Θεωρίες φυσικής

Ο ήλιος βοηθάει τους φυσικούς να ελέγξουν εναλλακτικές θεωρίες της βαρύτητας

Κάποιες εναλλακτικές λύσεις για τη γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν μπορεί να ερευνηθούν μελετώντας τον Ήλιο. Αυτή είναι η άποψη μιας ομάδας φυσικών στην Πορτογαλία, οι οποίοι έχουν διαπιστώσει ότι μια παραλλαγή μιας θεωρίας, που προβλήθηκε σχεδόν έναν αιώνα πριν από τον Arthur Eddington, είναι μεν δύσκολη αλλά δεν αποκλείεται να ελεγχθεί από τις παρατηρήσεις των ηλιακών νετρίνων και των ηλιακών ηχητικών κυμάτων

Share

Κάποιες εναλλακτικές λύσεις για τη γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν μπορεί να ερευνηθούν μελετώντας τον Ήλιο. Αυτή είναι η άποψη μιας ομάδας φυσικών στην Πορτογαλία, οι οποίοι έχουν διαπιστώσει ότι μια παραλλαγή μιας θεωρίας, που προβλήθηκε σχεδόν έναν αιώνα πριν από τον Arthur Eddington, είναι μεν δύσκολη αλλά δεν αποκλείεται να ελεγχθεί από τις παρατηρήσεις των ηλιακών νετρίνων και των ηλιακών ηχητικών κυμάτων.

gravity-sun

Ο Ήλιος βάζει σε έλεγχο τη σχετικότητα

Η γενική σχετικότητα, η οποία περιγράφει τη βαρύτητα σαν την καμπυλότητα του χωροχρόνου από τα τεράστια αντικείμενα, έχει μέχρι στιγμής περάσει κάθε πειραματική και παρατηρησιακή δοκιμή που σκέφτηκαν οι φυσικοί. Όμως, η θεωρία αυτή παρουσιάζει και αρκετά προβλήματα. Εκτός από τη δυσκολία της ενοποίησης με την κβαντική μηχανική και την πρόκληση να εξηγήσει τη φύση της σκοτεινής ύλης και της σκοτεινής ενέργειας, εξακολουθεί να υπάρχει το εννοιολογικό πρόβλημα της ιδιομορφίας, όπου οι νόμοι της φυσικής καταρρέουν … ..

Επειδή ο Αϊνστάιν εισήγαγε τη γενική σχετικότητα το 1916, έχουν από τότε προταθεί πολλές εναλλακτικές λύσεις. Πέρυσι ο Máximo Bañados του Καθολικού Πανεπιστημίου της Χιλής και ο Pedro Ferreira του πανεπιστημίου της Οξφόρδης ανέφεραν μια παραλλαγή μιας θεωρίας που αρχικά είχε διατυπωθεί από τον Βρετανό αστροφυσικό Arthur Eddington, που προσθέτει έναν απωστικό βαρυτικό όρο στη γενική σχετικότητα. Αυτός ο όρος έχει το πλεονέκτημα να μην απαιτεί ιδιομορφίες, και ως εκ τούτου δεν προβλέπει ότι το Σύμπαν προήλθε από ένα Big Bang, ούτε συνεπάγεται το σχηματισμό των μαύρων οπών.

Κοιτώντας μέσα σε ένα αστέρι

Όταν βάλουμε ένα βαρυτικό πεδίο μέσα σε ένα κενό αυτή η θεωρία, η εμπνευσμένη από τον Eddington, είναι ισοδύναμη με τη γενική σχετικότητα, αλλά προβλέπει διαφορετικά αποτελέσματα για τη βαρύτητα που δρα πάνω στην ύλη. Το ιδανικό μέρος για να ψάξουμε για τέτοιες διαφορές θα ήταν μέσα στα άστρα νετρονίων – αλλά το εσωτερικό των άστρων νετρονίων, δεν είναι επαρκώς κατανοητό για να κάνουμε τη σύγκριση των δύο θεωριών.

Η απάντηση, λέει ο Jordi Casanellas και οι συνεργάτες του στο Τεχνικό Πανεπιστήμιο της Λισαβόνας, είναι να χρησιμοποιήσουμε τον Ήλιο. Ενώ έχει πολύ λιγότερη βαρύτητα από όσο ένα αστέρι νετρονίων, οι εσωτερικές διεργασίες του Ήλιου όμως περιγράφονται με ακρίβεια από τα ηλιακά μοντέλα. Η ομάδα του Casanellas έχει υπολογίσει ότι ακόμα και στην μη σχετικιστική Νευτώνεια μορφή της η θεωρία, η εμπνευσμένη από τον Eddington, θα πρέπει να προβλέπει μετρήσιμες διαφορές στην ηλιακή ακτινοβολία σε σύγκριση με την καθιερωμένη θεωρία της βαρύτητας.

