In ionad greille folamh, bán, 3D, má mhaisítear í, is í an chúis a bheadh ​​ina línte 'díreacha' cuartha le méid sonrach. Maidir le Gaolmhaireacht Ghinearálta, déileálaimid leis an spás agus leis an am mar rud leanúnach, ach cuireann gach cineál fuinnimh, lena n-áirítear mais ach gan a bheith teoranta dó, le cuaire an spáis. Den chéad uair, is féidir linn an cuaire ag dromchla an Domhain a thomhas, chomh maith leis an gcaoi a n-athraíonn an cuaire sin de réir airde. (VITALE CHRISTOPHER NETWORKOLOGIES AGUS AN INSTITIÚID PRATT)

Fiafraigh de Ethan: Conas is Féidir Linn Cuaire an Ama Spáis a Thomhas?

Tá sé os cionn 100 bliain ó Einstein, agus os cionn 300 ó Newton. Tá bealach fada le déanamh againn fós.

Ó thomhas an chaoi a dtiteann rudaí ar an Domhan go dtí gluaiseacht na Gealaí agus na pláinéid a urramú, rialaíonn an dlí domhantarraingthe céanna an Cruinne iomlán. Ó Galileo go Newton go Einstein, tá roinnt poill mhóra ann fós inár dtuiscint ar an bhfórsa is uilíoch ar fad. Is é an t-aon fhórsa é gan tuairisc chandamach. Tá an oiread sin eolais ar an imtharraingt bhunúsach rialaithe leanúnach, G, go mbíonn náire ar go leor daoine. Agus chuaigh cuaire na fabraice ag am spáis féin neamh-mheasctha ar feadh céad bliain tar éis do Einstein teoiric an Choibhneasachta Ghinearálta a chur amach. Ach tá an cumas ag cuid mhór de sin athrú go mór, mar a thuig ár dtacadóir Patreon Nick Delroy, ag fiafraí:

An féidir leat a mhíniú dúinn le do thoil cé chomh uamhnach is atá sé seo, agus a bhfuil súil agat sa todhchaí maidir le tomhas domhantarraingthe. Is léir go bhfuil an ionstraim logánaithe ach ní féidir le mo shamhlaíocht stop a chur le hiarratais air seo.

Is é an nuacht mhór a bhfuil sé ar bís faoi, ar ndóigh, ná teicníc nua thurgnamhach a thomhais cuaire an spáis mar gheall ar dhomhantarraingt den chéad uair.

Is léiriú é prionsabal coibhéise Einstein ar iompar comhionann liathróid ag titim chun an urláir i roicéad luathaithe (ar chlé) agus ar an Domhan (ar dheis). Cé nach féidir leat a rá an bhfuil luasghéarú mar gheall ar dhomhantarraingt nó aon luasghéarú eile ó thomhas amháin, is féidir le luasghéaruithe éagsúla a thomhas ag pointí difriúla a thaispeáint an bhfuil grádán imtharraingthe ann ar feadh treo an luasghéaraithe. (WIKIMEDIA COMMONS USER MARKUS POESSEL, A BHAINEANN LE PBROKS13)

Smaoinigh ar an gcaoi a bhféadfá turgnamh a dhearadh chun neart an fhórsa imtharraingthe a thomhas in aon áit sa spás. D’fhéadfadh go mbeadh rud éigin simplí agus furasta i do chéad instinct: glac réad le scíth, scaoil saor é ionas go mbeidh sé ag titim as a chéile, agus breathnaigh ar an gcaoi a luasghéaraíonn sé.

Tríd an athrú ar sheasamh le himeacht ama a thomhas, is féidir leat an luasghéarú ag an láthair seo a athchruthú. Má tá eolas agat ar na rialacha a rialaíonn an fórsa imtharraingthe - ie, tá dlí ceart na fisice agat, cosúil le teoiricí Newton nó Einstein - is féidir leat an fhaisnéis seo a úsáid chun níos mó faisnéise a chinneadh. Ag gach pointe, is féidir leat fórsa domhantarraingthe nó méid na cuaire ama spáis a fháil. Ina dhiaidh sin, má tá faisnéis bhreise ar eolas agat (cosúil leis an dáileadh ábhair ábhartha), is féidir leat G a fháil, tairiseach imtharraingthe na Cruinne.

