Einstein měl … zase jednou… pravdu

Je to pozitivní  nebo negativní zpráva? Teorie relativity byla znovu potvrzena, tentokrát v extrémních podmínkách. (délka blogu 3 min.)

Nic není tak, jak se zdá. Jako by byl svět kolem nás jen uhlazenou variantou opravdového světa, který číhá pod jeho povrchem. Při pohledu na život jednotlivých osamělých částic pozorují vědci s hrůzou i nadšením úplně jiný druh fyziky než ten, který nám je tak důvěrně známý. Kvantový svět částic je divoký, často nevysvětlený a znepokojující - a pořád ještě se ho nepodařilo propojit s tím naším nějakou důmyslnou fyzikální teorií.  

Exotická gravitace

Jedním z důvodů je drze odlišné chování jedné ze základních fyzikálních sil, gravitace. Einsteinova všeobecná teorie relativity předpokládá, že se chování hmotných těles v gravitačním poli řídí určitým principem - a ten je jim všem společný.

Různé experimenty, provedené v rámci našich možností, tento předpoklad už dávno potvrdily. O tom, zda se stejným způsobem chovají také hmoty s velkým vlastním gravitačním potenciálem (opravdu hodně těžká tělesa), se zatím jen spekulovalo.

Pochyby by mohly otevřít dveře další, nové a možná daleko důmyslnější teorii. Ta by mohla popsat jak kvantový svět částic, tak vlastnosti světa kolem nás. To je samozřejmě velmi svůdné a není divu, že se vědci snaží ověřit einsteinovu teorii v dalších a dalších situacích. Naposledy ji testovali pomocí vzdáleného kosmického tělesa s nepříliš poetickým názvem PSR J0337 + 1715.

PSR J0337 + 1715

Pod složitým jménem se skrývají tři hvězdní sourozenci. Dvě ze složek jsou dnes bílými trpaslíky, zbylá je tzv. pulsar. Pulsary jsou rotující neutronové hvězdy. Jejich “pulsováním”  je míněna rychlá změna intenzity záření, které od nich zachycujeme. Způsobena je rotací neutronové hvězdy - tento efekt tak trochu připomíná maják.

V systému PSR J0337 + 1715 obíhají pulsar a jeden z bílých trpaslíků kolem společného těžiště, kolem obou pak krouží druhý bílý trpaslík (viz obrázek).

Milisekundový pulsar byl objeven v roce 2007. Kolem své osy se otočí téměř 366x za sekundu. Extrémní objekt je vzdálený 4200 světelných roků a na obloze se nachází v souhvězdí býka. Jeho vzdálenější průvodce ho obíhá ve vzdálenosti necelé astronomické jednotky (tedy přibližně ve vzdálenosti Země-Slunce).

Podobné, gravitačně propojené, trojhvězdy mají komplikované chování. To závisí na rozložení hmoty a vnitřním složení hvězd. Gravitační vlivy jsou u nich zároveň daleko zřetelnější než v planetárních soustavách, kde se vzájemných interakcí logicky účastní daleko méně hmoty.

Vědci sledovali trojnásobnou hvězdu třemi různými radioteleskopy. Pozorování trvala šest let.

Díky zřetelnému signálu pulsaru, který se dá dobře zachytit radioteleskopem, se povedlo extrémně přesně změřit dráhu zúčastněného pulsaru. Celý systém pak simulovali na počítači. Podařilo se zjistit, že se systém chová přesně tak, jak vyžaduje Einsteinova teorie relativity.

Nordtvedtův parametr

Tzv. Nordtvedtův efekt, který určuje míru porušení principu, vyplývajícího z obecné teorie relativity, je teoretický konstrukt, který by mohl naznačit, že je Einsteinova teorie neúplná. Zároveň by mohl ukázat cestu k jiné a komplexnější teorii.

Při pokusech s tělesy s nízkou vlastní gravitací (kontrolách pohybu Země a Měsíce nebo pohyb Merkuru v naší vlastní soustavě) bylo potvrzeno, že teorie relativity funguje - a Nordtvedtův parametr musí být (pokud má vůbec nějakou hodnotu) nesmírně malý.

Pozorováním trojhvězdy PSR J0337 + 1715 ho vědci zmenšili ještě o tři řády.

Konkurenční teorie, které s Nordtvedtovým efektem počítají, se tak dostávají do problémů. Jak se zdá, měl profesor Einstein… zase jednou pravdu.

Zdroje:https://www.nature.com/articles/s41586-018-0265-1https://www.nature.com/articles/nature12917,https://arxiv.org/abs/1401.0535