุ่นวายในโลกแห่งฟิสิกส์ที่จะโค่นล้มแนวคิดเรื่องความเป็นจริงพื้นฐานของเรานั้นเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่เชื่อว่าและในปัจจุบันการแข่งม้ากำลังดำเนินไประหว่างทฤษฎีที่มีการแข่งขันจำนวนหนึ่งเพื่อชิงบัลลังก์
ในการวิ่งนั้นเป็นแนวคิดที่น่าเหลือเชื่อเช่นจักรวาล 11 มิติ "ค่าคงที่สากล" (เช่นความแข็งแกร่งของแรงโน้มถ่วง) ที่แตกต่างกันไปตามอวกาศและเวลาและยังคงอยู่ในมิติที่ 5 ที่มองไม่เห็นอย่างแท้จริงสตริงสั่นสะเทือนเล็ก ๆ องค์ประกอบพื้นฐานของความเป็นจริงและโครงสร้างของพื้นที่และเวลาที่ไม่ราบรื่นและต่อเนื่องตามที่ไอน์สไตน์เชื่อ แต่แบ่งออกเป็นชิ้นเล็ก ๆ ที่แยกกันไม่ออกซึ่งมีขนาดเล็กหายไป การทดสอบในท้ายที่สุดจะกำหนดว่าชัยชนะใด
แนวคิดใหม่สำหรับการทดลองเพื่อทดสอบการทำนายของทฤษฎีสัมพัทธภาพของ Einstein อย่างแม่นยำมากขึ้นกว่าเดิมคือการพัฒนาโดยนักวิทยาศาสตร์ที่ Jet Propulsion Laboratory (JPL) ของ NASA ภารกิจของพวกเขาซึ่งใช้ระบบสุริยะของเราอย่างมีประสิทธิภาพเป็นห้องปฏิบัติการขนาดใหญ่จะช่วย จำกัด ขอบเขตของทฤษฎีการแย่งชิงและทำให้เราเข้าใกล้การปฏิวัติทางฟิสิกส์ครั้งต่อไปเพียงก้าวเดียว
บ้านแบ่ง
มันอาจไม่หนักใจนักในจิตใจของคนส่วนใหญ่ แต่ความแตกแยกอันยิ่งใหญ่ได้รบกวนความเข้าใจพื้นฐานของเราเกี่ยวกับจักรวาลมานาน การอธิบายธรรมชาติและพฤติกรรมของอวกาศเวลาสสารและพลังงานมีอยู่สองวิธี: สัมพัทธภาพของ Einstein และ "แบบจำลองมาตรฐาน" ของกลศาสตร์ควอนตัม ทั้งสองประสบความสำเร็จอย่างมาก ตัวอย่างเช่นระบบกำหนดตำแหน่งบนโลก (GPS) จะไม่สามารถทำได้หากไม่มีทฤษฎีสัมพัทธภาพ คอมพิวเตอร์, การสื่อสารโทรคมนาคมและอินเทอร์เน็ตเป็นกลไกของกลไกควอนตัม
แต่ทฤษฎีทั้งสองนั้นเหมือนภาษาต่าง ๆ และยังไม่มีใครแน่ใจว่าจะแปลระหว่างกันได้อย่างไร ทฤษฎีสัมพัทธภาพอธิบายแรงโน้มถ่วงและการเคลื่อนที่โดยการรวมพื้นที่และเวลาเข้าด้วยกันในรูปแบบ 4 มิติที่ยืดหยุ่นและยืดหยุ่นของความเป็นจริงที่เรียกว่า space-time ซึ่งโค้งงอและโค้งงอโดยพลังงานที่บรรจุอยู่ (มวลเป็นพลังงานรูปแบบหนึ่งดังนั้นมันจึงสร้างแรงโน้มถ่วงด้วยการแปรปรวนของอวกาศ - เวลา) กลศาสตร์ควอนตัมในทางกลับกันสมมติว่าอวกาศและเวลากลายเป็น "เวที" ที่แบนและไม่เปลี่ยนแปลงซึ่งละครของอนุภาคหลายตระกูลแผ่ออกไป . อนุภาคเหล่านี้สามารถเคลื่อนที่ทั้งไปข้างหน้าและข้างหลังในเวลา (สิ่งที่เกี่ยวข้องกับสัมพัทธภาพไม่อนุญาต) และการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคเหล่านี้อธิบายพลังพื้นฐานของธรรมชาติ - ด้วยข้อยกเว้นที่เห็นได้ชัดของแรงโน้มถ่วง
