Kredit gambar: NASA / JPL
Cepat atau lambat, pemerintahan Einstein, seperti pemerintahan Newton sebelumnya, akan berakhir. Pergolakan dalam dunia fizik yang akan menjatuhkan konsep realiti asas kita tidak dapat dielakkan, kebanyakan saintis percaya, dan saat ini perlumbaan kuda sedang berlangsung antara segelintir teori yang bersaing untuk menjadi penerus takhta.
Di jalankan adalah idea-idea yang melengkapkan minda sebagai alam semesta 11 dimensi, "pemalar" sejagat (seperti kekuatan graviti) yang berbeza-beza mengikut ruang dan masa dan hanya tetap benar-benar tetap dalam dimensi ke-5 yang tidak dapat dilihat, rentetan getaran yang tidak terbatas sebagai unsur asas realiti, dan struktur ruang dan waktu yang tidak lancar dan berterusan, seperti yang dipercayai oleh Einstein, tetapi terbahagi kepada potongan-potongan diskrit, tidak dapat dipisahkan dengan ukuran yang kecil. Percubaan akhirnya akan menentukan kemenangan mana.
Konsep baru untuk eksperimen untuk menguji ramalan relativiti Einstein dengan lebih tepat daripada sebelumnya sedang dikembangkan oleh para saintis di Laboratorium Jet Propulsion (JPL) NASA. Misi mereka, yang secara efektif menggunakan sistem suria kita sebagai makmal raksasa, akan membantu menyempitkan bidang teori lumba dan membawa kita selangkah lebih dekat ke revolusi seterusnya dalam fizik.
Rumah terbahagi
Ini mungkin tidak membebani fikiran kebanyakan orang, tetapi perpecahan besar telah lama mengganggu pemahaman asas kita tentang alam semesta. Terdapat dua cara untuk menjelaskan sifat dan tingkah laku ruang, masa, jirim, dan tenaga yang ada: relativiti Einstein dan "model standard" mekanik kuantum. Kedua-duanya sangat berjaya. Sistem Penentududukan Global (GPS), misalnya, tidak akan dapat dilakukan tanpa teori relativiti. Komputer, telekomunikasi, dan Internet, sementara itu, merupakan mekanik kuantum.
Tetapi kedua-dua teori itu seperti bahasa yang berbeza, dan belum ada yang pasti bagaimana menerjemahkannya. Relativiti menerangkan graviti dan gerakan dengan menyatukan ruang dan waktu menjadi fabrik realiti 4 dimensi, dinamik, elastik yang disebut ruang-waktu, yang dibengkokkan dan dilengkapkan oleh tenaga yang dikandungnya. (Massa adalah satu bentuk tenaga, jadi ia menghasilkan graviti dengan melengkapkan ruang-waktu.) Mekanika kuantum, sebaliknya, menganggap bahawa ruang dan waktu membentuk "panggung" yang rata dan tidak berubah di mana drama beberapa keluarga zarah terungkap . Zarah-zarah ini dapat bergerak maju dan mundur dalam masa (sesuatu yang tidak memungkinkan relativiti), dan interaksi antara zarah-zarah ini menjelaskan kekuatan asas alam - dengan pengecualian graviti yang mencolok.
Kebuntuan antara kedua teori ini telah berlangsung selama beberapa dekad. Sebilangan besar saintis menganggap bahawa entah bagaimana, akhirnya, teori penyatuan akan dikembangkan yang merangkumi keduanya, menunjukkan bagaimana kebenaran yang masing-masing mengandung dapat masuk dengan rapi dalam satu kerangka realiti yang merangkumi semua. "Teori Segala-galanya" seperti itu akan sangat mempengaruhi pengetahuan kita tentang kelahiran, evolusi, dan nasib alam semesta.
Slava Turyshev, seorang saintis di JPL, dan rakan-rakannya telah memikirkan cara untuk menggunakan Stesen Angkasa Antarabangsa (ISS) dan dua satelit mini yang mengorbit di sisi paling jauh matahari untuk menguji teori relativiti dengan ketepatan yang belum pernah terjadi sebelumnya. Konsep mereka, yang dikembangkan sebahagiannya melalui pembiayaan dari Pejabat Penyelidikan Biologi dan Fizikal NASA, akan sangat sensitif sehingga dapat mengungkap kekurangan dalam teori Einstein, sehingga memberikan data sulit pertama yang diperlukan untuk membezakan Teori Segala Persaingan mana yang setuju dengan kenyataan dan yang hanya berfungsi sebagai kapur.
Eksperimen tersebut, yang disebut Laser Astrometric Test Of Relativity (LATOR), akan melihat bagaimana graviti matahari memesongkan pancaran cahaya laser yang dipancarkan oleh dua satelit mini. Graviti membengkokkan jalan cahaya kerana melengkapkan ruang yang melaluinya cahaya. Analogi piawai untuk melengkapkan ruang-waktu dengan graviti adalah untuk membayangkan ruang sebagai kepingan getah rata yang membentang di bawah berat objek seperti matahari. Tekanan di lembaran akan menyebabkan objek (walaupun zarah cahaya tanpa massa) yang melintas di dekat matahari berubah sedikit ketika ia berlalu.
