Ο θρυλικός φυσικός Άλμπερτ Αϊνστάιν ήταν ένας στοχαστής που ήταν μπροστά από την εποχή του. Γεννημένος στις 14 Μαρτίου 1879, ο Αϊνστάιν ήρθε σε έναν κόσμο όπου ο νάνος πλανήτης Πλούτωνας δεν είχε ακόμη ανακαλυφθεί και η ιδέα της διαστημικής πτήσης ήταν ένα μακρινό όνειρο. Παρά τους τεχνικούς περιορισμούς της εποχής του, ο Αϊνστάιν δημοσίευσε το περίφημό του Η θεωρία της γενικής σχετικότητας το 1915, η οποία έκανε προβλέψεις για τη φύση του σύμπαντος που θα επιβεβαιωνόταν ξανά και ξανά για περισσότερα από 100 χρόνια.
Ακολουθούν 10 πρόσφατες παρατηρήσεις που απέδειξαν ότι ο Αϊνστάιν είχε δίκιο για τη φύση του σύμπαντος πριν από εκατό χρόνια – και μία που του απέδειξε ότι είχε άδικο.
Η πρώτη εικόνα μιας μαύρης τρύπας
Η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας του Αϊνστάιν περιγράφει τη βαρύτητα ως συνέπεια της παραμόρφωσης του χωροχρόνου, ουσιαστικά όσο πιο μαζικό είναι ένα αντικείμενο, τόσο περισσότερο παραμορφώνει το χωροχρόνο και αναγκάζει μικρότερα αντικείμενα να πέσουν πάνω του. Η θεωρία προβλέπει επίσης την ύπαρξη μαύρων οπών – τεράστιων αντικειμένων που παραμορφώνουν το χωροχρόνο τόσο πολύ που ακόμη και το φως δεν μπορεί να τους ξεφύγει.
Όταν οι ερευνητές που χρησιμοποιούσαν το τηλεσκόπιο Ορίζοντα Γεγονότων (EHT) απέκτησαν το πρώτο στην ιστορία εικόνα μιας μαύρης τρύπας, απέδειξαν ότι ο Αϊνστάιν είχε δίκιο για ορισμένα πολύ συγκεκριμένα πράγματα, δηλαδή ότι κάθε μαύρη τρύπα έχει ένα σημείο χωρίς επιστροφή που ονομάζεται ορίζοντας γεγονότων, το οποίο θα πρέπει να είναι περίπου στρογγυλό και προβλέψιμο μέγεθος με βάση τη μάζα της μαύρης τρύπας. Μια επαναστατική εικόνα μιας μαύρης τρύπας που ελήφθη από το EHT έδειξε ότι αυτή η πρόβλεψη ήταν απολύτως σωστή.
«Ηχώ» μιας μαύρης τρύπας
Οι αστρονόμοι απέδειξαν για άλλη μια φορά σωστή τη θεωρία του Αϊνστάιν για τις μαύρες τρύπες όταν ανακάλυψαν ένα περίεργο μοτίβο ακτινοβολίας ακτίνων Χ κοντά σε μια μαύρη τρύπα 800 εκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη.
Εκτός από τις αναμενόμενες ακτίνες Χ που εκτοξεύονται από το μπροστινό μέρος της μαύρης τρύπας, η ομάδα ανακάλυψε επίσης προβλεπόμενες "φωτεινές ηχώ" φωτός ακτίνων Χ που εκπέμπεται πίσω από τη μαύρη τρύπα, αλλά εξακολουθεί να είναι ορατή από τη Γη επειδή η μαύρη τρύπα στρεβλώνει το διάστημα. ο χρόνος γύρω από τον εαυτό του.
Βαρυτικά κύματα
Η θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν περιγράφει επίσης τεράστιους κυματισμούς στον ιστό του χωροχρόνου που ονομάζονται βαρυτικά κύματα. Αυτά τα κύματα προκαλούνται από τη συγχώνευση των πιο ογκωδών αντικειμένων στο σύμπαν, όπως οι μαύρες τρύπες και τα αστέρια νετρονίων.
Χρησιμοποιώντας έναν ειδικό ανιχνευτή που ονομάζεται Laser Interferometric Gravitational-Wave Observatory (LIGO), οι φυσικοί επιβεβαίωσαν την ύπαρξη βαρυτικών κυμάτων το 2015 και συνέχισαν να ανακαλύπτουν δεκάδες άλλα παραδείγματα βαρυτικών κυμάτων τα επόμενα χρόνια, αποδεικνύοντας ότι ο Αϊνστάιν είχε δίκιο για άλλη μια φορά.