ทางตันระหว่างทฤษฎีทั้งสองนี้ได้ดำเนินมาหลายทศวรรษแล้ว นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่สันนิษฐานว่าในที่สุดทฤษฎีการรวมกันจะถูกพัฒนาขึ้นซึ่งช่วยให้ทั้งสองแสดงให้เห็นว่าความจริงที่พวกเขาแต่ละคนมีอยู่นั้นสามารถเข้ากันได้อย่างเป็นระเบียบภายในกรอบของความเป็นจริงที่ครอบคลุมทุกด้าน “ ทฤษฎีของทุกสิ่ง” เช่นนี้จะส่งผลกระทบอย่างลึกซึ้งต่อความรู้ของเราเกี่ยวกับการเกิดวิวัฒนาการและชะตากรรมในที่สุดของจักรวาล
Slava Turyshev นักวิทยาศาสตร์ที่ JPL และเพื่อนร่วมงานของเขาคิดว่าจะใช้สถานีอวกาศนานาชาติ (ISS) และดาวเทียมขนาดเล็กสองดวงที่โคจรรอบดวงอาทิตย์เพื่อทดสอบทฤษฎีสัมพัทธภาพได้อย่างแม่นยำ แนวคิดของพวกเขาได้รับการพัฒนาบางส่วนผ่านการระดมทุนจากสำนักงานวิจัยชีววิทยาและกายภาพของนาซ่าจะอ่อนไหวจนสามารถเปิดเผยข้อบกพร่องในทฤษฎีของไอน์สไตน์ได้ดังนั้นจึงเป็นการให้ข้อมูลที่ยากครั้งแรกที่จำเป็นเพื่อแยกแยะทฤษฎีการแข่งขัน ซึ่งเป็นเพียงชอล์กแฟนซี
การทดลองที่เรียกว่าการทดสอบด้วยแสงเลเซอร์ของ Relativity (LATOR) นั้นจะพิจารณาว่าแรงโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์เบี่ยงเบนลำแสงแสงเลเซอร์ที่ปล่อยออกมาจากดาวเทียมขนาดเล็กสองดวงอย่างไร แรงโน้มถ่วงโค้งเส้นทางของแสงเพราะมันแปรปรวนช่องว่างผ่านแสงที่ผ่าน การเปรียบเทียบมาตรฐานสำหรับการแปรปรวนของกาลอวกาศด้วยแรงโน้มถ่วงนี้คือการจินตนาการถึงพื้นที่ว่างในขณะที่ยางแผ่นแบนที่ทอดตัวภายใต้น้ำหนักของวัตถุเช่นดวงอาทิตย์ ความตกต่ำในแผ่นจะทำให้วัตถุ (แม้แต่อนุภาคที่ไม่มีมวลของแสง) ผ่านเข้ามาใกล้ดวงอาทิตย์หันไปเล็กน้อยเมื่อมันผ่านไป
อันที่จริงแล้วมันคือการวัดการดัดของแสงดาวโดยดวงอาทิตย์ในช่วงสุริยุปราคาในปี 1919 ว่า Sir Arthur Eddington ทดสอบทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein เป็นครั้งแรก ในแง่จักรวาลแรงโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์นั้นค่อนข้างอ่อนแอ เส้นทางของลำแสงส่องแสงที่ขอบของดวงอาทิตย์จะโค้งงอเพียงประมาณ 1.75 อาร์ควินาที (อาร์ควินาทีคือ 1/3600 ขององศา) ภายในขอบเขตของความถูกต้องแม่นยำของเครื่องมือวัดของเขา Eddington แสดงให้เห็นว่าแสงดาวส่องโค้งด้วยจำนวนนี้อย่างแน่นอน
LATOR จะวัดการเบี่ยงเบนนี้ด้วยค่าพันล้าน (109) เท่าของความแม่นยำของการทดลองของ Eddington และความแม่นยำของเจ้าของสถิติปัจจุบัน 30,000 เท่า: การวัดโดยใช้คลื่นจากยานอวกาศ Cassini เพื่อสำรวจดาวเสาร์
“ ฉันคิดว่า [LATOR] จะเป็นความก้าวหน้าที่สำคัญสำหรับฟิสิกส์พื้นฐาน” Clifford Will ศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยวอชิงตันผู้ซึ่งมีส่วนสำคัญในฟิสิกส์โพสต์นิวตันและไม่เกี่ยวข้องโดยตรงกับ LATOR “ เราควรพยายามกดเพื่อความแม่นยำมากขึ้นในการทดสอบสัมพัทธภาพทั่วไปเพียงเพราะการเบี่ยงเบนใด ๆ จะหมายถึงว่ามีฟิสิกส์ใหม่ที่เราไม่เคยรู้มาก่อน”
