Einsteini teooriate piirid: üldrelatiivsus pürgib uutesse äärmustesse

 (42)

Sada aastat tagasi töötas üks noor Šveitsi füüsik, kes oli hiljuti teinud revolutsiooni füüsikas avastustega aja ja ruumi vahekorra kohta, välja radikaalse uue arusaamise gravitatsioonist.

1915. aastal avaldas Albert Einstein oma üldrelatiivsusteooria, mis kirjeldas gravitatsiooni aegruumi fundamentaalse omadusena. Ta pakkus välja komplekti võrrandeid, mis seovad aegruumi kumeruse konkreetsetes piirkondades eksisteeriva mateeria ja kiirguse energia ja impulsiga.

Täna, sada aastat hiljem, on Einsteini gravitatsiooniteooria kujunenud nüüdisfüüsika kindlaks alustalaks ja see on kannatanud välja kõik eksperimendid, millega teadlased on üritanud seda kummutada. Kuid veel väga hiljutise ajani polnud lihtsalt võimalik läbi viia katseid teooria paikapidavuse kontrollimiseks tõeliselt äärmuslikes tingimustes, vahendab Live Science.

Üldrelatiivsusteooria ei käsitle gravitatsiooni eraldiseisva jõuna nagu Isaac Newton omal ajal, vaid objektide massist tuleneva aegruumikumerusena. Einsteini teooria tegi mitmeid pööraseid prognoose. Näiteks sai selle põhjal järeldada, et olemas võivad olla nn mustad augud, mis moonutavad aegruumi sellisel määral, et nende sisemusest ei pääse välja mitte miski, isegi mitte valguskiirgus. Samuti rajaneb Einsteini teoorial praegune konsensuslik arusaam, mille kohaselt universum paisub kiirenevas tempos.

Seotud lood:

Üldrelatiivsusteooria paikapidavust on kinnitanud ohtrad katsed. Einstein ise ennustas oma teooria põhjal edukalt õigesti planeet Merkuuri orbiidi iseärasusi, mida Newtoni seadused ei suuda pädevalt kirjeldada. Samuti prognoosis Einsteini teooria, et piisavalt suure massiga keha võib endast mööduva valguse trajektoori painutada. Seda nähtust nimetatakse gravitatsiooniläätseks ning täheteadlased on seda korduvalt vaatlustega kinnitanud.

Kõige paljutõotavamat väljavaadet teooria paikapidavuse testimiseks makrokosmilistes mastaapides pakub aegruumi virvenduste e nn gravitatsioonilainete peilimine. Noid laineid võivad tekitada äärmuslikult tormilised sündmused nagu ülisuure massiga objektide, nt mustade aukude, või äärmiselt tihedate objektide, nt neutrontähtede kokkupõrked.

Praegu on käimas mitu teaduslikku eksperimenti, millega võib olla võimalik sedasorti sündmuste jälgi aegruumis ehk gravilaineid tuvastada.

Laserinterferomeetriline gravilaineobservatoorium LIGO (ingl Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), mille sõsarrajatised tegutsevad USA-s Washingtoni osariigis Richlandis ja Louisiana osariigis Livingstonis, kasutab laserkiirgust tillukeste moonutuste registreerimiseks kahes L-kujulises detektoris. LIGO alustas tööd 2002. aastal ja pole seni ühtegi gravilainet tuvastanud. 2010. aastal katkestas observatoorium töö tehniliste uuenduste sisseviimiseks. Esimese LIGO täiendatud mantlipärija nimetusega Advanced LIGO peaks poolelijäänud tööd jätkama juba tänavu.

Üks füüsikute püsivamaid eesmärke on sellise teooria leidmine, mis ühendaks üldrelatiivsuse — makroskoopilise maailma toimimise aluseks oleva teadusliku „reeglistiku“ — ülitillukestes mõõtkavades aine ja energia käitumist suunava kvantmehhaanikaga. Taolise teooria, nn kvantgravitatsiooniteooria formuleerimise eelduseks võib aga olla olemasoleva üldrelatiivsusteooria osaline ümberkujundamine, nentis Gainesville’is tegutseva Florida ülikooli teoreetilise füüsika professor Clifford Will. Paraku pole välistatud, et ükskõik milline eksperiment, mis suudaks kvantgravitatsiooni mõjusid tuvastada, nõuab nii palju energiat, et selle läbiviimine pole praktiliselt võimalik.