Teoria względności opracowana przez Alberta Einsteina przewiduje, że grawitacja zakrzywia czasoprzestrzeń. Każda masa zmienia trajektorię pobliskich ciał, nawet pozbawionych masy fotonów. Sprawia też, że w jej pobliżu czas płynie wolniej. 

Efekt grawitacyjnego ugięcia światła gwiazd wykazał przeprowadzony w 1919 roku podczas zaćmienia Słońca eksperyment Eddingtona. Zgadzał się z przewidywaniami Einsteina. Od tego czasu takich testów przeprowadzano już setki. Każdy zgadzał się z teorią. 

Jeszcze w początkach ubiegłego wieku potwierdzono, że za zakłócenie orbity Merkurego odpowiada grawitacyjne zakrzywienie czasoprzestrzeni przez Słońce. W drugiej połowie XX stulecia zaobserwowano spowolnienie upływu czasu w pobliżu Ziemi, a także fale grawitacyjne, czyli fale samej czasoprzestrzeni, oraz czarne dziury – czyli obiekty zakrzywiające czasoprzestrzeń tak bardzo, że nic z ich pobliża nie może się już wydostać. 

Naukowcy nie ustają jednak w wysiłkach, by teorię Einsteina poddawać coraz dokładniejszym testom. Astrofizycy przez 16 lat prowadzili obserwacje, których wyniki publikują dziś w „Physical Review X”. 

Para pulsarów na celowniku i test ogólnej teorii względności

Przez ponad półtorej dekady naukowcy obserwowali parę pulsarów, czyli szybko obracających się gwiazd neutronowych. Emitują one wąskie wiązki promieniowania, które w ziemskich radioteleskopach widoczne są jako bardzo regularne rozbłyski radiowe. Taki wirujący pulsar miga na tyle regularnie, że może służyć jako swoisty „kosmiczny przyrząd pomiarowy”.  

Naukowców zainteresowała para pulsarów, skatalogowanych jako PSR J0737−3039A/B. Obserwował je na przemian, co kilka tygodni, jeden z siedmiu różnych radioteleskopów w Australii, Francji, Holandii, Niemczech, Wlk. Brytanii i USA. Okazało się, że wirują bardzo szybko: jeden aż 44 razy na sekundę, drugi raz na 2,5 sekundy. Oba pulsary co 147 minut obiegają wspólny środek ciężkości z prędkością niemal miliona kilometra na godzinę.

Nie było niespodzianek: spowolnienie czasu, zakrzywienie czasoprzestrzeni, wszystko zgadza się z teorią względności. Znów potwierdziło się, że Einstein miał rację.

Wirujące pulsary emitują fale grawitacyjne. A obracające się ciała – ciągną za sobą czasoprzestrzeń 

Zaobserwowany po raz pierwszy w przypadku Merkurego efekt precesji – czyli zmiany kierunku osi obrotu – orbity, był w przypadku pary pulsarów aż 140 tysięcy razy silniejszy. Zmierzono też inny efekt. Obiegające się nawzajem ciała powinny powoli pozbywać się energii, emitując fale grawitacyjne (czyli wzbudzając drgania samej czasoprzestrzeni). Utrata energii oznacza zaś, że prędkość obiegu ciał będzie z czasem spadać. Obserwacje z radioteleskopów potwierdziły to z dokładnością tysiąc razy większą niż ziemskie detektory fal grawitacyjnych, LIGO i Virgo.  

W podobny sposób teorię względności już testowano. Najsłynniejsza była obserwacja układu dwóch pulsarów przez Hulse’a i Taylora, która przyniosła im nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 1993 roku. Najnowsza obserwacja była jednak, jak wyjaśniają badacze, dokładniejsza – dokładnie 25 razy bardziej precyzyjna. 

Po raz drugi udało się przy tym stwierdzić jednoznacznie, że na to zjawisko ma wpływ nie tylko zakrzywienie czasoprzestrzeni, ale również jej „ciągnięcie” czy „włóczenie”. To efekt Lensego-Thirringa, polegający na tym, że obracające się ciało ciągnie za sobą czasoprzestrzeń niczym łyżka obracana w miodzie. Podobny efekt zmierzono już przypadku innej pary – pulsara i białego karła, o czym naukowcy donosili w „Science” w styczniu ubiegłego roku. 

Jeśli ktoś chciałby pokusić się o podważenie ogólnej teorii względności, będzie musiał przedstawić teraz bardzo twarde dowody, że coś w niej szwankuje. 

Źródło: University of East AngliaPhysical Letters XScience.