Einsteinovu obecnou teorii relativity sice zná každý, ale její obsah už je pro většinu z nás větší oříšek. Přesto to nic nemění na tom, že teorie představuje jeden ze základů moderní fyziky a dokázala dobře vysvětlit, proč se v mnoha ohledech chová vesmír jinak než by předpovídala klasická fyzika označovaná obvykle za "newtonovskou".
Nesoulad je v našem okolí stěží pozorovatelný, přesto vidět je. Vývody slavné teorie potvrdila řada experimentů. Nejstarší přišly už v prvních desetiletích 20. století a fyzikové se pokouší výsledky zpřesňovat i dnes (ne vždy se jim to úplně daří).
Obecná teorie relativityVykládá gravitační pole jako geometrický fenomén. Předpokládá, že libovolný objekt s vlastní hmotností zakřivuje časoprostor, ve kterém se nachází, a toto zakřivení se projevuje jako gravitace. Pro pochopení je lepší chápat gravitaci jako zakřivení časoprostoru než uvažovat, že by gravitace způsobovala, nebo byla způsobována zakřivením časoprostoru. Teorie od svého formulování v roce 1915 dodnes přežila všechny experimenty, které se ji pokoušely vyvrátit.. Zdroj: Wikipedie |
Ani tak ovšem nemůžeme říct, že by vše kolem obecné teorie relativity bylo dokonale známo a už nebylo co zlepšovat. Teorie má své nedostatky. Určitě v mikrosvětě, tedy ve světě jednotlivých částic (není kompatibilní s kvantovou teorií), a možná i v makrosvětě (což je vše, co vidíme pouhým okem). Možná dokonce existují hranice, za kterými přestává platit.
Zatím jsme je však neobjevili, ukazuje v novém čísle časopisu Science mezinárodní tým astronomů a fyziků, vedený Davidem Whelanem z univerzity ve Vancouveru (článek dostupný zde). Tým totiž v údajích dalekohledů objevil ideální extrémní laboratoř, na které se dalo ověřit, kolik obecná teorie relativity "snese".
Laboratoř ve hvězdách
Neutronové hvězdy jsou vyhořelé zbytky vybuchlých supernov, které se pod vlastní tíhou zhroutily a přeměnily v nepředstavitelně kompaktní kouli. Vědci objevená neutronová hvězda s doprovodem bílého trpaslíka nese označení PSR J0348+0432. Má průměr nejspíše jen něco přes dvacet kilometrů, přitom je však dvakrát těžší než Slunce, což z ní dělá jednu z nejhmotnějších neutronových hvězd, jaké známe (obvyklá míra je kolem 1,4 Slunce). Gravitace na povrchu je zhruba 30miliardkrát větší než na povrchu Země.
Schéma pulsaru. Bílé křivky představuji křivky magnetického pole, zeleně je vyznačena osa rotace. Modrá barva pak vyznačuje unikající záření, které vždy tryská z povrchu podél magnetických pólů.
Takto malé těleso bychom asi mohli pozorovat těžko, ale naštěstí má velmi silné magnetické pole a velmi rychle se otáčí (někdy i několiksetkrát za sekundu). Hvězda tak funguje jako velmi silný radiomaják, tzv. pulsar. Vlny vycházejí z jeho pólů, a jak se hvězda otáčí, Zemi velmi pravidelně zasahuje proud jejích rádiových vln. Když nám tedy přeje štěstí, protože většina pulzarů "míří" samozřejmě mimo Zemi. Objekt se tedy dá sledovat poměrně jednoduše a přesně lze měřit i dobu jeho rotace.
Co je ještě větší štěstí, pulsar PSR J0348+0432 doprovází takzvaný bílý trpaslík, tedy malá, ale stále jasná hvězda. Tu můžeme vidět optickými dalekohledy, protože obě tělesa leží dost blízko Zemi.
Dohromady tělesa vytváří zajímavou laboratoř. Obíhají se ve vzdálenosti okolo 800 tisíc kilometrů, což odpovídá zhruba dvojnásobku vzdálenosti mezi Zemí a Měsícem. A protože k sobě mají tak blízko, obíhají se rychle, jednou za 2,5 hodiny.
Měl Einstein pětku z fyziky? Ne, šestku! |
Podle teorie relativity každý takový systém postupně ztrácí energii, protože vyzařuje gravitační vlny (ty jsme bohužel zatím nikdy nezachytili, i když se o to vědci už snaží). Časem by se tělesa měla k sobě blížit, a doba jejich oběhu tedy zkracovat. Autoři nového článku chtěli odpovědět na to, zda tomu tak bude i za těchto extrémních podmínek.
Po dvou letech sledování naměřili, že doba oběhu obou hvězd se zkracuje o osm miliontin sekundy za rok (s odchylkou 1,5 miliontiny sekundy). Není to mnoho, ale měření jsou dnes natolik přesná, že o chybu nejde. Podle autorů práce je to poprvé, co se podařilo obecnou teorii relativity prověřit v tak extrémních podmínkách.
A i když tedy práce jen potvrzuje, co fyzikové předpokládali, má svůj smysl. Předpoklady, byť opodstatněné, nejsou důkazy.
