תורת היחסות של איינשטיין הוכחה גם בגלקסיה רחוקה

אסטרונומים עשו את ניסוי הכבידה המדויק ביותר מחוץ למערכת השמש שלנו.  באמצעות שילוב נתונים מטלסקופ החלל האבל של נאס"א והטלסקופ הגדול מאוד של ESO (המצפה האירופי הדרומי בצ'ילה) מראים החוקרים כי כוח הכבידה בגלקסיה זו מתנהג כפי שחזתה תורת היחסות הכללית של אלברט איינשטיין. בכך התקבל אישור לתוקף התיאוריה בקני מידה גלקטיים

עדשת הכבידה של גלקסיית LRG 3-757 שצולמה במצלמת השדה הרחב מס' 3 של טלסקופ החלל האבל. צילום: נאס"א/ESA / טלסקופ החלל האבל
עדשת הכבידה של גלקסיית LRG 3-757 שצולמה במצלמת השדה הרחב מס' 3 של טלסקופ החלל האבל. צילום: נאס"א/ESA / טלסקופ החלל האבל

אמצעות שילוב נתונים מטלסקופ החלל האבל של נאס"א והטלסקופ הגדול מאוד של ESO (המצפה האירופי הדרומי בצ'ילה) מראים החוקרים כי כוח הכבידה בגלקסיה זו מתנהג כפי שחזתה תורת היחסות הכללית של אלברט איינשטיין. בכך התקבל אישור לתוקף התיאוריה בקני מידה גלקטיים.

בשנת 1915 הציע אלברט איינשטיין את תורת היחסות הכללית (GR) כדי להסביר כיצד פועל כוח הכבידה. מאז עברה התיאוריה סדרת בדיקות דיוק גבוהה בתוך מערכת השמש, אבל עד כה לא בוצעו מדידות מדויקות של התנהגותה בקני מידה אסטרונומיים גדולים.

 

מאז 1929 ידוע כי היקום מתפשט, אבל בשנת 1998 שתי קבוצות של אסטרונומים הראו כי היקום מתפשט בקצב הולך וגדל. תגלית מפתיעה זו – שזכתה בפרס נובל ב – 2011 – אינה ניתנת להסבר אלא אם כן היקום מורכב בעיקר ממרכיב אקזוטי הנקרא אנרגיה אפלה. עם זאת, פרשנות זו מסתמכת על כך שתורת היחסות הכללית נכונה בקנה מידה קוסמולוגי, ולכן בדיקת תכונות הכבידה לטווח ארוך חשובה כדי לאמת את המודל הקוסמולוגי שלנו.

צוות של אסטרונומים, בראשות ד"ר תומאס קולט מהמכון לקוסמולוגיה וכבידה באוניברסיטת פורטסמות ', השתמש בגלקסיה סמוכה כעדשת כבידה כדי לבצע בדיקה מדויקת של כוח הכבידה על גלקסיות בקצה היקום.

ד"ר קולט אמר: "תורת היחסות הכללית מנבאת כי עצמים מסיביים מעוותים את המרחב-זמן, כלומר, כאשר האור עובר ליד גלקסיה אחרת, נתיב האור מוסט. אם שתי גלקסיות מתואמות לאורך קו הראייה שלנו, הדבר עלול לגרום לתופעה הנקראת חזית כבידה חזקה, שבה אנו רואים תמונות מרובות של גלקסיית הרקע, אם אנו מכירים את המסה של הגלקסיה הקרובה, הרי שכמות ההפרדה בין התמונות המרובות מספרת לנו אם תורת היחסות הכללית היא תיאוריה נכונה של כוח הכבידה בקני המידה הגלקטיים ".

כמה מאות עדשות כבידה חזקות ידועות, אך רובן רחוקות מכדי למדוד במדויק את המסה שלהם, ולכן הן לא יכולות לשמש כדי לבדוק במדויק את GR. עם זאת, הגלקסיה ESO325-G004 היא בין עדשות הכבידה הקרובות ביותר – 500 מיליון שנות אור מכדור הארץ.

