Представете си, че сте астроном с интересни идеи за тайните закони на Космоса. Като всеки добър учен, вие планирате експеримент, за да тествате хипотезата си. И тогава изведнъж лошата новина: няма начин да се тества, освен може би компютърна симулация. Космическите обекти са твърде големи и неудобни, за да растат в чаша на Петри или да се сблъскват като субатомни частици.
За щастие има редки места в космоса, където природата провежда собствени експерименти - като PSR J0337 + 1715. Тази тройна система е наблюдавана за първи път през 2012 г., а през 2014 г. учените официално обявиха нейното откриване. Намира се на 4200 светлинни години в съзвездието Телец.
Три мъртви звездни ядра се въртят в танц, който може да потвърди - или да доведе до ревизия - идеята на Айнщайн за космическо време. Коловете са големи. През 70-те години система от две мъртви звезди предостави силни, макар и косвени доказателства, подкрепящи теорията на Айнщайн за обща относителност и че гравитационните вълни, които LIGO в крайна сметка откриха, съществуват. За тази работа учените получиха Нобелова награда.
За да разбере PSR J0337 + 1715 като част от експеримента, Джошуа Сокол с New Scientist предлага да го представим като физическо място. На приблизително същото разстояние от центъра на системата, на което Земята се върти около Слънцето, лежи студено бяло джудже, останките от втвърденото ядро на звезда като нашата. Малко по-нататък има още едно по-горещо бяло джудже. Той трябва да "крещи ярко" в небето, казва Скот Рансъм от Националната радиоастрономическа обсерватория във Вирджиния, който наблюдава наблюденията на системата.
На всеки 1.6 дни това вътрешно бяло джудже обикаля другар, който е невидим с просто око. Но при рентгеново или гама-зрение, двете бели джуджета са сравнително слаби в сравнение със своя спътник, сферичен 24-километров обект, който е един и половина повече от масата на Слънцето.
Това е пулсар, остатъкът от много по-голяма звезда. Той се върти веднъж на 2,73 милисекунди, като демон на космическия прах. Всяко въртене освобождава лъч радиовълни в небето, който достига до Земята с всяко въртене - ние използваме нейните ултра точни сигнали като космически часовник. И тъй като тези тела имат интензивни, заплетени гравитационни полета и ние имаме вързани часовници към тях, би било изключително удобно да се тества Айнщайн.
Екипът на Рансъм проследява тиктакането на пулсара, измерва как се променят орбитите на трите тела и сравнява резултатите с прогнозите на теорията на Айнщайн. Те се фокусират върху една идея особено сериозно.
Помислете за апокрифната история на Галилео на Наклонената кула в Пиза, който хвърли предмети на земята, за да покаже, че различните маси отнемат еднакво време, за да изминат същото разстояние. Астронавтът Дейвид Скот направи същия експеримент на Луната с перо и чук.
Промоционално видео:
Принципът на така наречената силна еквивалентност в общата относителност продължава тази идея. Той твърди, че дори обекти със собствени гравитационни полета трябва да реагират на гравитацията по същия начин като другите.
Както при перата и чука, така и вътрешното бяло джудже и много по-тежкият пулсар трябва да се държат еднакво под гравитационното дърпане на външното бяло джудже. Ако не, орбитата на вътрешната двойка ще стане по-удължена от очакваното - и принципът на еквивалентност ще бъде нарушен, а общата относителност е грешна.
И тогава ще има шок и страхопочитание. Но подобен шок може рано или късно да се очаква, тъй като общата относителност е известна с това, че не искат да бъдат приятели с други теории на природата.
„Всяка теория за гравитацията, различна от общата относителност, по принцип предсказва, че силен принцип на еквивалентност ще се провали на някакво ниво“, казва Рансоме.
По време на септемврийската конференция на Пулсар във Великобритания екипът на Рансъм се надява да обяви нови резултати, като започне от работата на Анна Арчибалд, която ще тества принципа на еквивалентност 50 до 100 пъти по-добър от всякога. Те все още не са го направили, казва Рансъм, защото има някои модели данни, които изглежда нарушават принципа на еквивалентност, които трябва да бъдат проучени по-внимателно.
„Очевидно това ще бъде мощно, затова искаме да сме сигурни, че разбираме данните правилно“, казва Рансъм. В момента компютрите все още правят анализ.
Какви са шансовете, че когато работата излезе, хората ще се развълнуват?
„Повечето хора вярват, че силен принцип на равностойност не може да се провали на това ниво. Това е една от причините, поради които постоянно си блъскаме главите в стената."
Може би PSR J0337 + 1715 е перфектният космически експеримент: експеримент, при който общата относителност определено ще се счупи, не на хартия, но със сигурност. Или ще изчакаме още малко.
Иля Кел
