เครดิตรูปภาพ: NASA
ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein ได้รับการยืนยันอีกครั้งในสัปดาห์นี้เนื่องจากการวิจัยโดยนักดาราศาสตร์จาก NASA นักวิทยาศาสตร์วัดพลังงานทั้งหมดของรังสีแกมม่าที่ปล่อยออกมาจากรังสีแกมม่าที่อยู่ไกลออกไปและพบว่าพวกมันมีปฏิสัมพันธ์กับอนุภาคระหว่างทางสู่โลกในแบบที่ตรงกับการทำนายของไอน์สไตน์อย่างแม่นยำ
นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าหลักการของอัลเบิร์ตไอน์สไตน์เกี่ยวกับความคงตัวของความเร็วแสงถือขึ้นภายใต้การพิจารณาที่เข้มงวดเป็นพิเศษการค้นพบที่ออกกฎบางทฤษฎีเพื่อทำนายมิติพิเศษและโครงสร้างของอวกาศ "ฟอง"
การค้นพบนี้ยังแสดงให้เห็นว่าการสำรวจรังสีพื้นผิวและอวกาศแบบพื้นฐานจากรังสีแกมม่าพลังงานสูงที่สุดซึ่งเป็นรูปแบบของพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าเช่นแสงสามารถให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับธรรมชาติของเวลาสสารพลังงานและพื้นที่ในระดับต่ำกว่ามาก ระดับ subatomic - สิ่งที่นักวิทยาศาสตร์น้อยคนคิดว่าเป็นไปได้
Dr. Floyd Stecker จากศูนย์การบินอวกาศก็อดดาร์ดของนาซ่าในกรีนเบลต์กล่าวถึงผลของการค้นพบเหล่านี้ใน Astroparticle Physics ฉบับล่าสุด งานของเขาส่วนหนึ่งมาจากความร่วมมือก่อนหน้านี้กับ Sheldon Glashow ผู้ได้รับรางวัลโนเบลจากมหาวิทยาลัยบอสตัน
“ สิ่งที่ไอน์สไตน์ทำงานด้วยดินสอและกระดาษเกือบหนึ่งศตวรรษที่ผ่านมายังคงดำเนินต่อไปเพื่อการพิจารณาทางวิทยาศาสตร์” Stecker กล่าว “ การสำรวจพลังงานรังสีแกมมาของจักรวาลสูงไม่ได้แยกแยะความเป็นไปได้ของมิติพิเศษและแนวคิดของแรงโน้มถ่วงควอนตัม แต่พวกเขาวางข้อ จำกัด ที่เข้มงวดบางอย่างเกี่ยวกับวิธีที่นักวิทยาศาสตร์สามารถค้นพบปรากฏการณ์ดังกล่าวได้”
ไอน์สไตน์ระบุว่าอวกาศและเวลาเป็นจริงสองด้านของเอนทิตีเดียวที่เรียกว่ากาลอวกาศซึ่งเป็นแนวคิดสี่มิติ นี่คือรากฐานของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษและทั่วไปของเขา ยกตัวอย่างเช่นทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปวางตัวว่าแรงโน้มถ่วงเป็นผลมาจากกาลอวกาศที่บิดเบี้ยวเช่นลูกบอลโบว์ลิ่งบนที่นอน
ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเป็นทฤษฎีของแรงโน้มถ่วงในวงกว้างในขณะที่กลศาสตร์ควอนตัมพัฒนาขึ้นอย่างอิสระในต้นศตวรรษที่ 20 เป็นทฤษฎีของอะตอมและอนุภาคในระดับอะตอมในขนาดที่เล็กมาก ทฤษฎีที่ใช้กลศาสตร์ควอนตัมไม่ได้อธิบายถึงแรงโน้มถ่วง แต่เป็นอีกสามแรงพื้นฐาน: แม่เหล็กไฟฟ้า (แสง), แรงที่แข็งแกร่ง (นิวเคลียสอะตอมผูกพัน) และกองกำลังอ่อนแอ (เห็นในกัมมันตภาพรังสี)
นักวิทยาศาสตร์หวังที่จะรวมทฤษฎีเหล่านี้ไว้ใน "ทฤษฎีของทุกสิ่ง" เพื่ออธิบายทุกแง่มุมของธรรมชาติ ทฤษฎีที่รวมกันเหล่านี้เช่นแรงโน้มถ่วงควอนตัมหรือทฤษฎีสตริงอาจเกี่ยวข้องกับการเรียกใช้มิติพิเศษของอวกาศและการละเมิดทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของ Einstein เช่นความเร็วของแสงเป็นความเร็วสูงสุดที่สามารถทำได้สำหรับวัตถุทั้งหมด
งานของ Stecker เกี่ยวข้องกับแนวคิดที่เรียกว่าหลักการความไม่แน่นอนและ Lorentz invariance หลักการความไม่แน่นอนที่ได้มาจากกลศาสตร์ควอนตัมแสดงให้เห็นว่าในอนุภาคเสมือนระดับ subatomic เรียกอีกอย่างว่าการผันผวนของควอนตัม, ป๊อปเข้าและออกจากการดำรงอยู่ นักวิทยาศาสตร์หลายคนบอกว่ากาลอวกาศนั้นประกอบด้วยความผันผวนของควอนตัมซึ่งเมื่อมองอย่างใกล้ชิดคล้ายฟองหรือโฟมควอนตัม นักวิทยาศาสตร์บางคนคิดว่าควอนตัมโฟมของกาลอวกาศสามารถชะลอการผ่านของแสงได้มากเท่าที่แสงเดินทางด้วยความเร็วสูงสุดในสุญญากาศ แต่ที่ความเร็วช้าลงผ่านอากาศหรือน้ำ
โฟมจะชะลอตัวของอนุภาคแม่เหล็กไฟฟ้าพลังงานสูงหรือโฟตอน - เช่นรังสีเอกซ์และรังสีแกมมา - มากกว่าโฟตอนพลังงานต่ำของแสงที่มองเห็นหรือคลื่นวิทยุ การเปลี่ยนแปลงพื้นฐานในความเร็วของแสงซึ่งแตกต่างจากโฟตอนของพลังงานที่แตกต่างกันจะเป็นการละเมิดความไม่แน่นอนของ Lorentz ซึ่งเป็นหลักการพื้นฐานของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ การละเมิดดังกล่าวอาจเป็นเบาะแสที่จะช่วยชี้แนะทางให้เราไปสู่ทฤษฎีการรวมกัน
นักวิทยาศาสตร์หวังว่าจะพบการละเมิดความไม่แน่นอนของ Lorentz โดยการศึกษารังสีแกมม่าที่มาจากนอกกาแลคซี ยกตัวอย่างเช่นการปะทุรังสีแกมม่านั้นอยู่ในระยะทางที่ไกลมากซึ่งความแตกต่างของความเร็วของโฟตอนในการระเบิดขึ้นอยู่กับพลังงานนั้นสามารถวัดได้ - เนื่องจากโฟมควอนตัมของอวกาศอาจทำหน้าที่แสงช้าซึ่งได้รับ เดินทางมาหาเราหลายพันล้านปี
Stecker มองเข้าไปใกล้บ้านมากขึ้นเพื่อพบว่า Lorentz invariance ไม่ได้ถูกละเมิด เขาวิเคราะห์รังสีแกมม่าจากกาแลคซีใกล้เคียงสองแห่งประมาณครึ่งล้านปีแสงโดยมีหลุมดำมวลยวดยิ่งที่ใจกลางชื่อ Markarian (Mkn) 421 และ Mkn 501 หลุมดำเหล่านี้สร้างลำแสงโฟตอนรังสีแกมมาที่รุนแรงซึ่งมุ่งตรงไปที่ โลก. กาแลคซีเช่นนี้เรียกว่า blazars (อ้างถึงรูปภาพ 4 สำหรับรูปภาพของ Mkn 421 รูปภาพ 1 - 3 เป็นแนวคิดของศิลปินที่มีหลุมดำมวลมหาศาลที่ใช้พลังควาซาร์ซึ่งเมื่อชี้ตรงไปที่โลกเรียกว่า blazars Image 5 เป็นภาพถ่ายกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลของ blazar)
รังสีแกมม่าบางส่วนจาก Mkn 421 และ Mkn 501 ชนกับโฟตอนอินฟราเรดในจักรวาล การชนเหล่านี้ส่งผลให้เกิดการทำลายของรังสีแกมม่าและโฟตอนอินฟราเรดเนื่องจากพลังงานของพวกมันถูกแปลงเป็นมวลในรูปของอิเล็กตรอนและปฏิสสารที่มีประจุบวก (เรียกว่าโพสิตรอน) ตามสูตรที่โด่งดังของ Einstein E = mc ^ 2 Stecker และ Glashow ได้ชี้ให้เห็นว่าหลักฐานการทำลายของรังสีแกมม่าพลังงานสูงจาก Mkn 421 และ Mkn 501 ที่ได้จากการสังเกตโดยตรงของวัตถุเหล่านี้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่า Lorentz invariance ยังมีชีวิตอยู่และดีและไม่ถูกละเมิด หากการไม่แปรเปลี่ยน Lorentz ถูกละเมิดรังสีแกมม่าจะผ่านไปทางขวาผ่านหมอกอินฟราเรดที่ไม่มีการทำลายล้าง
นี่เป็นเพราะการทำลายล้างต้องใช้พลังงานจำนวนหนึ่งเพื่อสร้างอิเล็กตรอนและโพสิตรอน งบประมาณพลังงานนี้เป็นที่พอใจสำหรับรังสีแกมม่าพลังงานสูงสุดจาก Mkn 501 และ Mkn 421 ในการโต้ตอบกับโฟตอนอินฟราเรดหากทั้งสองเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสงที่รู้จักกันดีตามทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ อย่างไรก็ตามหากรังสีแกมมาโดยเฉพาะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่ช้าลงเนื่องจากการละเมิด Lorentz invariance พลังงานทั้งหมดที่มีอยู่จะไม่เพียงพอและปฏิกิริยาการทำลายล้างจะเป็น“ ไม่ไป”
“ ผลกระทบของผลลัพธ์เหล่านี้” Stecker กล่าวว่า“ หาก Lorentz invariance ถูกละเมิดมันอยู่ในระดับเล็ก ๆ - น้อยกว่าหนึ่งส่วนในหนึ่งแสนล้านล้าน - มันเกินความสามารถของเทคโนโลยีที่เราค้นพบ ผลลัพธ์เหล่านี้อาจบอกเราว่ารูปแบบที่ถูกต้องของทฤษฎีสตริงหรือแรงโน้มถ่วงควอนตัมต้องเป็นไปตามหลักการของ Lorentz invariance”
สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมโปรดดูที่“ ข้อ จำกัด เกี่ยวกับ Lorentz Invariance ที่ละเมิดแรงโน้มถ่วงควอนตัมและโมเดลขนาดใหญ่พิเศษโดยใช้การสังเกตรังสีแกมม่าพลังงานสูงออนไลน์ได้ที่:
แหล่งที่มาดั้งเดิม: NASA News Release