ד"ר קולט ממשיך: "השתמשנו בנתונים מהטלסקופ הגדול מאוד בצ'ילה כדי למדוד את מהירות תנועת הכוכבים ב E325. הדבר זה מאפשר לנו להסיק כמה מסה חייבת להיות ב E325 כדי להחזיק את הכוכבים האלה במסלול. חישוב מבנה הגלקסיה הרחוקה שאורה הוגבר ועוות, קרוב לתחזית של תורת היחסות הכללית, בהפרש של 9%. זה אולי נשמע הרבה אבל זה הניסוי החיצוני המדויק ביותר של תורת היחסות הכללית עד כה, מגלקסיה אחת בלבד."

"היקום הוא מקום מדהים המספק עדשות שאנו יכולים להשתמש בהן כמעבדות שלנו", מוסיף חבר הצוות, פרופ 'בוב ניקול, מנהל המכון לקוסמולוגיה וכבידה באוניברסיטת פורטסמות'. "מרגש מאוד להשתמש הטלסקופים הטובים ביותר בעולם לאתגר איינשטיין, רק כדי לגלות איך התחזית שלו עומדת במבחן."

המחקר פורסם בכתב העת Science . 

להודעה של החוקרים

עוד בנושא באתר הידען:

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

296 תגובות

  1. לניסים
    הערתך: "עידוש כבידתי לא נראה כלל כמו העידוש שאנחנו רגילים אליו. בעידוש רגיל השבירה גדלה ככל שמתרחקים ממרז העדשה, ולכן, למשל, יש לעדשה אורך מוקד." סוף ציטוט. זאת הערה מעניינת ואקח אותה לתשומת ליבי. עד עכשיו התייחסתי לכל צורות העידוש כשווי ערך, וכניראה זה לא כך,
    יום טוב ניסים
    יהודה

  2. יהודה
    אנחנו רואים עידוש של קבוצות של גלקסיות, אז זה כנראה עובד במרחבים עצומים.

    אם הגורם היה גז אז היינו צריכים לראות את הגז הזה… . הממממ… יכול להיות… זרום איתי כאן!… יכול להיות שזהו גז שלא בולע קרינה אלקטרומגנטית, ולכן לא רואים אותו? וואוו – יש לי רעיון! בוא נקרא לזה "חומר אפל"!

    אבל, יהודה, יש כאן עדיין בעיה גדולה: עידוש כבידתי לא נראה כלל כמו העידוש שאנחנו רגילים אליו. בעידוש רגיל השבירה גדלה ככל שמתרחקים ממרז העדשה, ולכן, למשל, יש לעדשה אורך מוקד.
    בעידוש כבידתי, השבירה דווקא קטנה אם מתרחקים ממרכז העדשה.
    זה מה שחזו, וזה מה שאכן נצפה.

  3. ניסים
    את תוצאות העידוש אנו ניראה גם אם נהיה במרחק מיליארדי שנות אור, אבל העידוש עצמו מתבצע רק אם קרן האור עוברת סמוך לריכוז המסה. עדיין מדובר על מרחק של עשרות אלפי או מאות אלפי שנות אור מהמסה המעדשת. הקרן המתעדשת תמשיך לנוע לאחר מכן בצורה ישרה . קרן אור שתעבור במרחק של מיליוני או עשרות מיליוני שנות אור מהמסה המעדשת לא תתעדש.
    שאלה מעניינת היא האם עידוש בקוסמוס נוצר רק במקרה של עידוש גרביטציוני או שקיימות גם אפשרויות אחרות., לדוגמא קרן אור העוברת בתוך ריכוז של גז.
    יום טוב ניסים
    יהודה
    http://yekumpashut.freevar.com/

