איינשטיין צדק: ניסוי חדש מצא שכל הדברים ביקום באמת נופלים באותו האופן

אסטרונומים ערכו מבחן קיצוני במיוחד לתורת היחסות הכללית של איינשטיין – ומצאו שאיינשטיין הוא עדיין המדען הגדול מכולם
שתף: 
  • הדמיה של מערכת הכוכבים שבזכותה נערך הניסוי | קרדיט: Archibald et al
 
תורת הכבידה של איינשטיין, היחסות הכללית, חוזה שכל הגופים נופלים באותו האופן – ללא קשר למסתם או להרכבם. אבל האם העיקרון הזה תקף גם לגבי גופים בכבידה קיצונית? צוות בינלאומי של אסטרונומים ערך לאיינשטיין בוחן פתע קשה במיוחד: יחסי הכבידה בין כוכב נייטרונים ושני ננסים לבנים. ממצאיהם, שפורסמו היום בכתב העת Nature, מוכיחים שאיינשטיין צדק – גם בתנאים הקיצוניים ביותר ביקום.
 
 

מעבדה קוסמית מושלמת

 
לפי חוק הכבידה של ניוטון, כל שני גופים נמשכים זה לזה ביחס ישר למכפלת מסותיהם, וביחס הפוך לריבוע המרחק ביניהם. בהיעדר חיכוך אוויר, נוצות פטישים נופלים לארץ באותו הזמן, שכן כוח הכבידה שפועל עליהם הוא אותו הכוח – זה של מסת כדור הארץ (ואילו המסה שלהם בטלה בשישים). האסטרונאוטים באפולו 15 הוכיחו זאת בשידור חי, כשהפילו פטיש ונוצה על הירח חסר האטמוספרה – והם באמת נחתו באותו הזמן.
 
חוקי ניוטון עבדו, וממשיכים לעבוד, יפה מאוד בתנאי כבידה "רגילים", כמו אלו שאנו חווים כאן בכדור הארץ או שם בירח. אלא שאלברט איינשטיין הוכיח שכוח הכבידה הוא כוח מדומה: הגופים אינם מושכים זה את זה, אלא מעקמים את המרחב והזמן, בדומה לאופן שבו כדור מעקם רשת מתוחה. וההבדל בין התיאוריות אינו סמנטי. חשבו, למשל, על השמש שלנו. אם השמש תעלם פתאום, כדור הארץ ימשיך להסתובב סביבה, כלומר "ליפול" אליה – עד שהרשת עצמה תתיישר חזרה (והיא תעשה זאת בצורת גלי כבידה, כמו אלו שנמדדו לראשונה ב-2016).
 
איינשטיין הוכיח שחוק הכבידה של ניוטון תקף רק בתנאים מסוימים, אבל הפגין ביטחון רב בכך שמשוואות השדה שלו נכונות תמיד – שכל הגופים, בכל מקום ובכל מצב ביקום, ייפלו באותה תאוצה לאותה באר כבידה, ללא קשר למסתם או להרכבם. המשוואות של איינשטיין אמנם הוכחו כנכונות בכל מקום במערכת השמש, אלא שיש תיאוריות חדשות, לפיהן גופים בתנאי כבידה קיצוניים, כמו כוכבי נייטרונים, נופלים בצורה שונה מגופים כמו כוכבי לכת ושבת, פטישים ונוצות. 
 
למרבה המזל, אסטרונומים מצאו את המעבדה הקוסמית המושלמת כדי להעמיד את התיאוריות הללו למבחן: מערכת הכוכבים המשולשת PSR J0337+1715, המרוחקת כ-4,200 שנות אור מכדור הארץ. המערכת הייחודית, שהתגלתה ב-2012, מורכבת מכוכב נייטרונים – סוג של כוכב צפוף להפליא, שעשוי ברובו מנייטרונים – המקיף שמש מסוג ננס לבן. בנוסף, כוכב הנייטרונים והננס הלבן גם יחד נופלים לעבר ננס לבן נוסף ומרוחק יותר.
 
מערכת הכוכבים המשולשת PSR J0337+1715 עם הדמיית השפעת הכבידה של כל אחד מהכוכבים על המרחב-זמן בצורת רשתות|קרדיט:  Archibald et al
 
 

המשוואה לא משקרת

 
לפי תיאוריות הכבידה המתחרות שקמו לאיינשטיין בשנים האחרונות, כוכב הנייטרונים ייפול באופן שונה מאשר חברו הננס הלבן הקרוב, לכיוון הננס הלבן הרחוק, משום שהוא צפוף ממנו בהרבה, כלומר שהתאוצה שלו תשתנה.
 
כדי למדוד זאת, החוקרים עקבו במשך שש שנים אחר הפולסים האלקטרומגנטיים שנפלטים מכוכב הנייטרונים, המסתובב סביב עצמו במהירות מדהימה של 366 פעמים בשנייה – ובכך משמש כמעין מגדלור קוסמי. האותות הללו שוטפים את כדור הארץ במרווחי זמן קבועים, ובכך מאפשרים לחוקרים לקבוע את מיקומו של הכוכב בדיוק של עד כמה מאות מטרים. אם תאוצתו של כוכב הנייטרונים סביב הננס הלבן החיצוני הייתה משתנה בתנאי הכבידה הקיצוניים, האותות היו מגיעים בזמנים שונים, כלומר לא בסנכרון עם הננס הלבן הפנימי.
 
אבל כמו עם הנוצה והפטיש, האותות "נפלו" לכדור הארץ בדיוק מושלם. אם אמנם היו שינויים בתאוצת הכבידה, הם היו צריכים להיות קטנים יותר משלושת חלקי המיליונית. כל שינוי גדול מזה היה עולה במבחן שנערך לתורת היחסות הכללית.
 
"המבחן הקשוח התאפשר הודות לגילוי השלישייה המופלאה", מסר ג'ייסון הסלס מאוניברסיטת אמסטרדם ומהמכון ההולנדי לרדיו-אסטרונומיה ASTRON, בהודעה לתקשורת. "אנחנו לא יודעים על מעבדות טבעיות מבטיחות יותר כרגע, אבל הרדיו-טלסקופ הגדול בעולם, ה-Square Kilometre Array, שנבנה בימים אלה, צפוי למצוא את רוב הפולסרים בגלקסיה שלנו, לרבות כוכבי נייטרונים המשחררים פולסים במילישניות. במערכות אלו, שטרם התגלו, אנחנו מקווים למצוא כלים עוד יותר חזקים לבחינת היקום, כמו כוכבי נייטרונים שמקיפים חורים שחורים. ומי יודע, אולי באחת מאותן מערכות נזכה להצצה ראשונה לתיאוריה שתבוא אחרי איינשטיין".
 

אולי תאהבו גם

{{new.img.alt}}
{{new.start}}
{{new.body}}