이미지 크레디트 : NRAO
거의 1 세기 동안 아인슈타인에 의해 이론화 된 물리학 자들은 중력이 빛의 속도로 움직인다는 이론을지지하는 증거를 발견했다. 퀘이사의 이미지가 구부러지는 방식의 변화는이 중력 속도를 설명했습니다.
희귀 한 우주 정렬을 이용하여 과학자들은 중력이 전파되는 속도를 최초로 측정하여 측정되지 않은 물리의 기본 상수 중 하나에 수치를 제공했습니다.
“뉴턴은 중력의 힘이 순간적이라고 생각했습니다. 아인슈타인은 빛의 속도로 움직 였다고 가정했지만 지금까지 아무도 그것을 측정하지 못했습니다.”미주리-콜럼비아 대학교 물리학 자 세르게이 코 페이 킨 (Sergei Kopeikin)은 말했다.
VA의 샬로 츠빌에있는 NRAO (National Radio Astronomy Observatory)의 천문학자인 에드 포 말론 (Ed Fomalont)은“우리는 중력 전파 속도가 20 %의 정확도 내에서 빛의 속도와 같다는 것을 확인했다. 과학자들은 그 결과를 워싱턴 주 시애틀에서 열린 미국 천문 학회 회의에 발표했습니다.
랜드 마크 측정은 입자 물리학을 아인슈타인의 일반 상대성 이론 및 전자기 이론과 결합하려는 통합 된 필드 이론을 연구하는 물리학 자에게 중요합니다.
Kopeikin은“우리의 측정은 수퍼 스트링 이론 및 괄호 이론과 같은 추가 차원을 제안하는 이론에 일부 제한을 두었습니다. "중력 속도를 알면 이러한 추가 치수의 존재와 소형화에 대한 중요한 테스트를 제공 할 수 있습니다."라고 덧붙였습니다.
수퍼 스트링 이론은 자연의 기본 입자가 뾰족한 것이 아니라 그 특성이 다른 진동 모드에 의해 결정되는 매우 작은 고리 또는 끈이라고 제안합니다. Branes (멤브레인에서 파생 된 단어)는 다차원 표면이며 일부 현재 물리 이론은 5 차원에 포함 된 시공간 Branes를 제안합니다.
과학자들은 대륙 별 전파 망원경 시스템 인 VLBA (Very Long Baseline Array)를 사용하여 독일 Effelsberg에있는 100 미터 전파 망원경과 함께 목성이 거의 지나갔을 때 매우 정밀하게 관찰했습니다. 2002 년 9 월 8 일에 밝은 퀘이사 앞.
관측 결과 목성의 중력 효과에 의해 배경 퀘이사에서 나오는 전파의 아주 작은“굽힘”이 기록되었습니다. 굽힘으로 인해 하늘에서 퀘이사의 외관상 위치가 약간 변경되었습니다.
Kopeikin은“목성이 태양 주위를 움직이고 있기 때문에 정확한 굽힘 량은 중력이 목성으로부터 전파되는 속도에 따라 약간 다르다”고 Kopeikin은 말했다.
과학자들은 태양계에서 가장 큰 행성 인 목성 (Jupiter)이 약 10 년에 한 번 정도 밝은 퀘이사에서 전파 경로까지 충분히 가까워 질 것이라고 과학자들은 말했다.
10 년에 한 번 천상의 정렬은 중력 속도를 측정 할 수있게 해주는 일련의 사건 중 마지막이었습니다. 다른 하나는 1996 년에 두 과학자의 우연한 만남, 이론 물리학의 획기적인 기술, 매우 정밀한 측정이 가능한 특수 기술의 개발을 포함했습니다.