  4. ליוני
    מהמאמר ניתן כאילו להבין שמדובר על אישור של תורת הייחסות למרחקים, אבל למעשה מה שיש כאן הוא אישור של העיקרון הקוסמולוגי שאומר שמה שקורה עם החוקים הידועים כאן בסביבת הגלקסיה שלנו קורה גם במרחקו היקום עם אותם חוקים. זה נחמד וזה אושר למרחק של מאות מיליוניי שנות אור.
    לגבי המשך תגובתך, על הוכחה מדעית, אתה חייב לדעת שדבר הוא מדעי אם אפשר שוב ושוב להעמידו במבחן. זה נאמר ע"י פילוסוף בשם פופר וזה מקובל כהגדרת דבר מדעי. אין הוכחות בילתי ניתנות לעירעור במדע . תמיד הכלים בהם אנו מודדים, הופכים להיות מדוייקים יותר, ולכן המדידות הופכות להיות מדוייקות יותר וגם המדידות נעשות לטווח ההולך וגדל וזה יכול לגרום לשינוי בתורה אותה אנו בודקים. למשל במקרה המדידות בגלקסיה במאמר בו אנו מטפלים קיבלנו סטייה של 9 אחוז מהתוצאות המחושבות ועורכיי המאמר טוענים- אולי בצדק, שזה גודל זעיר יחסית לאי הוודאות במדידות אבל ייתכן, שאם בעוד שנה יעשו מדידות מדוייקות יותר, סטייה של 9 אחוז תהיה דווקא סיבה לקטילתו של הרעיון הקוסמולוגי. כך שאין במדע הוכחה "שלא ניתן לערער אחריה" כדבריך. דוגמא נוספת . כשניוטון פרסם את נוסחת הגרביטציה שלו הייתה התאמה עם תנועת כל כוכבי הלכת (במסגרת אי הוודאות של המדידות שהיו קימות אז) . לימים, מדידות מדויקות יותר הוכיחו שיש סטייה בתנועתו של כוכב הלכת חמה, דבר שדרש שינוי שהביא בסופו של דבר לתורת הייחסות.
    אני מקווה שהובנתי
    יום טוב יוני
    יהודה

  5. ישראל
    תחשוב על הניסוי הבא:

    1) אתה מדליק לייזר
    2) אתה ממקם מראה שחוסמת את הקרינה. התוצאה היא שהקרן מוחזרת ישירות ללייזר
    3) אתה ממקם מראה נוספת, דו צדדית בין הלייזר למראה הראשונה

    התוצאה היא שחלק מהאור ניכלא בין 2 המראות, ולכן אין כל כוח על המראה הדו-צדדית.

    ואם אחוז מסויים של האור עובר את המראה, כבר ראינו שזה לא משנה את התוצאה.

  6. p=e/c

    חלקיקים פסה.

    קשה לי לראות מדוע שתי מראות דו צדדיות, אפילו עם קצת חורים, לא יתקרבו זו אל זו אם יש לייזרים שמקרינים עליהם מכל הכיוונים, אפילו אם חלק מהקרינה מתגנב ביניהן ומתחיל בפינג פונג בין המראות.

    יתרה מזו, קרינה בספקטרום נרחב יכולה לפתור אולי את הבעיה המרכזית בפושינג: חיכוך פיינמן, תנועת הפלנטות דרך החלקיקים.

  7. ישראל
    אני חושב שאתה צודק – גלים אלקטרומגנטיים יכולים להעביר תנע.

    אבל, זה לא קשור לנושא החלקיקים.

  8. ישראל
    בדוגמה של האנשים – הם לא מתנגשים. האם יש סיבה לא להסתכל על שני קרני לייזר כעל שתי שיירות של אנשים?

    אני מאד נזהר מלדבר על קרינה (כלומר – גלים), כי קרינה לא יכולה להפעיל כוח (קרינה קלאסית).

  9. ישראל
    כבר כאן יש בעיה: "אם יש לנו שני יריעות בלתי חדירות הניצבות זו מול זו, אז נקבל משיכה בינהן גם עם התנגשויות אלסטיות."

    ואחזור על ההתיחסות שלי לזה: "נכון. נקבל משיכה, והסיבה היא שאין חלקיקים בין הסדינים. בוא ניקח 2 סדינים ושתי צינורות מים. אם נמקם את הסדינים ואז נכוון עליהם מים מבחוץ – אז נקבל משיכה."

    "אבל – אם המים כבר זורמים אז נקבל מים כלואים בין הסדינים שיבטלו את המשיכה."
    ======================================================

    לחשוב על מים זה מבלבל – ולכן הצגתי לפני כמה תגובות את הרעיון של שיירה של אנשים – דמיין מזדרון ארוך מאד ששיירות של אנשים ניכנסים משני הצדדים, וכל שיירה יוצאת מהצד השני.
    המצב הוא שבכל מקום במזדרון יש אנשים שהולכים בשני הכיוונים.