Sebenarnya, dengan mengukur lenturan cahaya bintang oleh matahari semasa gerhana matahari pada tahun 1919, Sir Arthur Eddington pertama kali menguji teori relativiti umum Einstein. Dari segi kosmik, graviti matahari agak lemah; jalan pancaran cahaya yang melingkar di pinggir matahari hanya akan dibengkokkan sekitar 1.75 arcseconds (satu arcsecond adalah 1/3600 darjah). Dalam had ketepatan alat pengukurnya, Eddington menunjukkan bahawa cahaya bintang memang membengkokkan jumlah ini - dan dengan melakukannya secara efektif memacu Newton.
LATOR akan mengukur pesongan ini dengan satu bilion (109) kali ketepatan eksperimen Eddington dan 30,000 kali ketepatan pemegang rekod semasa: pengukuran serendipitous menggunakan isyarat dari kapal angkasa Cassini dalam perjalanan untuk menjelajah Saturnus.
"Saya fikir [LATOR] akan menjadi kemajuan penting bagi fizik asas," kata Clifford Will, seorang profesor fizik di Washington University yang telah memberikan sumbangan besar kepada fizik pasca-Newton dan tidak terlibat secara langsung dengan LATOR. "Kita harus terus berusaha untuk menekankan lebih banyak ketepatan dalam menguji relativitas umum, hanya kerana apa-apa jenis penyimpangan akan bererti bahawa ada fizik baru yang tidak kita ketahui sebelumnya."
Makmal solar
Eksperimen akan berfungsi seperti ini: Dua satelit kecil, masing-masing selebar satu meter, akan dilancarkan ke orbit mengelilingi matahari pada jarak yang hampir sama dengan Bumi. Sepasang satelit mini ini akan mengorbit lebih perlahan daripada Bumi, jadi kira-kira 17 bulan selepas pelancaran, satelit mini dan Bumi akan berada di seberang matahari. Walaupun kedua-dua satelit berjarak sekitar 5 juta km, sudut di antara mereka seperti yang dilihat dari Bumi akan kecil, hanya sekitar 1 darjah. Bersama-sama, dua satelit dan Bumi akan membentuk segitiga yang kurus, dengan sinar laser di sepanjang sisinya, dan salah satu dari sinar itu melintas dekat dengan matahari.
Turyshev merancang untuk mengukur sudut antara dua satelit menggunakan interferometer yang dipasang di ISS. Interferometer adalah alat yang menangkap dan menggabungkan pancaran cahaya. Dengan mengukur bagaimana gelombang cahaya dari dua satelit mini "saling mengganggu" antara satu sama lain, interferometer dapat mengukur sudut antara satelit dengan ketepatan yang luar biasa: kira-kira 10 bilion sepersekian detik, atau 0,01? Seperti (mikro-arka detik). Apabila ketepatan bahagian lain dari reka bentuk LATOR dipertimbangkan, ini memberikan ketepatan keseluruhan untuk mengukur berapa banyak graviti membengkokkan pancaran laser sekitar 0.02? Untuk satu pengukuran.
"Menggunakan ISS memberi kita beberapa kelebihan," jelas Turyshev. "Untuk satu, ia berada di atas distorsi atmosfera Bumi, dan juga cukup besar untuk membiarkan kita meletakkan dua lensa interferometer dengan jarak yang jauh (satu lensa pada setiap hujung kekuda panel solar), yang meningkatkan resolusi dan ketepatan hasilnya. "
Ketepatan LATOR 0,02 cukup baik untuk menunjukkan penyimpangan dari relativiti Einstein yang diramalkan oleh Teori Segala-galanya yang bercita-cita tinggi, yang berkisar antara sekitar 0,5 hingga 35? Sebagai. Perjanjian dengan pengukuran LATOR akan menjadi pendorong utama bagi mana-mana teori ini. Tetapi jika tidak terdapat penyimpangan dari Einstein walaupun oleh LATOR, kebanyakan pesaing semasa - bersama dengan 11 dimensi, ruang piksel, dan pemalar tidak konsisten - akan mengalami pukulan maut dan "menyebarkan" ke timbunan perpustakaan berdebu yang hebat di langit .
Oleh kerana misi ini hanya memerlukan teknologi yang ada, Turyshev mengatakan LATOR siap untuk terbang secepat 2009 atau 2010. Jadi mungkin tidak terlalu lama sebelum jalan buntu dalam fisika dipecahkan dan teori graviti, ruang, dan masa baru memerlukan takhta.
Sumber Asal: NASA / Kisah Sains
