Kredit gambar: NASA
Teori Relativiti Umum Einstein mendapat pengesahan lain minggu ini berkat kajian oleh ahli astronomi dari NASA. Para saintis mengukur jumlah tenaga sinar gamma yang dipancarkan oleh letupan sinar gamma yang jauh dan mendapati bahawa mereka berinteraksi dengan zarah-zarah dalam perjalanan ke Bumi sedemikian rupa sehingga sesuai dengan ramalan oleh Einstein.
Para saintis mengatakan bahawa prinsip Albert Einstein mengenai ketekunan kelajuan cahaya terus diteliti dengan sangat ketat, penemuan yang mengesampingkan teori-teori tertentu yang meramalkan dimensi tambahan dan kain ruang yang "berbusa".
Penemuan ini juga menunjukkan bahawa pemerhatian dasar-darat dan ruang dari sinar gamma bertenaga tertinggi, suatu bentuk tenaga elektromagnetik seperti cahaya, dapat memberikan gambaran mengenai sifat masa, jirim, tenaga dan ruang pada skala yang sangat jauh di bawah tahap subatomik - sesuatu yang difikirkan mungkin oleh sedikit saintis.
Dr Floyd Stecker dari Pusat Penerbangan Angkasa Goddard NASA di Greenbelt, MD, membincangkan implikasi penemuan ini dalam terbitan Astroparticle Physics terbitan baru-baru ini. Karyanya sebagian didasarkan pada kolaborasi sebelumnya dengan pemenang Nobel Sheldon Glashow dari Boston University.
"Apa yang Einstein hasilkan dengan pensil dan kertas hampir satu abad yang lalu terus mengikuti pemeriksaan ilmiah," kata Stecker. "Pemerhatian bertenaga tinggi terhadap sinar gamma kosmik tidak menolak kemungkinan dimensi tambahan dan konsep gravitasi kuantum, tetapi mereka memberikan beberapa kekangan ketat mengenai bagaimana para saintis dapat mencari fenomena tersebut."
Einstein menyatakan bahawa ruang dan waktu sebenarnya adalah dua aspek dari satu entiti yang disebut ruang masa, konsep empat dimensi. Ini adalah asas kepada teori-teori relativiti khas dan umum. Sebagai contoh, relativiti umum menunjukkan bahawa daya graviti adalah hasil dari masa-masa yang memutarbelitkan massa, seperti bola boling di atas tilam.
Relativiti umum adalah teori graviti dalam skala besar, sementara mekanik kuantum, yang dikembangkan secara bebas pada awal abad ke-20, adalah teori zarah atom dan subatom pada skala yang sangat kecil. Teori berdasarkan mekanik kuantum tidak menggambarkan graviti, melainkan tiga daya asas yang lain: elektromagnetisme (cahaya), daya kuat (inti atom mengikat), dan daya lemah (dilihat dalam radioaktiviti).
Para saintis telah lama berharap untuk menggabungkan teori-teori ini menjadi satu "teori segalanya" untuk menggambarkan semua aspek alam. Teori penyatuan ini - seperti graviti kuantum atau teori rentetan - mungkin melibatkan pemakaian dimensi ruang tambahan dan juga pelanggaran teori relativiti khas Einstein, seperti kelajuan cahaya menjadi halaju maksimum yang dapat dicapai untuk semua objek.
Karya Stecker melibatkan konsep yang disebut prinsip ketidakpastian dan invarian Lorentz. Prinsip ketidakpastian, yang berasal dari mekanika kuantum, menyiratkan bahawa pada tahap subatomik zarah maya, juga disebut fluktuasi kuantum, muncul dan tidak wujud. Ramai saintis mengatakan bahawa ruang-waktu itu sendiri terdiri dari fluktuasi kuantum yang, jika dilihat dari dekat, menyerupai busa atau "busa kuantum." Sebilangan saintis berpendapat bahawa buih kuantum ruang-waktu dapat memperlambat perjalanan cahaya - sama seperti cahaya bergerak pada kelajuan maksimum dalam vakum tetapi pada kelajuan yang lebih perlahan melalui udara atau air.