Οι ασταθείς εταίροι μιας μαύρης τρύπας
Η μελέτη των βαρυτικών κυμάτων μπορεί να αποκαλύψει τα μυστικά των ογκωδών, μακρινών αντικειμένων που τα εκπέμπουν.
Μελετώντας τα βαρυτικά κύματα που εκπέμπονται από ένα ζεύγος δυαδικών μαύρων τρυπών που συγκρούονται αργά το 2022, οι φυσικοί επιβεβαίωσαν ότι τα ογκώδη αντικείμενα ταλαντώθηκαν – ή προχώρησαν – στις τροχιές τους καθώς πλησίαζαν το ένα το άλλο, όπως ακριβώς είχε προβλέψει ο Αϊνστάιν.
Αστέρι "Χορεύοντας" σε σπιρογράφο
Οι επιστήμονες είδαν για άλλη μια φορά τη θεωρία της μετάπτωσης του Αϊνστάιν σε δράση μελετώντας ένα αστέρι που περιφέρεται γύρω από μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα για 27 χρόνια.
Αφού ολοκλήρωσε δύο πλήρεις τροχιές γύρω από τη μαύρη τρύπα, το αστέρι άρχισε να «χορεύει» προς τα εμπρός με τη μορφή ροζέτας, αντί να κινείται σε μια σταθερή ελλειπτική τροχιά. Αυτή η κίνηση επιβεβαίωσε την πρόβλεψη του Αϊνστάιν ότι ένα εξαιρετικά μικρό αντικείμενο θα πρέπει να περιστρέφεται γύρω από ένα σχετικά γιγάντιο.
Άστρο νετρονίων "σέρνει το πλαίσιο"
Όχι μόνο οι μαύρες τρύπες παραμορφώνουν τον χωροχρόνο γύρω τους, αλλά και το εξαιρετικά πυκνό κέλυφος των νεκρών άστρων μπορεί να το κάνει. Το 2020, οι φυσικοί μελέτησαν πώς ένα αστέρι νετρονίων είχε περιφερθεί γύρω από έναν λευκό νάνο (δύο τύπους κατέρρευσης, νεκρών αστεριών) τα προηγούμενα 20 χρόνια και ανακάλυψαν μια μακροπρόθεσμη μετατόπιση στον τρόπο με τον οποίο τα δύο αντικείμενα περιφέρονταν το ένα γύρω από το άλλο.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, αυτή η μετατόπιση πιθανότατα προκλήθηκε από ένα φαινόμενο που ονομάζεται σύροντας το πλαίσιο, ουσιαστικά, ο λευκός νάνος τέντωσε τον χωροχρόνο αρκετά ώστε να αλλάξει ελαφρώς την τροχιά του αστέρα νετρονίων με την πάροδο του χρόνου. Αυτό επιβεβαιώνει και πάλι τις προβλέψεις της θεωρίας της σχετικότητας του Αϊνστάιν.
Μεγεθυντικός φακός βαρύτητας
Σύμφωνα με τον Αϊνστάιν, εάν ένα αντικείμενο είναι αρκετά μεγάλο, θα πρέπει να παραμορφώνει τον χωροχρόνο με τέτοιο τρόπο ώστε το μακρινό φως που εκπέμπεται πίσω από το αντικείμενο να φαίνεται μεγεθυντικό (όπως φαίνεται από τη Γη).
Αυτό το αποτέλεσμα ονομάζεται βαρυτικό φακό και χρησιμοποιείται ευρέως για τη μεγέθυνση αντικειμένων στο βαθύ σύμπαν. Η πρώτη εικόνα σε βάθος πεδίου του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb είναι γνωστό ότι χρησιμοποίησε το φαινόμενο βαρυτικού φακού ενός σμήνος γαλαξιών 4,6 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά για να μεγεθύνει σημαντικά το φως από γαλαξίες που βρίσκονται σε απόσταση μεγαλύτερη των 13 δισεκατομμυρίων ετών φωτός.
Δαχτυλίδι Einstein JO418.
Μια μορφή βαρυτικού φακού είναι τόσο φωτεινή που οι φυσικοί δεν μπορούσαν παρά να την ονομάσουν από τον Αϊνστάιν. Όταν το φως από ένα μακρινό αντικείμενο μεγεθύνεται σε ένα τέλειο φωτοστέφανο γύρω από ένα ογκώδες αντικείμενο στο προσκήνιο, οι επιστήμονες το αποκαλούν «δακτύλιο του Αϊνστάιν».
