نسبیت عام اینشتین از یک چالش سخت دیگر سربلند بیرون آمد
نظریه‌ی نسبیت عام اینشتین که بیش از یک قرن پیش ارائه شده است، طی یک مطالعه بر روی تپ‌اخترها، بار دیگر از آزمونی دشوار سربلند بیرون آمد.
نظریه‌ای که «آلبرت اینشتین» (Albert Einstein) در سال ۱۹۱۶ با عنوان «نسبیت عام» (General Relativity) منتشر کرد، درک ما از فیزیک و کیهان را متحول کرد. این تئوری گرانش را به‌عنوان پیامد انعطاف‌پذیری فضا-زمان توضیح می‌دهد: اجرام عظیم فضا-زمان را منحرف می‌کنند و فرورفتگی‌هایی ایجاد می‌کنند که اجرام دیگر به دور آن می‌چرخند.
دانشمندان در طول ۱۰۵ سال گذشته بارها و بارها نسبیت عام را تحت آزمایش قرار داده‌اند و همچنان تلاش می‌کنند تا موقعیت‌ها و شرایطی بیابند که نسبیت در آن‌ها پاسخگو نباشد اما هنوز حتی یک نمونه هم پیدا نشده است.
در یک مطالعه‌ی جدید که نتایج آن ۱۳ دسامبر (۲۲ آذر) در نشریه‌ی «فیزیکال ریویو ایکس» (Physical Review X) منتشر شد، پژوهشگران نتایج یکی از جاه‌طلبانه‌ترین و چالش‌برانگیزترین چالش‌های نسبیت عام را گزارش کردند. آن‌ها مشاهدات یک سیستم تپ‌اختری دوگانه را که طی ۱۶ سال توسط هفت تلسکوپ رادیویی گوناگون در سراسر جهان از سال ۲۰۰۳ تا ۲۰۱۹ انجام شده بود، تجزیه‌وتحلیل کردند.
تپ‌اخترها نوعی ستاره‌ی نوترونی یا جسد ستاره‌ای اَبَرچگال هستند که پرتوهای قدرتمند تابشی و ذرات را از قطب‌های مغناطیسی خود گسیل می‌کنند. این پرتوها پیوسته هستند اما به دلیل چرخش ستاره، به‌نظر می‌رسد که نوسان دارند و نام‌گذاری آن‌ها هم بر همین اساس است. این نور تنها زمانی دیده می‌شود که یک قطب به سمت زمین باشد.
جفت تپ‌اختری که تیم تحقیقاتی آن را بررسی کردند در فاصله‌ی ۲۴۰۰ سال نوری از زمین قرار دارند. یکی از تپ‌اخترها ۴۴ بار در ثانیه می‌چرخد و دیگری هر ۲٫۸ ثانیه یک چرخش دور خود را کامل می‌کند. به گفته‌ی اعضای تیم پژوهشی این دو جرم هر ۱۴۷ دقیقه یک بار به دور یک مرکز جرم مشترک می‌چرخند و هر یک از آن‌ها با سرعتی حدود ۱ میلیون کیلومتر بر ساعت در فضا حرکت می‌کند.
طرحی گرافیکی از جفت تپ‌اختر و میدان گرانشی آن‌ها
Credit: Max Planck Institute for Radio Astronomy
«دیک منچستر» (Dick Manchester) از سازمان تحقیقات علمی و صنعتی مشترک المنافع (CSIRO) آژانس ملی علوم استرالیا گفت: «این حرکت مداری سریع اجرام فشرده‌ای مانند این جفت تپ‌اختر، که جرم آن‌ها حدود ۳۰ درصد بیشتر از خورشید اما عرض آن‌ها فقط حدود ۲۴ کیلومتر است، به ما امکان می‌دهد بسیاری از پیش‌بینی‌های مختلف نسبیت عام و در مجموع ۷ پیش‌بینی را آزمایش کنیم!»
و کیفیت با کمیت مطابقت داشت؛ اعضای این تیم پژوهشی خاطرنشان کردند که این مطالعه به سطوحی از دقت دست یافت که برای آزمایش نسبیت عام بی‌سابقه بود. منچستر گفت: «جدای از امواج گرانشی و انتشار نور، دقت به‌کار رفته در آزمایش به ما امکان می‌دهد تا تأثیر اتساع زمان را هم اندازه بگیریم که باعث می‌شود ساعت‌ها در میدان‌های گرانشی کندتر کار کنند. ما حتی باید معادله‌ی معروف اینشتین E=mc^2 را هنگام بررسی تأثیر تابش الکترومغناطیسی ساطع شده توسط تپ‌اخترهای با چرخش سریع، بر حرکت مداری آن‌ها درنظر بگیریم.»
این مطالعه نشان داد که همه‌ی هفت پیش‌بینی آزمایش شده به اثبات رسیدند و بدین ترتیب بنابراین نسبیت عام شکست‌ناپذیر باقی مانده است. اما این بدان معنا نیست که پژوهشگران باید تلاش برای یافتن نقص در آن را متوقف کنند.
«رابرت فردمن» (Robert Ferdman) نویسنده‌ی همکار این مطالعه از دانشگاه آنگلیای شرقی انگلستان گفت: «نسبیت عام با دیگر نیروهای بنیادی که توسط مکانیک کوانتومی توصیف شده است، سازگار نیست. بنابراین مهم است که تا حد امکان سخت‌گیرانه‌ترین آزمایش‌ها را بر روی آن انجام دهیم تا دریابیم که چگونه و چه زمانی این نظریه شکست می‌خورد.»
او تأکید کرد: «پیدا کردن هر گونه انحراف از نسبیت عام، یک کشف بزرگ محسوب می‌شود که دریچه‌ای را به روی فیزیک جدید فراتر از درک نظری فعلی ما از جهان باز می‌کند و ممکن است در نهایت به ما در کشف یک نظریه‌ی واحد درباره‌ی نیروهای بنیادین طبیعت کمک کند.»
عکس کاور: طرحی گرافیکی از یک تپ‌اختر
Credit: NASA
منبع: Space
مگه کهکشان هایی که در کرانه جهان هستند و بیشتر از سرعت نور ،سرعت دارند باعث نقض نظریه نسبیت نمیشه؟!