Buih itu akan melambatkan zarah elektromagnetik tenaga tinggi, atau foton - seperti sinar X dan sinar gamma - lebih banyak daripada foton tenaga yang lebih rendah dari cahaya yang dapat dilihat atau gelombang radio. Variasi mendasar dalam kecepatan cahaya, berbeza untuk foton tenaga yang berlainan, akan melanggar invarian Lorentz, prinsip asas teori relativiti khas. Pelanggaran seperti itu boleh menjadi petunjuk yang akan membantu kita menuju teori penyatuan.
Para saintis berharap dapat menemukan pelanggaran invarian Lorentz seperti itu dengan mengkaji sinar gamma yang datang dari jauh di luar Galaxy. Letupan sinar gamma, misalnya, berada pada jarak yang sangat jauh sehingga perbezaan kecepatan foton dalam pecah, bergantung pada tenaganya, mungkin dapat diukur - kerana busa kuantum ruang dapat bertindak untuk memperlambat cahaya yang telah mengembara kepada kami selama berbilion tahun.
Stecker kelihatan lebih dekat ke rumah untuk mengetahui bahawa invarian Lorentz tidak dilanggar. Dia menganalisis sinar gamma dari dua galaksi yang terletak berdekatan kira-kira setengah bilion tahun cahaya dengan lubang hitam supermasif di pusat mereka, bernama Markarian (Mkn) 421 dan Mkn 501. Lubang hitam ini menghasilkan sinar foton sinar gamma yang kuat yang ditujukan secara langsung pada Bumi. Galaksi seperti itu disebut blazar. (Rujuk Gambar 4 untuk gambar Mkn 421. Imej 1 - 3 adalah konsep artis mengenai lubang hitam supermasif yang mengkuasakan quasar yang, ketika ditunjuk langsung ke Bumi, disebut blazar. Gambar 5 adalah gambar Teleskop Angkasa Hubble dari blazar.)
Sebilangan sinar gamma dari Mkn 421 dan Mkn 501 bertembung dengan foton inframerah di Alam Semesta. Perlanggaran ini mengakibatkan pemusnahan sinar gamma dan foton inframerah kerana tenaganya diubah menjadi jisim dalam bentuk elektron dan elektron antimateri bermuatan positif (disebut positron), menurut formula Einstein yang terkenal E = mc ^ 2. Stecker dan Glashow telah menunjukkan bahawa bukti pemusnahan sinar gamma dengan tenaga tertinggi dari Mkn 421 dan Mkn 501, yang diperoleh dari pemerhatian langsung terhadap objek-objek ini, menunjukkan dengan jelas bahawa invarian Lorentz masih hidup dan sihat dan tidak dilanggar. Sekiranya invarian Lorentz dilanggar, sinar gamma akan melewati kabut inframerah ekstragalaktik tanpa dimusnahkan.
Ini kerana pemusnahan memerlukan sejumlah tenaga untuk menghasilkan elektron dan positron. Anggaran tenaga ini dipenuhi untuk sinar gamma tenaga tertinggi dari Mkn 501 dan Mkn 421 dalam berinteraksi dengan foton inframerah jika kedua-duanya bergerak dengan kelajuan cahaya yang terkenal mengikut teori relativiti khas. Namun, jika sinar gamma bergerak dengan kecepatan yang lebih perlahan kerana pelanggaran invarian Lorentz, jumlah tenaga yang ada tidak mencukupi dan reaksi pemusnahan akan menjadi "tidak ada."
"Implikasi dari hasil ini," kata Stecker "adalah jika invarian Lorentz dilanggar, itu pada tahap yang sangat kecil - kurang dari satu bagian dalam seribu triliun - sehingga melebihi kemampuan teknologi kita sekarang untuk mencari. Hasil ini juga dapat memberitahu kita bahawa bentuk teori rentetan atau graviti kuantum yang betul mesti mematuhi prinsip invarian Lorentz. "
Untuk maklumat lebih lanjut, lihat "Kekangan pada Lorentz Invariance Violating Quantum Gravity dan Model Dimensi Ekstra Besar yang menggunakan Pemerhatian Sinaran Gamma Tenaga Tinggi" dalam talian di:
Sumber Asal: Siaran Berita NASA
