Skip to content
Home » Einsteins geestverruimende relativiteitstheorie doorstaat weer een enorme test

Einsteins geestverruimende relativiteitstheorie doorstaat weer een enorme test

    Einsteins geestverruimende relativiteitstheorie doorstaat weer een enorme test

    Wat is er gaande

    Wetenschappers stuurden een satelliet de ruimte in om het zwakke-equivalentieprincipe van Einstein met uiterste precisie te testen.

    Waarom het uitmaakt

    Het zwakke-equivalentieprincipe is een integraal onderdeel van de algemene relativiteitstheorie, dus deze testresultaten bieden nog meer ondersteuning voor een kerntheorie van ons universum.

    In 1916 durfde Albert Einstein te verklaren dat Isaac Newton ongelijk had over de zwaartekracht. Nee, zei hij, het is geen mysterieuze kracht die van de aarde komt.

    In plaats daarvan stelde Einstein zich voor dat ruimte en tijd verwrongen zijn in een interdimensionaal raster, en de veters van dit raster zijn als afgewikkelde paperclips. buigbaar; vormbaar. Het is alleen omdat we bestaan ​​in dit soort ongrijpbare mazen, hij geloofde dat onze eenvoudige menselijke lichamen de… . van een kracht die ons tegen de grond houdt. We noemen dat zwaartekracht.

    (Als dat je hersenen pijn doet, maak je geen zorgen, hier is een artikel gewijd aan het doorbreken van dit concept.)

    En terwijl de geniale wiskundige naar dit verwarrende idee verwees als zijn algemene relativiteitstheorie, een titel die bleef hangen, noemden zijn collega’s het ‘totaal onpraktisch en absurd’, een titel die dat niet deed. Tegen alle verwachtingen in moet Einsteins geestdodende idee nog wankelen. De premissen blijven waar op zowel de kleinste schaal als de onbegrijpelijk grote. Deskundigen hebben geprobeerd er steeds weer gaten in te prikken, maar de algemene relativiteitstheorie heeft altijd de overhand.

    En woensdag hebben wetenschappers dankzij een ambitieus satellietexperiment aangekondigd dat de algemene relativiteitstheorie opnieuw heeft bewezen een fundamentele waarheid van ons universum te zijn. Het team voerde wat het noemt de “meest nauwkeurige test” uit van een van de belangrijkste aspecten van de algemene relativiteitstheorie, het zwakke-equivalentieprincipe genaamd, met een missie genaamd microscoop.

    “Ik werk al meer dan 20 jaar aan dit onderwerp en ik realiseer me hoeveel geluk ik heb gehad om de projectmanager van het wetenschappelijke instrument en de mede-onderzoeker van deze missie te zijn”, zegt Manuel Rodrigues, een wetenschapper bij het Franse ruimtevaartlaboratorium ONERA en auteur van een nieuwe studie, gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review Letters.

    “Dit is zeer zeldzaam om zo’n opmerkelijk resultaat in de geschiedenis van de natuurkunde achter te laten.”

    Een afbeelding van hoe de relativiteitstheorie van Einstein het universum voorstelt.

    Zooey Liao/CNET

    Wat is het zwakke-equivalentieprincipe?

    Het zwakke-equivalentieprincipe is raar.

    Het zegt min of meer dat alle objecten in een zwaartekrachtveld op dezelfde manier moeten vallen als er geen andere kracht op inwerkt — ik heb het over externe interferentie zoals wind, een persoon die tegen het object schopt, een ander object dat er tegenaan botst, je krijgt de ideaal.

    En ja, als ik zeg alle objecten, bedoel ik alle objecten. Een veer; een piano; een basketbal; jij en ik; alles wat je je kunt voorstellen, moet volgens dit principe op precies dezelfde manier vallen.

    Het Microscope-project stuurde een satelliet in de baan van de aarde die twee objecten bevatte: een platinalegering en een titaniumlegering. “De selectie was gebaseerd op technologische overwegingen”, zei Rodrigues, zoals of de materialen gemakkelijk en haalbaar waren om in een laboratorium te maken.

