Legendarul fizician Albert Einstein a fost un gânditor care a fost înaintea timpului său. Născut pe 14 martie 1879, Einstein a venit într-o lume în care planeta pitică Pluto nu fusese încă descoperită, iar ideea zborului spațial era un vis îndepărtat. În ciuda limitărilor tehnice ale timpului său, Einstein și-a publicat faimosul Teoria relativității generale în 1915, care a făcut predicții despre natura universului care aveau să fie confirmate din nou și din nou timp de mai bine de 100 de ani.
Iată 10 observații recente care i-au dovedit lui Einstein dreptate cu privire la natura cosmosului în urmă cu o sută de ani – și una care i-a dovedit că se înșeală.
Prima imagine a unei găuri negre
Teoria generală a relativității a lui Einstein descrie gravitația ca o consecință a distorsiunii spațiu-timpului, în esență, cu cât un obiect este mai masiv, cu atât mai mult distorsionează spațiu-timp și obligă obiectele mai mici să cadă pe el. Teoria prezice, de asemenea, existența găurilor negre – obiecte masive care distorsionează spațiu-timp atât de mult încât nici măcar lumina nu le poate scăpa.
Când cercetătorii care au folosit Telescopul Event Horizon (EHT) au obținut o premieră în istorie imaginea unei găuri negre, au dovedit că Einstein avea dreptate în privința unor lucruri foarte specifice, și anume că fiecare gaură neagră are un punct fără întoarcere numit orizontul evenimentelor, care ar trebui să fie aproximativ rotundă și de o dimensiune previzibilă pe baza masei găurii negre. O imagine revoluționară a unei găuri negre obținute de EHT a arătat că această predicție era absolut corectă.
„Ecourile” unei găuri negre
Astronomii au dovedit încă o dată că teoria lui Einstein despre găurile negre este corectă atunci când au descoperit un model ciudat de radiație cu raze X lângă o gaură neagră la 800 de milioane de ani lumină de Pământ.
Pe lângă razele X așteptate care ard din partea din față a găurii negre, echipa a descoperit și „ecouri luminoase” prezise ale luminii cu raze X emise din spatele găurii negre, dar încă vizibile de pe Pământ, deoarece gaura neagră deformează spațiul... timpul în jurul său.
Valuri gravitationale
Teoria relativității a lui Einstein descrie, de asemenea, ondulații uriașe în țesătura spațiu-timp numite unde gravitaționale. Aceste unde sunt cauzate de fuziunea celor mai masive obiecte din univers, cum ar fi găurile negre și stele neutronice.
Folosind un detector special numit Observatorul de unde gravitaționale interferometrice cu laser (LIGO), fizicienii au confirmat existența undelor gravitaționale în 2015 și au continuat să descopere zeci de alte exemple de unde gravitaționale în anii care au urmat, dându-i dreptate lui Einstein încă o dată.
Partenerii tremurați ai unei găuri negre
Studiul undelor gravitaționale poate dezvălui secretele obiectelor masive, îndepărtate, care le emit.
Studiind undele gravitaționale emise de o pereche de găuri negre binare care se ciocnesc lent în 2022, fizicienii au confirmat că obiectele masive au oscilat – sau au precedat – pe orbită pe măsură ce se apropiau unele de altele, așa cum prezisese Einstein.
Steaua „dansătoare” pe un spirograf
Oamenii de știință au văzut din nou teoria precesiei a lui Einstein în acțiune, studiind o stea care orbitează o gaură neagră supermasivă timp de 27 de ani.
După ce a terminat două orbite complete în jurul găurii negre, steaua a început să „daneze” înainte sub forma unei rozete, mai degrabă decât să se miște pe o orbită eliptică fixă. Această mișcare a confirmat predicția lui Einstein că un obiect extrem de mic ar trebui să se învârte în jurul unuia relativ gigant.
Steaua de neutroni „trăgând cadrul”
Nu numai găurile negre distorsionează spațiul-timp din jurul lor, ci și învelișul super-dens de stele moarte poate face acest lucru. În 2020, fizicienii au studiat modul în care o stea neutronică a orbitat o pitică albă (două tipuri de stele prăbușite, moarte) în ultimii 20 de ani și au descoperit o derivă pe termen lung în modul în care cele două obiecte orbitau unul pe altul.