ห้องปฏิบัติการแสงอาทิตย์
การทดลองจะทำงานดังนี้: ดาวเทียมขนาดเล็กสองดวงกว้างประมาณหนึ่งเมตรจะถูกส่งเข้าสู่วงโคจรรอบดวงอาทิตย์ที่ระยะทางประมาณเดียวกับโลก ดาวเทียมขนาดเล็กคู่นี้จะโคจรช้ากว่าโลกดังนั้นประมาณ 17 เดือนหลังจากการเปิดตัวดาวเทียมขนาดเล็กและโลกจะอยู่ในด้านตรงกันข้ามของดวงอาทิตย์ แม้ว่าดาวเทียมทั้งสองจะอยู่ห่างกันประมาณ 5 ล้านกม. มุมระหว่างพวกเขาเมื่อมองจากโลกจะมีขนาดเล็กเพียงประมาณ 1 องศาเท่านั้น ดาวเทียมทั้งสองดวงและโลกจะรวมกันเป็นรูปสามเหลี่ยมผอม ๆ โดยมีลำแสงเลเซอร์อยู่ด้านข้างและลำแสงดวงหนึ่งที่ผ่านเข้าใกล้ดวงอาทิตย์
Turyshev วางแผนที่จะวัดมุมระหว่างดาวเทียมทั้งสองโดยใช้ interferometer ที่ติดตั้งบนสถานีอวกาศนานาชาติ Interferometer เป็นอุปกรณ์ที่จับและรวมลำแสงเข้าด้วยกัน ด้วยการวัดว่าคลื่นแสงจากดาวเทียมขนาดเล็กสองดวง“ รบกวน” กันได้อย่างไรเครื่องวัดสัญญาณรบกวนสามารถวัดมุมระหว่างดาวเทียมด้วยความแม่นยำที่ไม่ธรรมดา: ประมาณ 10 พันล้านวินาทีของอาร์กวินาทีหรือ 0.01 ไมโครวินาที เมื่อพิจารณาความแม่นยำของส่วนอื่น ๆ ของการออกแบบ LATOR สิ่งนี้จะให้ความแม่นยำโดยรวมสำหรับการวัดว่าลำแสงเลเซอร์โน้มถ่วงโน้มถ่วงประมาณ 0.02 เท่าไรสำหรับการวัดเพียงครั้งเดียว
“ การใช้สถานีอวกาศนานาชาติทำให้เราได้เปรียบเพียงเล็กน้อย” Turyshev อธิบาย “ สำหรับหนึ่งมันอยู่เหนือการบิดเบือนของชั้นบรรยากาศของโลกและมันก็มีขนาดใหญ่พอที่จะให้เราวางสองเลนส์ของอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ออกห่างกัน (หนึ่งเลนส์ที่ปลายแต่ละด้านของโครงแผงเซลล์แสงอาทิตย์) ซึ่งปรับปรุงความละเอียดและความแม่นยำของ ผล."
ความแม่นยำของ LATOR 0.02 นั้นดีพอที่จะเปิดเผยความเบี่ยงเบนจากทฤษฎีสัมพัทธภาพของ Einstein ที่ทำนายไว้โดยทฤษฎีที่ต้องการของทุกสิ่งซึ่งอยู่ในช่วงตั้งแต่ 0.5 ถึง 35 ข้อตกลงกับการวัดของ LATOR จะเป็นแรงผลักดันที่สำคัญสำหรับทฤษฎีเหล่านี้ แต่ถ้าไม่พบการเบี่ยงเบนจาก Einstein แม้แต่ LATOR ส่วนใหญ่ของคู่แข่งในปัจจุบัน - พร้อมกับ 11 มิติของพวกเขาพื้นที่ที่มีการจุดประกายและค่าคงที่ที่ไม่แน่นอน - จะได้รับผลกระทบร้ายแรงและ "ส่งต่อ" ไปยังห้องสมุดที่เต็มไปด้วยฝุ่น .
เนื่องจากภารกิจต้องการเฉพาะเทคโนโลยีที่มีอยู่ Turyshev กล่าวว่า LATOR สามารถบินได้ทันทีในปี 2009 หรือ 2010 ดังนั้นจึงอาจไม่นานเกินไปก่อนที่ทางตันในฟิสิกส์จะแตกและทฤษฎีแรงโน้มถ่วงอวกาศและเวลาใหม่ต้องใช้เวลา ราชบัลลังก์
แหล่งต้นฉบับ: เรื่องราวของนาซา / วิทยาศาสตร์