Bhí dlí Newton maidir le himtharraingt uilíoch ag brath ar choincheap gníomhaíochta meandaraigh (fórsa) i gcéin, agus tá sé thar a bheith simplí. Is í an tairiseach imtharraingthe sa chothromóid seo, G, mar aon le luachanna an dá mhais agus an fad eatarthu, na tosca amháin chun fórsa imtharraingthe a chinneadh. Cé gur ghabh Relativity Ginearálta Einstein ionad Newton ó shin, tá G le feiceáil i dteoiric Einstein freisin. (WIKIMEDIA COMMONS USER DENNIS NILSSON)

Ba é an cur chuige simplí seo an chéad cheann a glacadh chun nádúr na domhantarraingthe a imscrúdú. Ag tógáil ar obair daoine eile, chinn Galileo an luasghéarú imtharraingthe ag dromchla an Domhain. Deich mbliana sular chuir Newton amach a dhlí imtharraingthe uilíoch, rinne eolaithe na hIodáile Francesco Grimaldi agus Giovanni Riccioli na chéad ríomhanna den tairiseach imtharraingthe, G.

Ach tá turgnaimh mar seo, chomh luachmhar agus atá siad, teoranta. Ní fhéadann siad ach faisnéis faoi imtharraingt a thabhairt duit ar ghné amháin: i dtreo lár an Domhain. Tá an luasghéarú bunaithe ar shuim na nglanfhórsaí go léir (Newton) atá ag gníomhú ar réad, nó glan-chuaire an spáis (Einstein) ag suíomh ar leith sa Cruinne. Ós rud é go bhfuil tú ag breathnú ar réad atá ag titim amach, níl á fháil agat ach pictiúr simplíoch.

De réir an fhinscéil, rinne Galileo Galilei an chéad turgnamh chun a thaispeáint gur thit na rudaí go léir ag an ráta céanna, beag beann ar mhais, ar bharr Túr Leanún Pisa. Luasghéaróidh aon dá réad a thittear i réimse imtharraingthe, in éagmais (nó faillí) friotaíocht aeir, síos go talamh ag an ráta céanna. Códaíodh é seo níos déanaí mar chuid d’imscrúduithe Newton ar an ábhar. (ÍOMHÁLACHA GETTY)

Buíochas le Dia, tá bealach ann chun pictiúr iltoiseach a fháil freisin: déan turgnamh atá íogair d’athruithe sa réimse / acmhainneacht imtharraingthe de réir mar a athraíonn réad a sheasamh. Cuireadh é seo i gcrích go turgnamhach ar dtús sna 1950idí le turgnamh Pound-Rebka.

Ba é an rud a rinne an turgnamh ná astaíocht núicléach ag ingearchló íseal, agus tabhair faoi deara nár tharla an t-ionsú núicléach comhfhreagrach ag ingearchló níos airde, is dócha mar gheall ar fhuascailt imtharraingthe, mar a bhí tuartha ag Einstein. Ach má thug tú borradh dearfach don luas don astaire íseal-ingearchló, trína cheangal le cón cainteora, chothromódh an fuinneamh breise sin an caillteanas fuinnimh a thaistealaíonn aníos i réimse imtharraingthe a bhaintear. Mar thoradh air sin, tá an fuinneamh ceart ag an bhfótón atá ag teacht, agus tarlaíonn ionsú. Bhí sé seo ar cheann de na tástálacha clasaiceacha ar Relativity Ginearálta, ag deimhniú Einstein áit ar imigh tuar a theoirice ó Newton.

