آزمایش تئوری اینشتین چگونه از دست رفتن جرم خورشید را تأیید کرد؟

در آزمایش های جدید دانشمندان یکی از نظریه های اینشتین بررسی شده که طی آن تأیید شده خورشید در حال از دست دادن جرم خود است.

چرا عطارد امکان مطالعه گرانش و خمیدگی فضازمان را برای دانشمندان فراهم می کند؟

میزان بالایی از گرانش خورشید بر عطارد که نزدیک ترین سیاره به ستاره منظومه ما است، اعمال می شود. بدین ترتیب این سیاره به ما کمک کرده در مورد گرانش مطالعه کنیم. آلبرت اینشتین اثبات کرده بود که قوانین حرکت نیوتن (متشکل از 3 قانون که ارتباط مابین نیروهای وارد آمده بر یک جسم و حرکت آن را به تشریح می کنند) برای اجرام بسیار بزرگ صدق نمی کنند. بدین ترتیب او نظریه نسبیت عام را مطرح کرد که بر اساس آن گرانش اجرام بزرگی از جمله خورشید، می تواند موجب خمیدگی فضازمان (عبارت است از یک مدل ریاضی که زمان و فضا را به صورت درهم‌تنیده و به عنوان یک کمیت پیوسته با یکدیگر ترکیب می‌کند) شود.

در بین سیارات منظومه شمسی، عطارد این خمش را به خوبی نشان می دهد. حالا گروهی از محققان آمریکایی با استفاده از روش های اندازه گیری جدید توانسته اند اطلاعات بیشتری از خورشید و نیز تئوری اینشتین به دست آورند.

آزمایش چگونه انجام شد؟

این محققان بزرگترین آزمایش اصل هم ارزی اینشتین (این ایده را بیان می‌کند که همه اجرام در یک مسیر یکسان سقوط می‌کنند) را انجام دادند. به گفته «آنتونیو جنووا» نویسنده این مطالعه از دانشگاه MIT: «شما نمی توانید تفاوت بین میدان گرانشی یکنواخت و یک قاب (جسم) مرجع شتاب دار را از هم تشخیص دهید».

برای درک بیشتر این مسئله مثالی را تشریح می کنیم: این موضوع مشابه زمانی است که شما در آسانسور هستید، شاید در حالت حرکت آسانسور احساس کنید که جاذبه شما را قویتر یا ضعیف تر (بسته به حرکت آسانسور به بالا یا پایین) به سوی زمین می کشد، ولی در حقیقت شما تنها در حال شتاب گرفتن هستید و جاذبه تغییری نکرده است.

آزمایش این اصل نیاز به مقایسه جرم به دو روش متفاوت دارد: روش اول بر این مبنا است که بررسی شود چطور یک جسم در میدان گرانشی یکنواخت، رفتار می کند و روش دوم به این مسئله اشاره دارد که چه مقدار نیرو باید به جسم وارد شود که موجب حرکت آن گردد. این موضوع را به زبان ساده می توان با مقایسه میزان وزن شما در در زمین در مقابل میزان وزنتان در راکتی که با شتابی مشابه با شتاب زمین (10 متر بر مجذور ثانیه) در حرکت است، مقایسه کرد.

اگر این دو جرم مساوی باشند، معادلات اصل اینشتین درست از آب در می آید. در این بررسی محققان جرم مرکز منظومه شمسی را مورد بررسی قرار دادند. بدین ترتیب اگر معادلات درست بودند، باید مرکز منظومه شمسی که در محاسبات، مکانش به دست آمده بود، مطابق می بود با همان مکانی می بود که از ترکیب نیروی گرانشی که خورشید بر خود اعمال می کند و نیرویی که سایر سیارات به خورشید اعمال می کنند به دست آمده بود.

از سوی دیگر اگر این دو مقدار به دست آمده با هم متفاوت بودند، نشان از این داشت که معادلات اینشتین غلط هستند.

محاسبات از طریق چه ابزاری انجام شد و آیا معادلات اینشتین تأیید شدند؟

در میان سیارات منظومه شمسی عطارد سیاره ای است که اثرات قوی از جاذبه خورشید بر آن وارد می شود. بدین ترتیب دانشمندان می توانند با اندازه گیری مدار چرخش این سیاره دریابند که تخمین جاذبه خورشید که از طریق تئوری ها به دست آمده، تا چه میزان (حتی اندک) با مقدار جاذبه مشاهده شده فرق دارد. بسیاری از این محاسبات به لطف ماهواره مسنجر که در مدار این سیاره گردش می کرد و البته در سال 2015 روی آن سقوط کرد انجام شد.

اطلاعات دریافت شده از مسنجر نشان داد که معادلاتی که توسط اینشتین مطرح شده بود (حداقل فعلاً) غلط نیستند. انتظار می رود در نهایت با استفاده از تجهیزات بهتر، دانشمندان بتوانند روزی این تئوری را با دقت بالاتری مورد بررسی قرار دهند و البته شاید روزی مکان محاسبه شده مرکز خورشید متفاوت با آن چیزی باشد که در تئوری ها به دست آمده است.

ماهواره مسنجر چه کشفی را رقم زد؟

گروهی که روی اطلاعات به دست آمده از ماهواره یاد شده کار می کردند، همچنین بر اساس میزان جرمی که خورشید از دست داده و نیز میزان پهن تر شدن مدار گردش سیارات (به واسطه کاهش گرانش خورشید) به دور آن، دریافتند که در طول گذر زمان میزان گرانش این ستاره به چه میزانی تغییر کرده است.

ماهواره مسنجر که اطلاعات بسیاری را تا قبل از سقوط روی عطارد برای دانشمندان فراهم کرد.

بدین منظور اطلاعاتی که در 7 سال جمع آوری شده بود با داده هایی که از نحوه سوختن سوخت هیدروژنی در خورشید به دست آمده بود، ترکیب شد. بدین ترتیب مشخص شد که خورشید به میزان بسیار ناچیزی گرانشی که روی عطارد اعمال می کرده را از دست داده است.

این اطلاعات از این لحاظ دارای اهمیت است که توضیح می دهد که همین میزان تغییرات کوچک گرانش خورشید می تواند روی پهن تر شدن مدار چرخش زمین به میزان حدود 2.5 سانتی متر در هر سال نیز تأثیر بگذارد.

البته جای نگرانی نیست و این موضوع روی زندگی روزمره ما انسان ها تأثیر چندانی نمی گذارد، ولی به گفته جنووا این یافته می تواند اطلاعات مفید بسیاری را در مورد خورشید در اختیار ما قرار دهد و شاید بتواند روش های جدیدی را برای سنجش رفتارهای داخل خورشید را در اختیار ما قرار دهد.

ماهواره مسنجر

«کنستانتین باتایگین»  متخصص فیزیک نجوم در مورد نتایج تحقیقی که اخیراً منتشر شده به سایت گیزمودو اعلام کرده معتقد است این تحقیقات بسیار مفید هستند. باتایگین اظهار کرده که بیشتر از این لحاظ تحقیقات برایش جذاب است که هیچ تغییری در ثابت های گرانشی و عدد G را ایجاد نکرده اند و مدرک دیگری دال بر ثبات اطلاعات مربوط به گرانش هستند. او معتقد است که یک بار دیگر تئوری های ما با اندازه گیری های دقیق تأیید شدند.

در پایان یادآوری می کنیم که در آینده انتظار می رود این بررسی ها توسط ابزارهای اندازه گیری دقیق تری انجام شوند، و با دقت بالاتری بتوانند معادلات مطرح شده از سوی اینشتین را تأیید کنند. در این بین باید به نقش بسیار مهم عطارد اشاره کرد که امکانات بسیاری را برای مطالعه گرانش در اختیار ما قرار می دهد و به ما کمک می کند یکی از مهم ترین تئوری های فیزیک را مورد بررسی قرار دهیم: گرانش.