Οι ερευνητές της Λισσαβόνας έχουν δείξει ότι η παρουσία του όρου της απωστικής βαρύτητας στη θεωρία των Bañados και Ferreira είναι παρόμοια με το να θέσουμε μια διαφορετική τιμή για τη σταθερά βαρύτητας στο εσωτερικό της ύλης. Και με την ισχύ της βαρύτητας κατά τι υψηλότερη ή χαμηλότερη από ό,τι θα ήταν διαφορετικά στο εσωτερικό του Ήλιου και η εσωτερική ηλιακή θερμοκρασία θα είναι, επίσης, τροποποιημένη επειδή ο Ήλιος υπολογίστηκε ότι είναι σε υδροστατική ισορροπία. Αυτό σημαίνει ότι η προς τα μέσα πίεση της μάζας του εξισορροπείται από την προς έξω θερμική πίεση, που παράγεται από τις αντιδράσεις σύντηξης στο εσωτερικό του. Μια υψηλότερη θερμοκρασία συνεπάγεται μια μεγαλύτερη ταχύτητα της σύντηξης, η οποία με τη σειρά της συνεπάγεται υψηλότερα ποσοστά εκπομπών των ηλιακών νετρίνων.

Μεταβαλλόμενα ακουστικά κύματα

Ομοίως, μια διαφορετική δύναμη της βαρύτητας στο εσωτερικό του Ήλιου θα συνεπάγεται και μια μεταβολή της κατανομής της πυκνότητας του, γεγονός που θα πρέπει να τροποποιήσει τη διάδοση των ακουστικών κυμάτων, η οποία υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τις τεχνικές της ηλιοσεισμολογίας.

Ο Casanellas και οι συνεργάτες του έχουν δείξει ότι οι παρατηρήσεις που έγιναν με τα τηλεσκόπια των νετρίνων για την ροή των ηλιακών νετρίνων, τα οποία ως γνωστόν προέρχονται από την αλυσιδωτή αντίδραση πρωτονίου-πρωτονίου που παράγει βόριο-8, περιορίζει σημαντικά τη διόρθωση στη γενική σχετικότητα, υπολογίζοντας έτσι ένα ανώτατο όριο για την ενεργή σταθερά της βαρύτητας. Σε συνδυασμό με ένα χαμηλότερο όριο που λαμβάνεται από τα ηλιοσεισμικά δεδομένα, οι ερευνητές είναι σε θέση να βάλουν ένα σημαντικό περιορισμό στη θεωρία την εμπνευσμένη από τον Eddington. Ωστόσο, τονίζουν ότι οι υπολογισμοί τους δεν αποκλείουν μια τέτοια θεωρία.

Οι ερευνητές λένε ότι η βελτίωση αυτών των ανώτατων και κατώτατων ορίων θα είναι δύσκολη λόγω της αβεβαιότητας σε μερικές από τις παραμέτρους μέσα στο ηλιακό μοντέλα, όπως η αφθονία του ηλίου στην επιφάνεια του Ήλιου. Ως εκ τούτου, πιο ευαίσθητες μετρήσεις της ροής των νετρίνων είναι απίθανο να έχουν μεγάλη επίδραση. Αλλά πιστεύουν ότι η προσέγγιση τους θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να περιορίσουν άλλες εναλλακτικές θεωρίες της βαρύτητας.

Περαιτέρω δοκιμές στη Γη

Τελικά, προσθέτει το μέλος της ομάδας Paolo Pani, τέτοιες θεωρίες θα μπορούσαν να ελεγχθούν πειραματικά με τη μέτρηση, για παράδειγμα, της βαρυτικής έλξης μεταξύ μιας μεταλλικής σφαίρας που εισάγεται σε μια τρύπα στο έδαφος και της μάζας της Γης γύρω από αυτήν. Η ιδέα θα ήταν να γίνει η τρύπα ακριβώς τόση που να χωράει την μπάλα και όχι μεγαλύτερη, έτσι ώστε αυτό που θα μετράται να είναι η δύναμη της βαρύτητας μέσα από την ύλη και όχι από το κενό που την περιβάλλει (σε ​​αυτή την περίπτωση ο αέρας). Ωστόσο, ο Paolo Pani επισημαίνει ότι κάτι τέτοιο θα ήταν μια σημαντική πειραματική πρόκληση.

Ο Clifford Will του Πανεπιστημίου Washington στο St Louis, χαρακτήρισε την τελευταία εργασία ως "ένα ωραίο παράδειγμα χρήσης του Ήλιου ως εργαστήριο για τον έλεγχο της θεμελιώδους φυσικής", αλλά πρόσθεσε ότι «δεν είναι ακόμη σαφές κατά πόσον τα όρια που προτείνονται από αυτή τη δημοσίευση παρουσιάζουν σοβαρές απειλές για τις εναλλακτικές θεωρίες της βαρύτητας ».

Πηγή: physicsworld

About the author

physics4u

Leave a Comment

Share