Fisiceoir Glen Rebka, ag bun íochtarach Jefferson Towers, Ollscoil Harvard, ag glaoch ar an Ollamh Pound ar an bhfón le linn an turgnamh cáiliúil Pound-Rebka a chur ar bun. (OLLSCOIL NA MEÁIN CORBIS / HARVARD)

Is féidir linn níos fearr a dhéanamh ná an turgnamh Pound-Rebka inniu, trí theicneolaíocht na gclog adamhach a úsáid. Is iad na cloig seo na coimeádaithe ama is fearr sa Cruinne, tar éis dóibh na cloig nádúrtha is fearr a shárú - pulsars - scór bliain ó shin. Anois agus é in ann monatóireacht a dhéanamh ar dhifríochtaí ama go dtí thart ar 18 gné shuntasacha idir cloig, threoraigh David Wineland, Laureate Nobel, foireann a léirigh gur ardaigh clog adamhach gan ach cos (thart ar 33 cm sa turgnamh) os cionn ceann eile ba chúis le hathrú minicíochta intomhaiste sa mhéid chláraigh an clog mar shoicind.

Dá mbeimis chun an dá chlog seo a thabhairt chuig aon áit ar an Domhan, agus na hairde a athrú mar a chonaic muid oiriúnach, d’fhéadfaimis a thuiscint conas a athraíonn an réimse imtharraingthe mar fheidhm ingearchló. Ní amháin gur féidir linn luasghéarú imtharraingthe a thomhas, ach na hathruithe ar luasghéarú agus muid ag imeacht ó dhromchla an Domhain.

Féadfaidh difríocht in airde dhá chlog adamhacha fiú ~ 1 troigh (33 cm) difríocht intomhaiste a dhéanamh ar an luas a ritheann na cloig sin. Ligeann sé seo dúinn ní amháin neart an réimse imtharraingthe a thomhas, ach grádán na páirce mar fheidhm airde / ingearchló. (DAVID WINELAND AG INSTITUTE PERIMETER, 2015)

Ach ní féidir leis na héachtaí seo fiú cuaire an spáis a mhapáil. Ní bhainfí an chéad chéim eile amach go dtí 2015: díreach 100 bliain tar éis do Einstein a theoiric maidir le Gaolmhaireacht Ghinearálta a chur amach. Ina theannta sin, bhí fadhb eile ann atá ag dul i méid san idirlinn, is é sin le rá gur cosúil go dtugann modhanna éagsúla chun an tairiseach imtharraingthe, G, freagraí difriúla a thabhairt.

Baineadh úsáid as trí theicníc thurgnamhacha éagsúla chun G: iarmhéideanna torsion, luascadáin torsion, agus turgnaimh interferometry adamh a chinneadh. Le 15 bliana anuas, tá luachanna tomhaiste an tairiseach imtharraingthe sa raon ó chomh hard le 6.6757 × 10–11 N / kg2⋅m2 go dtí chomh híseal le 6.6719 × 10–11 N / kg2⋅m2. Mar gheall ar an difríocht seo de 0.05%, le haghaidh tairiseach bunúsach, tá sé ar cheann de na tairisigh is diongbháilte sa nádúr.

I 1997, rinne foireann Bagley agus Luther turgnamh ar chothromaíocht torsion a thug toradh de 6.674 x 10 ^ -11 N / kg² / m², a glacadh dáiríre go leor chun amhras a chaitheamh ar an tábhacht a tuairiscíodh roimhe seo maidir le cinneadh G. Tabhair faoi deara na héagsúlachtaí réasúnta mór sna luachanna tomhaiste, fiú ón mbliain 2000. (DBACHMANN / WIKIMEDIA COMMONS)

Ach sin an áit a dtagann an staidéar nua, a foilsíodh den chéad uair in 2015 ach a scagadh go minic le ceithre bliana anuas. Bhí foireann fisiceoirí, a bhí ag obair san Eoraip, in ann trí idirghairmiméadar adamh a chomhchuibhiú ag an am céanna. In ionad gan ach dhá shuíomh a úsáid ar airde difriúla, bhí siad in ann na difríochtaí frithpháirteacha idir trí airde dhifriúla a fháil ag suíomh amháin ar an dromchla, rud a chuireann ar do chumas ní amháin difríocht amháin a fháil, nó fiú grádán an réimse imtharraingthe, ach an t-athrú ar an grádán mar fheidhm achair.

Nuair a dhéanann tú iniúchadh ar an gcaoi a n-athraíonn an réimse imtharraingthe mar fheidhm achair, is féidir leat cruth an athraithe ar chuaire an spáis a thuiscint. Nuair a thomhaiseann tú an luasghéarú imtharraingthe in aon áit amháin, bíonn tú íogair do gach rud mórthimpeall ort, lena n-áirítear a bhfuil faoi thalamh agus an chaoi a bhfuil sé ag bogadh. Tá sé níos faisnéiseach grádán an réimse a thomhas ná luach amháin; má dhéantar tomhas ar an gcaoi a n-athraíonn an grádán sin tugtar níos mó faisnéise duit.

Scéim an turgnaimh a thomhaiseann na trí ghrúpa adamhacha a seoladh i seicheamh gasta agus a spreag léasair ansin chun ní amháin an luasghéarú imtharraingthe a thomhas, ach éifeachtaí na n-athruithe ar chuaire nár tomhaiseadh riamh roimhe seo a thomhas. (G. ROSI ET AL., PHYS. REV. LETT. 114, 013001, 2015)

Sin an rud a fhágann go bhfuil an teicníc nua seo chomh cumhachtach. Nílimid ach ag dul chuig suíomh amháin agus ag fáil amach cad é an fórsa imtharraingthe. Nílimid ag dul go suíomh ach an oiread agus ag fáil amach cad é an fórsa agus conas atá an fórsa sin ag athrú le ingearchló. Ina áit sin, táimid ag socrú an fhórsa imtharraingthe, conas a athraíonn sé le ingearchló, agus conas atá an t-athrú san fhórsa ag athrú le ingearchló.

“Beart mór,” a déarfá, “tá dlíthe na fisice ar eolas againn cheana féin. Tá a fhios againn cad a thuar na dlíthe sin. Cén fáth ar chóir dom a bheith cúramach go bhfuil rud éigin á thomhas againn a dhearbhaíonn le cruinneas beagán níos fearr an rud atá ar eolas againn a bheith fíor i gcónaí? "

Bhuel, tá cúiseanna éagsúla leis. Is é ceann amháin go gceadaíonn tomhais iolracha den ghrádán páirce duit G a thomhas idir láithreacha iolracha a chuireann deireadh le foinse earráide: an earráid a tharlódh nuair a bhogann tú an gaireas. Trí thrí thomhas a dhéanamh, seachas dhá cheann, ag an am céanna, faigheann tú trí dhifríocht (idir 1 agus 2, 2 agus 3, agus 1 agus 3) seachas díreach 1 (idir 1 agus 2).

Ritheann barr túr clog ríoga Makkah cúpla ceathairshleasán soicind níos gasta ná mar a dhéanfadh an clog céanna ag an mbonn, mar gheall ar dhifríochtaí sa réimse imtharraingthe. Trí na hathruithe ar ghrádán an réimse imtharraingthe a thomhas, soláthraítear níos mó faisnéise fós, rud a chuireann ar ár gcumas cuaire an spáis a thomhas go díreach. (AL JAZEERA ENGLISH C / O: FADI EL BENNI)

Ach cúis eile atá níos tábhachtaí fós ná tuiscint níos fearr a fháil ar tharraingt imtharraingthe na n-earraí atá á dtomhas againn. Is fíor an smaoineamh go bhfuil a fhios againn na rialacha a rialaíonn domhantarraingt, ach níl a fhios againn ach cad ba cheart a bheith sa fhórsa imtharraingthe má tá a fhios againn méid agus dáileadh na maiseanna uile atá ábhartha dár dtomhas. Ní struchtúr aonfhoirmeach é an Domhan, mar shampla. Tá luaineachtaí sa neart imtharraingthe a bhíonn againn i ngach áit a théannimid, ag brath ar fhachtóirí mar:

  • dlús an screamh faoi do chosa,
  • suíomh na teorann maintlín screamh,
  • méid an chúitimh isostatach a tharlaíonn ag an teorainn sin,
  • taiscumair ola nó taiscí eile a bhfuil éagsúlacht dlúis iontu a bheith i láthair nó as láthair,

agus mar sin de. Más féidir linn an teicníc seo de chur isteach trí-adamh a chur i bhfeidhm cibé áit is maith linn ar an Domhan, is féidir linn tuiscint níos fearr a fháil ar thaobh istigh ár bplainéad ach trí thomhais a dhéanamh ag an dromchla.

