アインシュタインの重力理論は、3つ星系のテストに耐えます

3体システムの図。

科学者は2つのオブジェクトに関しては重力をかなりよく理解していますが、3つ目のオブジェクトを追加すると、カオスが発生します。これは、最も単純な方程式では説明できないシステムです。しかし、アインシュタインの重力理論の限界をテストする方法もあります。

ダークエネルギーとは何か、ダークマターとは何か、そしてなぜ1つの統一された物理理論が宇宙の最大と最小の両方のオブジェクトを説明できないのかなど、私たちの宇宙には多くの未解決の質問があるという事実をおそらくご存知でしょう。 ?これらの問題を調査する実験の繰り返しのテーマは、アインシュタインの一般相対性理論をテストすることです。あなたは理論の両極端を見て、現実の世界がそれに同意しない場所があることを望んでいます。しかし、誰が何をしても、理論はまだ失敗していません。

「一般相対性理論をテストすることは今重要です」とアムステルダム大学の物理学者であるAnneArchibaldはGizmodoに語った。「これまで困難だった方法でテストしています。」

研究者たちは、等価原理と呼ばれるものをテストしています。質量は、重力場でのオブジェクトの動作と、オブジェクトを押し込もうとしたときの動作(慣性質量とも呼ばれます)の2つの方法で定義できます。一般相対性理論によれば、これらは実際には同じです。宇宙空間にいて、エレベーターで上向きに加速している場合、慣性質量が感じる力は、適切な重力で惑星に立っている感覚によって正確に模倣できます。

しかし、2つは実際には同じですか?科学者たちは地球、月、太陽を比較するテストを実施し、最近の実験では水星 も関わっています。これまでのところ、アインシュタインの理論は間違っていることが証明されていません。

Natureに掲載された新しい論文では、代わりにPSR J0337 +1715と呼ばれる3体システムの観測を使用しています。このシステムは、光のビーム(パルサーと呼ばれる)を発射する回転する中性子星と、1.6地球日ごとに互いに周回する白色矮星で構成され、どちらも327地球日ごとに別の白色矮星を周回します。

彼らは、オランダのウェスターボーク合成電波望遠鏡、ウェストバージニア州のロバートC.バードグリーンバンク望遠鏡、プエルトリコのアレシボ天文台のウィリアムE.ゴード​​ン望遠鏡を使用して、6年間にわたるシステムの800回の観測を使用しました。

等価原理をどのようにテストしますか?さて、あなたには2つのオブジェクトがあります。1つは白色矮星で、その質量はほとんど物質で構成されています。それからパルサーがあります。パルサーは、それを一緒に保持するために多くの重力エネルギーを必要とします。そして、アインシュタインの有名なE = mc 2方程式により、エネルギーと質量が等しいため、重力によってパルサーが軽くなります。実際、パルサーの質量が持っているものに基づいているとあなたが考えるかなりの部分、おそらく10から20パーセントは、それを一緒に保持している重力の影響のためにそこにはありません。一般相対性理論が間違っていると、中性子星は、遠くの白色矮星の重力に反応して、近くの白色矮星の仲間とは異なる振る舞いをします。

研究者たちは、回転する中性子星の脈動挙動に基づいてこの挙動を測定することができました。観測により、白色矮星とパルサーは、他の白色矮星の重力に応じてまったく同じように振る舞うように見えることが明らかになりました。一般相対性理論が再び勝ちます。

このような3体システムのモデリングは困難です。ブリティッシュコロンビア大学の研究著者であり物理学者であるイングリッドステアーズは、ギズモードに次のように語っています。サイエンスフィクションの本、The Three Body Problemを読んだことがあるかもしれません。この本は、軌道を回る惑星で生き残ろうとする外来種のレンズを通して、これらのシステムがどれほど予測不可能であるかを説明しています。Archibaldは、問題をモデル化するために使用したシミュレーションに特に興奮していました。彼女は、かなり基本的な物理学であると考えていました。

これらの種類のテストは、一般相対性理論のように見えるが、まだ探索されていない物理的領域では異なる重力の代替理論を除外する方法にとって重要です。フロリダ大学ゲインズビル校のクリフォード・ウィルは、この研究に関与していない物理学者の1人が、この研究によってこれらの代替理論のいくつかの有効性が「はるかに弱くなった」と書いていますが、完全に除外されているわけではありません。自然解説。一般相対性理論からの逸脱はまだ非常に小さくなければならないだろう、とアーチボルドは言った。

また、アーチボルドとステアズに、劉慈欣の三体問題を読んだかどうか尋ねました。階段はありませんでした、そしてアーチボルドは途中です。「この本のテーマの1つは基本的な物理学です... 2つの場所で同じ実験を行う場合、物理学はどこに依存しません。それはあなたが注意深い実験で得ることができるこの普遍的な基本的な物理学です。[劉]は、物理学がそのように機能しない場合はどうなるのかと尋ねます。」彼女は言いました。「私はそれを基本的なレベルでテストしています。」

[自然]

訂正:以前の記事では、重力結合エネルギーがパルサーの質量にプラスの影響を及ぼしたと述べていましたが、実際にはマイナスの影響があります。記事の文言はこれを反映するように更新されました。ごめんなさい!

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