    עכשיו שים מחסום בדרך – כל אחד שניתקע במחסום נותן דחיפה וחוזר אחורה. שים לב לשתי נקודות:

    1) בכל נקודה במזדרון יש אנשים בשני הכיוונים, כך שא ניתן לדעת שיש מחסום בדרך.
    2) לא מופעל כוח על המחסום

    שים עוד מחסום בדרך – גם בוא יתנגשו אנשים משני הצדדים, ולכן שתי הנקודות שציינתי עדיין תקפות!

    בשני הצדדים יתנגשו אנשים וישנו כיוון. ובין שני המחסומים – קבוצה קבועה של אנשים יילכו הלוך וחזור.
    וזה לא משנה אם אחוז כלשהו של האנשים עוברים את המחסום, או לא.

    אתה מתעלם מכך שלפני הכנסת הדיסקיות/סדינים/מחסומים/ גופים יש כבר חלקיקים בכל מקום. זה משנה לחלוטין את המצב. בגלל זה לא אהבתי את האנלוגיה של ירי על סדינים.

  10. טוב, יצא לי קצת לחשוב על הבעיה ואיני כה בטוח יותר שלא נקבל משיכה עם התנגשויות אלסטיות.

    כדי לראות זאת, אחזור על מה שכתבתי קודם:

    ״אבל שים לב למה שזה אומר: אם יש לנו שני יריעות בלתי חדירות הניצבות זו מול זו, אז נקבל משיכה בינהן גם עם התנגשויות אלסטיות.

    אך מספיק שיהיה בהן חור אחד זערור שחלקיק אחד בלבד יצליח לחדור, המשיכה תתבטל, ולא משנה עד כמה גדולות הן היריעות ועד כמה קטן וקל החלקיק.

    לא אינטואיטיבי ללא ספק, אך אם זה מה שאומרת המתמתיקה אז כנראה שזה מה שקורה״.

    אז כדי שלא נצטרך לסמוך על האינטואיציה, ננסה לערוך באמת את החישוב ולראות אם זה עובד במקרה של חלקיק בודד שהצליח לחדור ולהכלא בין שני הסדינים ועכשיו הוא עובר כמו כדור פינג-פונג בין שניהם עד שהוא מחזיר אותם למצב האוריגינלי ובכך מבטל את התנועה המקורית שלהם בגלל עודף החלקיקים שפגע בכל סדין בצד החיצוני.

    לשם פשטות נניח שסדין שוקל פי מיליון מחלקיק. לכן בהתנגשות אלסטית הוא יעביר לסדין את החלק המיליון מן האנרגיה הקינטית שלו כפי שנמדדת מנקודת היחוס של הסדין.

    נאמר עכשיו שמיליון חלקיקים פגעו בסדין, ולכן האנרגיה הקינטית מהתנע שהעבירו לו שווה במצטבר לאנרגיה הקינטית של חלקיק אחד.

    משיקולי שימור האנרגיה, החלקיק צריך לכלות את כל האנרגיה הקינטית שלו כדי להדוף את הסדין חזרה למצבו הקודם, והחלקיק התשוש יגיע למהירות 0 יחסית לסדין.

    עד כאן הכל הכל מסתדר, אך מה אם רק חלקיק אחד מ10 מיליון מצליח לחדור? במרה כזה לא תהיה לו מספיק אנרגיה להדוף את הסדין אחורה למצבו הקודם, ותתקיים התקרבות.

    ניתן כמובן להגיד שכדי שגרביטציית לסאז׳ תעבוד היחס הוא הפוך – על כל חלקיק שנעצר מיליון מצליחים לחדור ולא להיפך. אני משאיר ליודה חד העין שעלה לבד על הבעיתיות של שימור התנע והאנרגיה בהתנגשויות אלסטיות להראות מספרית שגם במקרה כזה עדיין תתקיים משיכה.

  11. ישראל
    נכון. נקבל משיכה, והסיבה היא שאין חלקיקים בין הסדינים. בוא ניקח 2 סדינים ושתי צינורות מים. אם נמקם את הסדינים ואז נכוון עליהם מים מבחוץ – אז נקבל משיכה.
    אבל – אם המים כבר זורמים אז נקבל מים כלואים בין הסדינים שיבטלו את המשיכה.