Αυτά τα εκπληκτικά αντικείμενα υπάρχουν σε όλο το διάστημα και έχουν φωτογραφηθεί από αστρονόμους και ερασιτέχνες επιστήμονες.
Ένα σύμπαν που αλλάζει
Καθώς το φως ταξιδεύει μέσα από το σύμπαν, το μήκος κύματός του μετατοπίζεται και τεντώνεται με πολλούς διαφορετικούς τρόπους γνωστούς ως μετατόπιση στο κόκκινο. Ο πιο διάσημος τύπος μετατόπισης στο κόκκινο σχετίζεται με τη διαστολή του σύμπαντος (ο Αϊνστάιν πρότεινε έναν αριθμό που ονομάζεται κοσμολογική σταθερά για να εξηγήσει αυτή τη φαινομενική διαστολή στις άλλες εξισώσεις του).
Ωστόσο, ο Αϊνστάιν προέβλεψε επίσης έναν τύπο «βαρυτικής ερυθρής μετατόπισης» που συμβαίνει όταν το φως χάνει ενέργεια καθ' οδόν από μια ύφεση στο χωροχρόνο που δημιουργείται από τεράστια αντικείμενα όπως οι γαλαξίες. Το 2011, μια μελέτη του φωτός από εκατοντάδες χιλιάδες μακρινούς γαλαξίες απέδειξε ότι η βαρυτική ερυθρή μετατόπιση όντως υπάρχει, ακριβώς όπως προέβλεψε ο Αϊνστάιν.
Άτομα σε κίνηση
Οι θεωρίες του Αϊνστάιν φαίνεται να ισχύουν και στο κβαντικό βασίλειο. Η θεωρία της σχετικότητας υποθέτει ότι η ταχύτητα του φωτός στο κενό είναι σταθερή, πράγμα που σημαίνει ότι ο χώρος πρέπει να φαίνεται ίδιος από όλες τις πλευρές. Το 2015, οι ερευνητές απέδειξαν ότι αυτό το φαινόμενο ισχύει ακόμη και στις μικρότερες κλίμακες, όταν μέτρησαν την ενέργεια δύο ηλεκτρονίων που κινούνται σε διαφορετικές κατευθύνσεις γύρω από τον πυρήνα ενός ατόμου.
Η διαφορά ενέργειας μεταξύ των ηλεκτρονίων παρέμεινε σταθερή ανεξάρτητα από την κατεύθυνση που κινούνταν, επιβεβαιώνοντας αυτό το μέρος της θεωρίας του Αϊνστάιν.
Και τέλος... Τι γίνεται με τις «τρομερές ενέργειες εξ αποστάσεως»;
Σε ένα φαινόμενο που ονομάζεται κβαντική εμπλοκή, τα μπλεγμένα σωματίδια μπορούν φαινομενικά να επικοινωνούν μεταξύ τους σε τεράστιες αποστάσεις ταχύτερα από την ταχύτητα του φωτός και να «επιλέξουν» μια κατάσταση για να κατοικήσουν μόνο αφού μετρηθούν. Ο Αϊνστάιν μισούσε αυτό το φαινόμενο, αποκαλώντας το «τρομερό φαινόμενο σε απόσταση» και επέμενε ότι κανένα φαινόμενο δεν μπορεί να ταξιδέψει πιο γρήγορα από το φως και ότι τα αντικείμενα έχουν μια κατάσταση είτε τα μετράμε είτε όχι.
Αλλά σε ένα μεγάλης κλίμακας, παγκόσμιο πείραμα στο οποίο μετρήθηκαν εκατομμύρια μπερδεμένα σωματίδια σε όλο τον κόσμο, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι τα σωματίδια φαίνεται να επιλέγουν μια κατάσταση μόνο τη στιγμή που μετρώνται και όχι πριν.
«Δείξαμε ότι η κοσμοθεωρία του Αϊνστάιν… στην οποία τα πράγματα έχουν ιδιότητες είτε τα παρατηρείς είτε όχι, και κανένα αποτέλεσμα δεν ταξιδεύει γρηγορότερα από το φως, δεν μπορεί να είναι αληθινή – τουλάχιστον ένα από αυτά τα πράγματα πρέπει να είναι ψευδές», είπε ο συν-συγγραφέας έρευνα από τον Morgan Mitchell, καθηγητή κβαντικής οπτικής στο Ινστιτούτο Φωτονικών Επιστημών στην Ισπανία, σε μια συνέντευξη στο περιοδικό Live Science το 2018.
Επίσης ενδιαφέρον: