Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie besteht einen weiteren massiven Test

1916, Albert Einstein wagte es zu erklären, dass Isaac Newton falsch lag. Nein, sagte er, die Schwerkraft ist keine mysteriöse Kraft, die von der Erde ausgeht.

Stattdessen stellte sich Einstein vor, dass Raum und Zeit in einem interdimensionalen Gitter verdreht sind und die Schnüre dieses Gitters wie abgewickelte Büroklammern sind. Biegbar; formbar. Nur weil wir innerhalb dieser Art von immateriellem Geflecht existieren, so glaubte er, erfahren unsere einfachen menschlichen Körper das Fassade einer Kraft, die uns am Boden hält. Wir nennen das Schwerkraft.

(Wenn das Ihr Gehirn verletzt hat, machen Sie sich keine Sorgen, hier ist ein Artikel, der sich mit der Aufschlüsselung dieses Konzepts befasst.)

Und während der geniale Mathematiker diese verwirrende Vorstellung als seine allgemeine Relativitätstheorie bezeichnete, ein Titel, der hängen blieb, nannten ihn seine Kollegen „völlig unpraktisch und absurd“, ein Titel, der das nicht tat. Allen Widrigkeiten zum Trotz muss Einsteins verblüffende Idee noch ins Wanken geraten. Seine Prämissen bleiben sowohl im Kleinsten als auch im unfassbar Großen wahr. Experten haben immer und immer wieder versucht, Löcher in sie zu stechen, aber die allgemeine Relativitätstheorie hat immer Vorrang.

Und am Mittwoch gaben Wissenschaftler dank eines ehrgeizigen Satellitenexperiments bekannt, dass sich die Allgemeine Relativitätstheorie erneut als grundlegende Wahrheit unseres Universums erwiesen hat. Das Team führte mit einer Mission namens Mikroskop den sogenannten „präzisesten Test“ eines der Schlüsselaspekte der Allgemeinen Relativitätstheorie durch, der als Prinzip der schwachen Äquivalenz bezeichnet wird.

„Ich arbeite seit mehr als 20 Jahren an diesem Thema und mir ist klar, welches Glück ich hatte, Projektmanager des wissenschaftlichen Instruments und Mitforscher dieser Mission zu sein“, sagte Manuel Rodrigues, Wissenschaftler am französischen Luft- und Raumfahrtlabor ONERA und Autor einer neuen Studie, veröffentlicht in der Zeitschrift Physical Review Letters.

“Dies ist sehr selten, um ein so bemerkenswertes Ergebnis in der Geschichte der Physik zu hinterlassen.”

Was ist das Prinzip der schwachen Äquivalenz?

Das Prinzip der schwachen Äquivalenz ist eine seltsame.

Es besagt ziemlich genau, dass alle Objekte in einem Gravitationsfeld auf die gleiche Weise fallen müssen, wenn keine andere Kraft auf sie einwirkt – ich spreche von externen Störungen wie Wind, einer Person, die gegen das Objekt tritt, einem anderen Objekt, das dagegen stößt, verstehen Sie Idee.

Und ja, wenn ich alle Objekte sage, meine ich alle Objekte. Eine Feder; ein Klavier; ein Basketball; du und Ich; Alles, was Sie sich wirklich vorstellen können, muss nach diesem Prinzip auf genau die gleiche Weise fallen.

Das Mikroskopprojekt schickte einen Satelliten in die Erdumlaufbahn, der zwei Objekte enthielt: eine Platinlegierung und eine Titanlegierung. „Die Auswahl basierte auf technologischen Erwägungen“, sagte Rodrigues, beispielsweise ob die Materialien in einem Labor einfach und praktikabel herzustellen seien.

Aber am wichtigsten für das Verständnis des Prinzips der schwachen Äquivalenz oder WEP, diese Legierungen wurden in die Erdumlaufbahn geschossen, weil Dinge dort oben im Gravitationsfeld unseres Planeten existieren, ohne dass andere Kräfte auf sie einwirken. Perfekt für die Prüfkriterien. Sobald der Satellit im Weltraum war, begannen die Forscher mit den Tests, jahrelangob das Platinbit und das Titanbit gefallen sind auf die gleiche Weise als sie die Erde umkreisten.

Sie taten es – in einem äußerst präzisen Ausmaß.

“Der aufregendste Teil während des Projekts war die Entwicklung eines Instruments und einer Mission, die noch niemand zuvor mit einem solchen Maß an Genauigkeit durchgeführt hat – eine neue Welt, die es zu erforschen gilt”, sagte Rodrigues. “Als Pioniere dieser neuen Welt erwarteten wir jeden Moment, Phänomenen gegenüberzustehen, die vorher nicht gesehen wurden, weil wir die Ersten waren, die eintraten.”

Wenn Sie sich für die technischen Details interessieren, zeigten die Ergebnisse des Experiments, dass sich die Fallbeschleunigung einer Legierung von der anderen um nicht mehr als einen Teil von 10 ^ 15 unterschied. Ein Unterschied über diese Größe hinaus, sagen die Forscher, würde bedeuten, dass das WEP durch unser aktuelles Verständnis von Einsteins Theorie verletzt wird.

Für die Zukunft arbeitet das Team an einer Folgemission namens Microscope 2, die laut Rodrigues das Prinzip der schwachen Äquivalenz 100-mal besser testen wird.

Dies ist jedoch wahrscheinlich so gut wie für mindestens ein Jahrzehnt oder so, sagen die Forscher.

Super, was bedeutet das für mich?

In gewisser Weise ist die Solidität der Allgemeinen Relativitätstheorie ein Problem. Denn obwohl es eine wesentliche Blaupause für das Verständnis unseres Universums ist, ist es nicht das nur Entwurf.

Wir haben auch Konstrukte wie das Standardmodell der Teilchenphysik, das erklärt, wie Dinge wie Atome und Bosonen funktionieren, und die Quantenmechanik, die Dinge wie Elektromagnetismus und die Ungewissheit der Existenz erklärt.

Aber hier ist die Einschränkung.

Beide Konzepte scheinen genauso unzerbrechlich wie die Allgemeine Relativitätstheorie, sind aber nicht mit ihr vereinbar. Also… irgendetwas muss falsch sein. Und dieses Etwas hindert uns daran, eine einheitliche Geschichte des physischen Universums zu erschaffen. Das Standardmodell zum Beispiel kann bekanntermaßen die Schwerkraft und die allgemeine Relativitätstheorie nicht erklären betrachtet Quantenphänomene nicht wirklich. Es ist wie ein riesiger Kampf, die ultimative Theorie zu sein.

„Einige Theorien erwarten eine Kopplung zwischen der Gravitation und einigen elektromagnetischen Parametern“, führte Rodrigues als Beispiel an. “Diese Kopplung existiert in Einsteins Theorie nicht, deshalb existiert das WEP.”

Wir befinden uns an einem Scheideweg.

Aber die gute Seite ist, dass die überwiegende Mehrheit der Wissenschaftler alle diese Theorien für richtig hält unvollendet. Also, wenn wir irgendwie einen Weg finden können Fertig sie – zum Beispiel eine neue Kopplung finden, wie Rodrigues sagt, oder ein neues Teilchen identifizieren, das dem Standardmodell hinzugefügt werden kann –, die uns zu den fehlenden Teilen des Puzzles unseres Universums führen könnten.

“Es sollte eine Revolution in der Physik sein”, sagte Rodrigues über das Brechen des WEP. „Es wird bedeuten, dass wir eine neue Kraft finden, oder vielleicht ein neues Teilchen wie das Graviton – es ist der Gral der Physiker.“