    בקשר לבעיות החיכוך והחימום, יכול להיות שאתה צודק.

  12. באמת יפה מוכרחים לציין.

    אבל שים לב למה שזה אומר: אם יש לנו שני יריעות בלתי חדירות הניצבות זו מול זו, אז נקבל משיכה בינהן גם עם התנגשויות אלסטיות.

    אך מספיק שיהיה בהן חור אחד זערור שחלקיק אחד בלבד יצליח לחדור, המשיכה תתבטל, ולא משנה עד כמה גדולות הן היריעות ועד כמה קטן וקל החלקיק.

    לא אינטואיטיבי ללא ספק, אך אם זה מה שאומרת המתמתיקה אז כנראה שזה מה שקורה.

    האם זה הסוף של פושינג? נראה ככה, אך עדיין יש תקווה. אני מאמין שקרינה בספקטרום רחב יכולה אולי לפתור את בעיית חיכוך קלווין, וגם את חיכוך פיינמן.

    אבל היא לא פותרת את הבעיה האחרת אותה הצגתי קודם: הלחץ העצום שקיים על כל גוף אם פושינג היא הגורם למשיכה.

    ZPF? (לא שאני יודע בדיוק מה זה..).

  13. ישראל
    במקרה הכללי, לחלקיק יש רכיבי מהירות בצירי x, y ו-z.
    ההסבר לציר ה-x לא משתנה.
    לגבי הצירים האחרים – רכיבי המהירות האלה לא משתנים במשך זמן מעוף החלקיקים.

  14. לשם מה להוכיח שוב נכונות תורת היחסות?
    כבר הוכיחו בעבר והוכחה היא דבר שלא ניתן לערער אחריו, אלא מפקפקים בנכונות ההוכחה ורוצים לתקף את התורה במבחן נוסף שהוא לא הוכחה אלא ראייה.

  15. ישראל
    ניסיתי לפשט, אז אפשט עוד יותר…
    בוא נסמן את החלקיקים שבאו משמאל באדום ואת אלו שבאו מימין בכחול.

    1) בצד שמאל פגעו מיליון אדומים וחזרו 10,000. קיבלנו 10,000 משמאל

    2) עכשיו יש לנו טור הנדסי של אדומים. 1% מה-99% האדומים שחדרו מוחזרים מהסדין הימני. זהו איבר ראשון בטור הנדסית. מכפיל הסידרה הוא מאית אחוז.
    איבר ראשון: 9,900 ולכן ערך הטור 9,900.990099010 לפי המחשב שלי

    3) יש לנו טור הנדסי נוסף של כחולים, אם אותו מכפיל
    איבר ראשון: 990,000 ולכן ערך הטור 990,099.0099010 לפי המחשב שלי

    4) סה"כ הכחולים והאדומים שפוגעים מימין בסדין השמאלי = 1,000,000.

    כשאתה מניח מספרים קטנים אתה ניתקל בבעיות. הרי אין חלקי חלקיקים.
    העניין הוא שבמספרים קטנים, זה לא נכון להסיק מ "99% אחוזים חודרים" שבהינתן 100 חלקיקים, בדיוק 99 יחדרו.

  16. תשתדל לכתוב בצורה ברורה, קריאת המחשבות כבר לא משהו היום.

    אז מימין של הסדין השמאלי מגיעים 990,000 חלקיקים שחדרו את הסדין הימני. יופי.

    99% מהם חודרים, 1% חוזר, קיבלנו כוח של 9900 דין. חסר לנו 100.

    מה9900 שחזרו 9801 חודרים את הסדין הימני ואובדים בחלל. רק 99 חוזרים אל הסדין השמאלי ומהם אחד בקושי חוזר ומפעיל כוח של דין בקושי.

    קיבלתי מצד שמאל של הסדין השמאלי 10,000 דין ומצד ימין 9901.

    10,000 זה יותר מ9,901. הכוח השקול על הסדין השמאלי הוא כ99 דין לכיוון ימין, והכוח השקול על הסדין הימני הוא כ99 דין לכיוון שמאל.

    נראה לי שהסדינים דווקא יתקרבו זה אל זה..

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

דילוג לתוכן