    Maar het belangrijkste voor het begrijpen van het zwakke-equivalentieprincipe, of WEP, is dat deze legeringen in de baan van de aarde zijn gestraald omdat er dingen in het zwaartekrachtveld van onze planeet bestaan ​​zonder dat er andere krachten op inwerken. Perfect voor de testcriteria. Toen de satelliet eenmaal in de ruimte was, begonnen de onderzoekers jarenlang te testen of het platinabit en titaniumbit viel op dezelfde manier terwijl ze in een baan om de aarde cirkelden.

    Dat deden ze – tot in een uiterst nauwkeurige mate.

    “Het meest opwindende deel van het project was om een ​​instrument en een missie te ontwikkelen die niemand eerder met zo’n nauwkeurigheid heeft gedaan – een nieuwe wereld om te verkennen,” zei Rodrigues. “Als de pioniers van deze nieuwe wereld, verwachtten we op elk moment fenomenen onder ogen te zien die nog niet eerder waren gezien omdat we de eersten waren die binnenkwamen.”

    Een cilindrische bronzen structuur met wetenschappelijke apparaten, met een puntige bodem

    Een capsule die werd gebruikt tijdens de microscoopmissie.

    ZARM/Selig – ONERA 2013

    Als je van de technische details houdt, toonden de resultaten van het experiment aan dat de versnelling van de val van de ene legering met niet meer dan één deel op 10^15 van de andere verschilde. Een verschil boven deze hoeveelheid, zeggen de onderzoekers, zou betekenen dat de WEP wordt geschonden door ons huidige begrip van de theorie van Einstein.

    Voor de toekomst werkt het team aan een vervolgmissie genaamd Microscope 2, die volgens Rodrigues het principe van zwakke equivalentie 100 keer beter zal testen.

    Dit is echter waarschijnlijk zo goed als het gaat worden voor minstens een decennium of zo, zeggen de onderzoekers.

    Mooi, wat betekent dit voor mij?

    In zekere zin is de degelijkheid van de algemene relativiteitstheorie een soort probleem. Dat komt omdat, hoewel het een essentiële blauwdruk is om ons universum te begrijpen, het niet de… enkel en alleen blauwdruk.

    We hebben ook constructies zoals het standaardmodel van deeltjesfysica, dat uitlegt hoe dingen als atomen en bosonen werken, en kwantummechanica, dat rekening houdt met zaken als elektromagnetisme en de onzekerheid van het bestaan.

    Maar hier is het voorbehoud.

    Beide concepten lijken net zo onbreekbaar als de algemene relativiteitstheorie, maar zijn er niet mee verenigbaar. Dus… er moet iets mis zijn. En dat iets weerhoudt ons ervan een verenigd verhaal van het fysieke universum te creëren. Het standaardmodel kan bijvoorbeeld de zwaartekracht niet verklaren, en de algemene relativiteitstheorie houdt niet echt rekening met kwantumverschijnselen. Het is als een enorme strijd om de ultieme theorie te zijn.

    Vier wetenschappers, in mintgroene outfits en haarnetjes, staan ​​naast een in goudfolie gewikkeld apparaat ter grootte van een oven

    Rechts staat het microscoopteam met de satellietapparatuur.

    ONERA/Rodrigues 2016

    “Sommige theorieën verwachten een koppeling tussen zwaartekracht en sommige elektromagnetische parameters”, gaf Rodrigues als voorbeeld. “Deze koppeling bestaat niet in de theorie van Einstein, daarom bestaat de WEP.”

    We bevinden ons op een kruispunt.

    Maar de positieve kant is dat de overgrote meerderheid van de wetenschappers al deze theorieën als zijnde beschouwt onvoltooid. Dus als we op de een of andere manier een manier kunnen vinden om af hebben ze – zoek bijvoorbeeld een nieuwe koppeling, zoals Rodrigues zegt, of identificeer een nieuw deeltje om toe te voegen aan het standaardmodel – dat zou ons naar de ontbrekende stukjes van de puzzel van ons universum kunnen leiden.

    “Het zou een revolutie in de natuurkunde moeten zijn”, zei Rodrigues over het breken van de WEP. “Het zal betekenen dat we een nieuwe kracht vinden, of misschien een nieuw deeltje zoals het graviton – het is de graal van de natuurkundige.”