Cruthaíonn agus bogann criosanna geolaíocha éagsúla i maintlín an Domhain seomraí magma, rud a fhágann go bhfuil feiniméin gheolaíochta éagsúla ann. Is féidir go bhféadfadh idirghabháil sheachtrach teagmhas tubaisteach a spreagadh. D’fhéadfadh feabhsuithe sa gheodasaí ár dtuiscint ar a bhfuil ag tarlú, atá ann agus atá ag athrú faoi dhromchla an Domhain a fheabhsú. (KDS4444 / WIKIMEDIA COMMONS)

Amach anseo, b’fhéidir go mbeifear in ann an teicníc seo a leathnú chun cuaire an ama spáis a thomhas, ní hamháin ar an Domhan, ach ar shaol ar bith is féidir linn beartán a chur air. Cuimsíonn sé seo pláinéid, móin, astaróidigh agus go leor eile. Más mian linn mianadóireacht astaróideach a dhéanamh, d’fhéadfadh gurb é seo an uirlis cuardaigh deiridh. D’fhéadfaimis ár dturgnaimh geodasaí a fheabhsú go suntasach, agus ár gcumas monatóireacht a dhéanamh ar an phláinéid a fheabhsú. D’fhéadfaimis athruithe inmheánacha i ndlísheomraí magma a rianú níos fearr, mar shampla amháin. Dá gcuirfimis an teicneolaíocht seo i bhfeidhm ar spásárthaí atá le teacht, d’fhéadfadh sé cabhrú fiú le torann Newtonian a cheartú i réadlanna tonnta imtharraingthe na chéad ghlúine eile mar LISA nó níos faide anonn.

Tógadh agus tástáladh na ciúbanna cóimhiotail ór-platanam, a bhfuil tábhacht lárnach acu leis an misean LISA atá le teacht, i misean Brathadóir LISA cruthúnas-ar-choincheap. Taispeánann an íomhá seo tionól ceann de na Cinn Braiteoirí Inertial do Phacáiste Teicneolaíochta LISA (LTP). D’fhéadfadh feabhas a chur ar íogaireacht LISA go mór le teicnící feabhsaithe chun cuntas a thabhairt ar thorann Newtonian sa turgnamh. (CGS SPA)

Ní de mhaiseanna pointe amháin atá an Cruinne, ach de rudaí casta casta. Má tá súil againn riamh na comharthaí is íogaire ar fad a iniúchadh agus na sonraí a chuireann as dúinn inniu a fhoghlaim, caithfimid a bheith níos cruinne ná riamh. A bhuíochas le trasnaiméadracht trí adamh, is féidir linn, den chéad uair, cuaire an spáis a thomhas go díreach.

Is é an chéad rud a thuigfimid taobh istigh an Domhain a thuiscint níos fearr ná riamh, ach níl ansin ach an tús. Ní hé fionnachtain eolaíoch deireadh an chluiche; is pointe tosaigh é d’fheidhmchláir nua agus do theicneolaíochtaí núíosacha. Tar ar ais i gceann cúpla bliain; b’fhéidir go mbeadh iontas ort faoin méid is féidir a dhéanamh bunaithe ar a bhfuil á fhoghlaim againn den chéad uair inniu.

Seol isteach do chuid ceisteanna Iarr ar Ethan chuig startwithabang ag gmail dot com!

Tá Starts With A Bang ar Forbes anois, agus athfhoilsithe ar Meán a bhuíochas lenár lucht tacaíochta Patreon. Tá dhá leabhar ag Ethan, Beyond The Galaxy, agus Treknology: The Science of Star Trek ó Tricorders go Warp Drive.