حقوق الصورة: NRAO
نظّره آينشتاين منذ قرن تقريبًا ، وجد علماء الفيزياء أدلة تدعم النظرية القائلة بأن قوة الجاذبية تتحرك بسرعة الضوء. الاختلافات في كيفية ثني صورة الكوازار هذه السرعة الجاذبية.
الاستفادة من المحاذاة الكونية النادرة ، قام العلماء بإجراء القياس الأول للسرعة التي تنتشر بها قوة الجاذبية ، مما يعطي قيمة رقمية لأحد آخر الثوابت الأساسية غير الفيزيائية للفيزياء.
"اعتقد نيوتن أن قوة الجاذبية كانت فورية. قال سيرجي كوبيكين ، الفيزيائي في جامعة ميسوري-كولومبيا: "افترض أينشتاين أنها تحركت بسرعة الضوء ، ولكن حتى الآن ، لم يقيسها أحد".
قال إيد فومالونت ، عالم الفلك في المرصد الوطني لعلم الفلك الراديوي في شارلوتسفيل بولاية فرجينيا: "لقد قررنا أن سرعة انتشار الجاذبية تساوي سرعة الضوء في حدود دقة تبلغ 20 بالمائة". قدم العلماء نتائجهم إلى اجتماع الجمعية الفلكية الأمريكية في سياتل ، واشنطن.
إن القياس التاريخي مهم للفيزيائيين الذين يعملون على نظريات المجال الموحد التي تحاول الجمع بين فيزياء الجسيمات ونظرية النسبية العامة لأينشتاين والنظرية الكهرومغناطيسية.
قال كوبيكين "إن قياسنا يضع بعض القيود القوية على النظريات التي تقترح أبعادًا إضافية ، مثل نظرية الأوتار الفائقة ونظريات البران". وأضاف: "إن معرفة سرعة الجاذبية يمكن أن توفر اختبارًا مهمًا لوجود وصغر هذه الأبعاد الإضافية".
تقترح نظرية الأوتار الفائقة أن الجسيمات الأساسية للطبيعة ليست شبيهة بالنقاط ، ولكنها بالأحرى حلقات أو سلاسل صغيرة بشكل لا يصدق ، يتم تحديد خصائصها من خلال أنماط مختلفة من الاهتزاز. الأغشية (كلمة مشتقة من الأغشية) هي أسطح متعددة الأبعاد ، وتقترح بعض النظريات الفيزيائية الحالية أغشية الزمكان المدمجة في خمسة أبعاد.
استخدم العلماء صفيف خط الأساس الطويل جدًا التابع للمؤسسة الوطنية للعلوم (VLBA) ، وهو نظام تلسكوب راديوي على مستوى القارة ، جنبًا إلى جنب مع التلسكوب الراديوي الذي يبلغ طوله 100 متر في إيفلسبرغ ، ألمانيا ، لإجراء ملاحظة دقيقة للغاية عندما يمر كوكب المشتري تقريبًا في أمام كوازار مشرق في 8 سبتمبر 2002.
سجلت الملاحظة "انحناء" طفيف للغاية للموجات الراديوية القادمة من الكوازار الخلفية بسبب تأثير الجاذبية للمشتري. أدى الانحناء إلى تغيير طفيف في موقع الكوازار الظاهر في السماء.
قال كوبيكين: "لأن المشتري يتحرك حول الشمس ، فإن الكمية الدقيقة للانحناء تعتمد قليلاً على السرعة التي تنتشر بها الجاذبية من المشتري".
قال العلماء إن كوكب المشتري ، أكبر كوكب في المجموعة الشمسية ، يمر فقط بشكل كافٍ إلى مسار الموجات الراديوية من الكوازار اللامع بشكل مناسب مرة كل عقد تقريبًا.
كانت المحاذاة السماوية مرة واحدة في العقد هي الأخيرة في سلسلة من الأحداث التي جعلت قياس سرعة الجاذبية ممكنًا. تضمن الآخرون فرصة لقاء بين العلماء في عام 1996 ، واختراقة في الفيزياء النظرية وتطوير تقنيات متخصصة مكنت من إجراء القياس الدقيق للغاية.
