Φυσικός των Εργαστηρίων του Μπέρκλευ διαφωνεί με ισχυρισμό για τη ταχύτητα των βαρυτικών κυμάτων

Από σελίδα των Εργαστηρίων Lawrence Μπέρκλευ, 19 Ιουνίου 2003

Σύμφωνα με τη Γενική Θεωρία του Einstein της σχετικότητας, το φως και η βαρύτητα ταξιδεύουν με την ίδια ταχύτητα, περίπου 300.000 km/sec. Οι περισσότεροι επιστήμονες θεωρούν ότι αυτό είναι αληθινό αλλά η αξίωση αυτή θεωρείτο ότι θα μπορούσε να αποδειχθεί μόνο μέσω της ανίχνευσης των κυμάτων της βαρύτητας. Ο Sergei Kopeikin, ένας φυσικός του  Πανεπιστημίου του Μισσούρι και ο Edward Fomalont, ένας αστρονόμος στο Εθνικό Ράδιο Αστρονομικό Παρατηρητήριο (NRAO), θεώρησαν ότι υπήρχε μια εναλλακτική λύση στο πρόβλημα.

Στις 8 Σεπτεμβρίου του 2002, ο πλανήτης Δίας πέρασε σχεδόν άμεσα μπροστά από τα ραδιοκύματα, που προέρχονται από ένα κβάζαρ, ένα αστρονομικό αντικείμενο στο κέντρο ενός γαλαξία δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Μόλις αυτό συνέβη, η βαρύτητα του Δία έκαμψε τα ραδιοκύματα του κβάζαρ, προκαλώντας μια μικρή καθυστέρηση στην άφιξή τους στη Γη. Ο Kopeikin θεώρησε ότι το χρονικό διάστημα που θα καθυστερούσαν τα ραδιοκύματα θα εξαρτιόνταν από την ταχύτητα με την οποία διαδίδεται η βαρύτητα από τον Δία.

Για να μετρήσει αυτή την καθυστέρηση, ο Fomalont έφτιαξε ένα σύστημα συμβολομετρίας χρησιμοποιώντας τη διάταξη Very Long Baseline Array του NRAO. Δηλαδή μια ομάδα 10 ραδιοτηλεσκοπίων των 25 μέτρων, τα οποία κατανεμήθηκαν στις Ηνωμένες Πολιτείες, τη Χαβάη, και στις Παρθένες Νήσους, συν το ραδιοτηλεσκόπιο Effelsberg των 100 μέτρων στη Γερμανία. Ο Kopeikin πήρε έπειτα τα στοιχεία και υπολόγισε τα αποτελέσματα που εξαρτώνται από τη ταχύτητα. Οι υπολογισμοί του έδειξαν να εμφανίζουν ότι η ταχύτητα με την οποία διαδίδεται η βαρύτητα από τον Δία ταίριαζε με την ταχύτητα του φωτός κατά 20%. Οι επιστήμονες ανήγγειλαν αυτά τα συμπεράσματά τους τον Ιανουάριο του 2003 στην Ετήσια Συνεδρίαση της Αμερικανικής Αστρονομικής Ένωσης.

Διαφωνία

Αλλά ένας τρίτος φυσικός, ο Stuart Samuel, συμμετέχων επιστήμονας με την Θεωρητική Ομάδα του τμήματος φυσικής του Εργαστηρίου του Μπέρκλεϋ, σε μια εργασία που δημοσιεύεται τώρα στο Physical Review Letters, έχει καταδείξει ότι μια "απερίσκεπτη" υπόθεση που έγινε στον προηγούμενο ισχυρισμό των δύο αστροφυσικών, τους οδήγησε σε ένα αδικαιολόγητο συμπέρασμα.

"Ο Einstein μπορεί να ήταν σωστός για την ταχύτητα του φωτός αλλά το εν λόγω πείραμα ούτε επιβεβαιώνει ούτε το αντικρούει", λέει ο Samuel. "Ουσιαστικά, το πείραμα μετρούσε τα αποτελέσματα που συνδέονταν με τη διάδοση του φωτός, όχι τη ταχύτητα της βαρύτητας".

Ο Samuel υποστηρίζει ότι ο Kopeikin έσφαλε όταν βάσισε τους υπολογισμούς του στη θέση του Δία την στιγμή που τα ραδιοκύματα του κβάζαρ έφθαναν στη Γη παρά από τη θέση του Δία όταν τα ραδιοκύματα πέρασαν από τον πλανήτη.

"Η αρχική ιδέα πίσω από το πείραμα ήταν να χρησιμοποιηθούν τα αποτελέσματα της κίνησης του Δία στις χρονικές καθυστερήσεις των σημάτων του κβάζαρ, για να μετρηθεί η διάδοση της βαρύτητας", λέει. "Εάν η βαρύτητα ενεργεί άμεσα, τότε η βαρυτική δύναμη θα μπορούσε να καθοριστεί από τη θέση του Δία την χρονική στιγμή που το σήμα του κβάζαρ περνούσε από τον πλανήτη. Εάν, αφ' ετέρου, η ταχύτητα της βαρύτητας ήταν πεπερασμένη, τότε η δύναμη της βαρύτητας θα καθοριζόταν από τη θέση του Δία λίγο νωρίτερα, έτσι ώστε να επιδέχεται τη διάδοση των αποτελεσμάτων της βαρύτητας".

Ο Samuel ήταν σε θέση να απλοποιήσει τους υπολογισμούς των αποτελεσμάτων, που εξαρτώνται από τη ταχύτητα, με την αλλαγή από ένα πλαίσιο αναφοράς στο οποίο Δίας κινείται, όπως χρησιμοποιήθηκε από τον Kopeikin, σε ένα άλλο πλαίσιο αναφοράς στο οποίο ο Δίας είναι στάσιμος και η Γη κινείται. Όταν το έκανε αυτό, ο Samuel βρήκε έναν τύπο που διέφερε από αυτόν που χρησιμοποιήθηκε από τον Kopeikin για την ανάλυση των στοιχείων. Κάτω από αυτόν τον νέο τύπο, τα εξαρτώμενα αποτελέσματα από τη ταχύτητα,  ήταν αρκετά μικρότερα. Ακόμα κι αν ο Fomalont ήταν σε θέση να μετρήσει μια χρονική καθυστέρηση περίπου 5 τρισεκατομμυριοστά του ενός δευτερολέπτου, αυτό δεν ήταν αρκετά ευαίσθητο για να μετρηθεί η πραγματική βαρυτική επίδραση του Δία.

"Με τη σωστή σχέση, τα αποτελέσματα της κίνησης του Δία, πάνω στη χρονική καθυστέρηση των σημάτων του κβάζαρ, είναι τουλάχιστον 100 φορές και ίσως ακόμα και 1000 φορές μικρότερα από ότι θα μπορούσε να έχει μετρηθεί από τη σειρά των ραδιοτηλεσκοπίων που χρησιμοποίησε ο Fomalont", λέει ο Samuel.

"Υπάρχει  μια λογική πιθανότητα ότι τέτοιες μετρήσεις μπορεί μια ημέρα να χρησιμοποιηθούν για να καθορίσουν την ταχύτητα της βαρύτητας αλλά αυτές δεν είναι πραγματοποιήσιμες τώρα με την τρέχουσα τεχνολογία μας".