Kopeikin은“대부분의 물리학 자들이 그렇게하는 유일한 방법은 중력파를 탐지하는 것이라고 가정했기 때문에 아무도 중력 속도를 측정하려고 시도한 적이 없었습니다. 그러나 1999 년 코 페이 킨은 아인슈타인의 이론을 확장하여 움직이는 물체가 빛과 전파에 미치는 중력 효과를 포함시켰다. 그 효과는 중력의 속도에 달려있었습니다. 그는 목성이 별이나 라디오 소스 앞에서 거의 움직이면 자신의 이론을 테스트 할 수 있다는 것을 깨달았습니다.
Kopeikin은 향후 30 년 동안 목성의 궤도를 예측하고 2002 년 퀘이사 J0842 + 1835 앞에서 거대한 행성이 충분히 가까이 지나갈 것임을 발견했습니다. 그러나 그는 하늘에서 퀘이사의 명백한 위치에 미치는 영향 측정 할 수있는 유일한 관측 기술은 VLBA에 구현 된 기술인 VLBI (Very Long Baseline Interferometry) 뿐이었다. Kopeikin은 VLBI의 전문가이자 숙련 된 VLBA 관찰자 인 Fomalont에게 연락했습니다.
Fomalont는“저는 자연의 기본 상수를 최초로 측정 할 수있는 실험의 중요성을 즉시 깨달았습니다. “저는이 사진에 최고의 사진을 제공하기로 결정했습니다.”라고 그는 덧붙였습니다.
필요한 정확도를 얻기 위해 두 과학자는 관측에 Effelsberg 망원경을 추가했습니다. 두 무선 망원경 안테나 사이의 간격이 넓을수록 분해능 또는 세밀한 부분까지 볼 수있는 능력이 더 커집니다. VLBA에는 하와이, 미국 대륙 및 카리브해의 세인트 크로이 (St. Croix)에 안테나가 포함되어 있습니다. 대서양 반대편의 안테나는 훨씬 더 많은 분해능을 추가했습니다.
Fomalont는“우리는 그 어느 때보 다 약 3 배 더 높은 정확도로 측정해야했지만 원칙적으로 측정 할 수 있다는 것을 알고있었습니다. 과학자들은“건조한 달리기 (dry run)”에서 자신의 기술을 테스트하고 개선 한 후 목성이 퀘이사 앞에서 통과하기를 기다렸다.
기다림에는 상당한 손톱 물어 뜯기가 포함되었습니다. 목성 자체에 장비 고장, 악천후 또는 전자기 폭풍이 관측을 방해했을 수 있습니다. 그러나 운이 좋았고 8 GigaHertz의 무선 주파수에서 과학자들의 관찰은 측정하기에 충분한 데이터를 생성했습니다. 그들은 250 마일 떨어진 곳에서 볼 수있는 머리카락의 폭과 동일한 정밀도를 달성했습니다.
“우리의 주요 목표는 무한한 중력 속도를 배제하는 것이 었으며 우리는 더 잘했습니다. 우리는 이제 중력 속도가 빛의 속도와 같다는 것을 알고 있으며, 빛의 두 배가 넘는 중력의 속도를 자신있게 배제 할 수 있습니다.”라고 Fomalont는 말했습니다.
Kopeikin은 대부분의 과학자들은 중력 속도가 빛의 속도와 일치한다고 안심할 것이라고 말했다. “이 실험은 일반 상대성 이론의 기초에 새로운 빛을 비추고 VLBI의 매우 높은 정밀도로 인해 현재 가능한 중력에 대한 더 많은 연구와 관찰 중 첫 번째를 대표한다고 생각합니다. 우리는이 흥미로운 우주 세력과 자연의 다른 세력과의 관계에 대해 더 많이 배울 수 있습니다.”라고 Kopeikin은 말했습니다.
목성이 기본 물리 상수를 측정하는 데 참여한 것은 이번이 처음이 아닙니다. 1675 년 파리 천문대에서 일하고있는 덴마크의 천문학자인 올라프 로에 머 (Olaf Roemer)는 목성의 위성 중 하나의 일식을 관찰하여 빛의 속도를 합리적으로 정확하게 결정했습니다.
원본 출처 : NRAO 뉴스 릴리스