ويتذكر كوبيكين "لم يحاول أحد قياس سرعة الجاذبية من قبل لأن معظم الفيزيائيين افترضوا أن الطريقة الوحيدة للقيام بذلك هي اكتشاف موجات الجاذبية". ومع ذلك ، في عام 1999 ، وسع كوبيكين نظرية آينشتاين لتشمل التأثيرات التثاقلية لجسم متحرك على الضوء والموجات الراديوية. اعتمدت التأثيرات على سرعة الجاذبية. أدرك أنه إذا تحرك المشتري تقريبًا أمام نجم أو مصدر راديو ، فيمكنه اختبار نظريته.
درس كوبيكين المدار المتوقع لكوكب المشتري للسنوات الثلاثين القادمة واكتشف أن الكوكب العملاق سيمر بشكل قريب بما يكفي أمام الكوازار J0842 + 1835 في عام 2002. ومع ذلك ، سرعان ما أدرك أن التأثير على موقع الكوازار الواضح في السماء يُعزى لسرعة الجاذبية ستكون صغيرة جدًا لدرجة أن أسلوب المراقبة الوحيد القادر على قياسها هو قياس التداخل الأساسي الطويل جدًا (VLBI) ، التقنية المضمنة في VLBA. ثم اتصل Kopeikin مع Fomalont ، وهو خبير رائد في VLBI ومراقب VLBA من ذوي الخبرة.
قال فومالونت: "أدركت على الفور أهمية تجربة يمكنها إجراء القياس الأول لثابت أساسي للطبيعة". وأضاف: "قررت أننا يجب أن نقدم أفضل ما لدينا".
للحصول على المستوى المطلوب من الدقة ، أضاف العالمان تلسكوب Effelsberg إلى ملاحظتهما. كلما اتسعت المسافة الفاصلة بين هوائيين من التلسكوب الراديوي ، زادت قدرة التحلل ، أو القدرة على رؤية التفاصيل الدقيقة ، القابلة للتحقيق. يتضمن VLBA هوائيات في هاواي والولايات المتحدة القارية وسانت كروا في منطقة البحر الكاريبي. أضاف هوائي على الجانب الآخر من المحيط الأطلسي قوة حل أكثر.
قال فومالونت: "كان علينا إجراء قياس بدقة تزيد بثلاث مرات تقريبًا عن أي شخص فعله على الإطلاق ، لكننا كنا نعرف ، من حيث المبدأ ، أنه يمكن القيام بذلك". قام العلماء باختبار وصقل تقنياتهم في "الجفاف" ، ثم انتظروا أن يمر المشتري أمام الكوازار.
تضمن الانتظار قضمًا كبيرًا للأظافر. يمكن أن يؤدي فشل المعدات أو سوء الأحوال الجوية أو عاصفة كهرومغناطيسية على المشتري نفسه إلى تخريب المراقبة. ومع ذلك ، صمد الحظ وأنتجت ملاحظات العلماء بتردد لاسلكي 8 جيجا هرتز بيانات جيدة كافية لقياسها. لقد حققوا دقة مساوية لعرض شعرة الإنسان من مسافة 250 ميلاً.
"كان هدفنا الرئيسي هو استبعاد السرعة اللانهائية للجاذبية ، وقد حققنا أداء أفضل. نحن نعلم الآن أن سرعة الجاذبية ربما تكون مساوية لسرعة الضوء ، ويمكننا بكل ثقة استبعاد أي سرعة للجاذبية تزيد عن ضعف سرعة الضوء ”.
وقال كوبيكين إن معظم العلماء سيشعرون بالارتياح من أن سرعة الجاذبية تتوافق مع سرعة الضوء. "أعتقد أن هذه التجربة تسلط ضوءًا جديدًا على أساسيات النسبية العامة وتمثل الأولى من بين العديد من الدراسات وملاحظات الجاذبية التي يمكن إجراؤها حاليًا بسبب الدقة العالية جدًا لـ VLBI. وقال كوبيكين "لدينا الكثير لنتعلمه عن هذه القوة الكونية المثيرة للاهتمام وعلاقتها بالقوى الأخرى في الطبيعة".
هذه ليست المرة الأولى التي لعب فيها المشتري دورًا في إنتاج قياس ثابت جسدي أساسي. في عام 1675 ، قام أولاف رومر ، عالم الفلك الدنماركي الذي يعمل في مرصد باريس ، بتحديد أول دقة معقولة بشكل معقول لسرعة الضوء من خلال مراقبة كسوف أحد أقمار المشتري.
المصدر الأصلي: NRAO News Release