Potrivit cercetătorilor, această deriva a fost probabil cauzată de un efect numit prin tragerea cadrului, în esență, pitica albă s-a întins spațiu-timp suficient pentru a schimba ușor orbita stelei cu neutroni în timp. Acest lucru confirmă din nou predicțiile teoriei relativității a lui Einstein.
Lupa gravitațională
Potrivit lui Einstein, dacă un obiect este suficient de masiv, ar trebui să distorsioneze spațiu-timp în așa fel încât lumina îndepărtată emisă din spatele obiectului să pară mărită (cum este văzută de pe Pământ).
Acest efect se numește lentilă gravitațională și este utilizat pe scară largă pentru a mări obiectele din universul profund. Se știe că prima imagine de câmp profund a telescopului spațial James Webb a folosit efectul de lentilă gravitațională al unui grup de galaxii la 4,6 miliarde de ani lumină distanță pentru a mări foarte mult lumina din galaxiile aflate la mai mult de 13 miliarde de ani lumină distanță.
Inel Einstein JO418.
O formă de lentilă gravitațională este atât de strălucitoare încât fizicienii nu s-au putut abține să nu o numească după Einstein. Când lumina de la un obiect îndepărtat se mărește într-un halou perfect în jurul unui obiect masiv din prim-plan, oamenii de știință îl numesc „inel Einstein”.
Aceste obiecte uimitoare există în spațiu și au fost fotografiate deopotrivă de astronomi și de oameni de știință amatori.
Un univers în schimbare
Pe măsură ce lumina călătorește prin univers, lungimea sa de undă este deplasată și întinsă în mai multe moduri diferite cunoscute sub numele de tura roșie. Cel mai faimos tip de deplasare spre roșu este legat de expansiunea universului (Einstein a propus un număr numit constantă cosmologică pentru a explica această expansiune aparentă în celelalte ecuații ale sale).
Cu toate acestea, Einstein a prezis, de asemenea, un tip de „deplasare gravitațională spre roșu” care apare atunci când lumina pierde energie pe drum dintr-o depresiune în spațiu-timp creată de obiecte masive precum galaxiile. În 2011, un studiu al luminii de la sute de mii de galaxii îndepărtate a demonstrat că deplasarea gravitațională spre roșu există, așa cum a prezis Einstein.
Atomi în mișcare
Teoriile lui Einstein par să fie valabile și în domeniul cuantic. Teoria relativității presupune că viteza luminii în vid este constantă, ceea ce înseamnă că spațiul ar trebui să arate la fel din toate părțile. În 2015, cercetătorii au demonstrat că acest efect este valabil chiar și la cele mai mici scări, când au măsurat energia a doi electroni care se mișcă în direcții diferite în jurul nucleului unui atom.
Diferența de energie dintre electroni a rămas constantă indiferent de direcția în care se mișcau, confirmând această parte a teoriei lui Einstein.
Și în sfârșit... Dar „acțiuni îngrozitoare la distanță”?
Într-un fenomen numit întanglement cuantic, particulele încurcate se pare că pot comunica între ele pe distanțe mari mai repede decât viteza luminii și „alege” o stare pe care să o locuiască numai după ce au fost măsurate. Einstein a urât acest fenomen, numindu-l „efectul teribil la distanță” și a insistat că niciun efect nu poate călători mai repede decât lumina și că obiectele au o stare indiferent dacă le măsurăm sau nu.
Dar, într-un experiment global la scară largă, în care au fost măsurate milioane de particule încurcate din întreaga lume, cercetătorii au descoperit că particulele par să aleagă o stare doar în momentul în care sunt măsurate, și nu înainte.
„Am arătat că viziunea asupra lumii a lui Einstein... în care lucrurile au proprietăți, indiferent dacă le observi sau nu, și niciun efect călătorește mai repede decât lumina, nu poate fi adevărată – cel puțin unul dintre aceste lucruri trebuie să fie fals”, a spus co-autorul. . cercetare de Morgan Mitchell, profesor de optică cuantică la Institutul de Științe Fotonice din Spania, într-un interviu acordat revistei Live Science în 2018.
Interesant de asemenea:
