Konfirmimi eksperimental i relativitetit të përgjithshëm
Efektet që lidhen me përshpejtimin e kornizave të referencës
E para nga këto efekte është zgjerimi i kohës gravitacionale, për shkak të së cilës çdo orë do të shkojë më ngadalë sa më thellë në vrimën gravitacionale (më afër trupit gravitues) që ndodhet. Ky efekt u konfirmua drejtpërdrejt në eksperimentin Hafele-Keating, si dhe në eksperimentin Gravity Probe A, dhe konfirmohet vazhdimisht në GPS.
Një efekt i lidhur drejtpërdrejt është zhvendosja gravitacionale e kuqe e dritës. Ky efekt kuptohet si një ulje e frekuencës së dritës në lidhje me orën lokale (për rrjedhojë, një zhvendosje e vijave të spektrit në skajin e kuq të spektrit në lidhje me shkallët lokale) kur drita përhapet nga një pus gravitacional jashtë (nga një zonë me një potencial gravitacional më të ulët në një zonë me potencial të madh). Zhvendosja gravitacionale e kuqe u zbulua në spektrat e yjeve dhe Diellit dhe u konfirmua në mënyrë të besueshme në të kontrolluar kushtet tokësore në eksperimentin e Pound dhe Rebka.
Ngadalësimi gravitacional koha dhe lakimi i hapësirës sjellin një efekt tjetër të quajtur efekti Shapiro (i njohur gjithashtu si vonesa gravitacionale e sinjalit). Për shkak të këtij efekti, sinjalet elektromagnetike udhëtojnë më gjatë në një fushë gravitacionale sesa në mungesë të kësaj fushe. Ky fenomen u zbulua gjatë radarit planetar sistem diellor dhe anije kozmike që kalon pas Diellit, si dhe kur vëzhgojnë sinjalet nga pulsarët e dyfishtë.
Me saktësinë më të lartë që nga viti 2011 (rreth 7·10-9), ky lloj efektesh u mat në një eksperiment të kryer nga grupi i Holger Müller nga Universiteti i Kalifornisë. Në eksperiment, atomet e ceziumit, shpejtësia e të cilëve drejtohej lart në raport me sipërfaqen e Tokës, u transferuan nga veprimi i dy rrezeve lazer në një mbivendosje të gjendjeve me momente të ndryshme. Për shkak të faktit se fuqia e ndikimit gravitacional varet nga lartësia mbi sipërfaqen e tokës, faza zhvendoset funksioni i valës Secila prej këtyre gjendjeve ndryshonte kur kthehej në pikën e fillimit. Dallimi midis këtyre inkursioneve shkaktoi ndërhyrjen e atomeve brenda resë, kështu që në vend të një shpërndarjeje uniforme të atomeve në lartësi, u vërejtën kondensime dhe rrallime të alternuara, të cilat maten me veprimin e rrezeve lazer në renë e atomeve dhe duke matur probabiliteti i zbulimit të atomeve në një pikë të caktuar të zgjedhur në hapësirë.
Përkulja e shtegut të dritës ndodh në çdo kornizë referimi të përshpejtuar. Pamja e detajuar e trajektores së vëzhguar dhe efektet e lenteve gravitacionale varen, megjithatë, nga lakimi i hapësirë-kohës. Ajnshtajni mësoi për këtë efekt në vitin 1911, dhe kur ai llogariti në mënyrë heuristike lakimin e trajektoreve, doli të ishte i njëjtë me atë të parashikuar. mekanika klasike për grimcat që lëvizin me shpejtësinë e dritës. Në vitin 1916, Ajnshtajni zbuloi se në fakt, në relativitetin e përgjithshëm, zhvendosja këndore në drejtimin e përhapjes së dritës është dy herë më e madhe se në teorinë e Njutonit, ndryshe nga konsiderata e mëparshme. Kështu, ky parashikim u bë një mënyrë tjetër për të testuar relativitetin e përgjithshëm.
Që nga viti 1919 këtë fenomen u konfirmua nga vëzhgimet astronomike të yjeve gjatë eklipseve diellore, dhe u verifikua gjithashtu me saktësi të lartë nga vëzhgimet radiointerferometrike të kuazarëve që kalonin pranë Diellit gjatë rrugës së tij përgjatë ekliptikës.
Lentizimi gravitacional ndodh kur një objekt masiv i largët është afër ose drejtpërdrejt në vijën që lidh vëzhguesin me një objekt tjetër shumë më të largët. Në këtë rast, përkulja e shtegut të dritës nga një masë më e afërt çon në një shtrembërim të formës së një objekti të largët, i cili, në rezolucion të ulët të vëzhgimit, çon kryesisht në një rritje të shkëlqimit total të objektit të largët, kështu që ky fenomen quhej lente. Shembulli i parë i lenteve gravitacionale ishte blerja në 1979 e dy imazheve të afërta të të njëjtit kuazar QSO 0957+16 A, B ( z= 1.4) nga astronomët anglezë D. Walsh dhe të tjerët “Kur rezultoi se të dy kuazarët ndryshojnë shkëlqimin e tyre në unison, astronomët kuptuan se në realitet këto janë dy imazhe të një kuazari, për shkak të efektit të lenteve gravitacionale. Së shpejti ata gjetën vetë lentet - galaktikë e largët (z= 0.36), i shtrirë midis Tokës dhe kuazarit "]. Që atëherë, janë gjetur shumë shembuj të tjerë të galaktikave dhe kuazareve të largëta të prekura nga lente gravitacionale. Për shembull, është i njohur i ashtuquajturi Kryqi i Ajnshtajnit, ku galaktika katërfishon imazhin e një kuazari të largët në formën e një kryqi.
Një lloj i veçantë i lenteve gravitacionale quhet unaza ose harku i Ajnshtajnit. Një unazë e Ajnshtajnit ndodh kur një objekt i vëzhguar është drejtpërdrejt pas një objekti tjetër me një fushë gravitacionale simetrike sferike. Në këtë rast, drita nga një objekt më i largët vërehet si një unazë rreth objektit më të afërt. Nëse objekti i largët është pak i zhvendosur në njërën anë dhe/ose fusha gravitacionale nuk është sferike simetrike, atëherë do të shfaqen unaza të pjesshme të quajtura harqe.
Së fundi, çdo yll mund të rritet në shkëlqim kur një objekt kompakt dhe masiv kalon përpara tij. Në këtë rast, imazhet e yllit të largët, të zmadhuara dhe të shtrembëruara për shkak të devijimit gravitacional, nuk mund të zgjidhen (ato janë shumë afër njëra-tjetrës), dhe thjesht vërehet një rritje në shkëlqimin e yllit. Ky efekt quhet mikrolenzimi, dhe tani vërehet rregullisht në kuadër të projekteve që studiojnë trupat e padukshëm të galaktikës sonë me anë të mikrolenzimit gravitacional të dritës nga yjet - MASNO, EROS ( anglisht) dhe të tjerët.
Vrimat e zeza
Një vrimë e zezë është një zonë e kufizuar nga i ashtuquajturi horizont i ngjarjeve, të cilin as materia dhe as informacioni nuk mund ta lënë. Supozohet se zona të tilla mund të formohen, në veçanti, si rezultat i kolapsit yje masivë. Meqenëse materia mund të hyjë në një vrimë të zezë (për shembull, nga mediumi ndëryjor), por nuk mund ta lërë atë, masa vrimë e zezë mund të rritet vetëm me kalimin e kohës.
Stephen Hawking, megjithatë, tregoi se vrimat e zeza mund të humbasin masë përmes rrezatimit të quajtur rrezatimi Hawking. Rrezatimi Hawking është efekt kuantik, e cila nuk cenon relativitetin e përgjithshëm klasik.
Ka shumë kandidatë të njohur për vrima të zeza, në veçanti një objekt supermasiv i lidhur me burimin radio Shigjetari a* në qendër të galaktikës sonë. Shumica dërrmuese e shkencëtarëve janë të bindur se vëzhguar dukuritë astronomike, të lidhura me këtë dhe objekte të tjera të ngjashme, konfirmojnë me siguri ekzistencën e vrimave të zeza, por ka shpjegime të tjera: për shembull, në vend të vrimave të zeza propozohen topa fermion, yje bosonikë dhe objekte të tjera ekzotike.
Eksperimentoni në vitin 1919 për të vëzhguar devijimin e rrezeve të dritës në fushën gravitacionale të Diellit. Lentet e gravitetit
Të gjitha grimcat materiale, sipas teorisë së gravitetit të Njutonit, duhet të tërhiqen nga Dielli. Nga ana tjetër, nga pikëpamja e fizikës klasike, drita është valë, dhe jo një grimcë - prandaj, ekuacionet për përhapjen e një valë drite në një fushë gravitacionale nuk ndryshojnë nga ekuacionet në mungesë të saj. Si rezultat, rrezet e dritës hyjnë fizikës klasike ato nuk përkulen në fushën gravitacionale të Diellit. Efektet e difraksionit kur vëzhgohen yjet pranë diskut diellor mund të neglizhohen, pasi rrezja e zonës së parë Fresnel (shih. Eksperimenti i difraksionit Arago-Poisson) është
ku është gjatësia e valës së dritës, 
- Distanca nga Toka në Diell, 
- rrezja e Diellit.
Vini re se ekuacionet për përhapjen e një valë drite janë relativiste, pra mungesa e devijimit të rrezeve në fushën gravitacionale të Njutonit nuk është rezultat i aplikimit të një aparati jorelativist për lëvizjen me shpejtësinë e dritës. Në të vërtetë, nëse kemi parasysh grimcë relativiste me masë në të njëjtën fushë gravitacionale, atëherë, sipas teori e veçantë relativiteti, kemi ekuacionet e lëvizjes:
ato. graviteti, në përgjithësi, përkul trajektoren e lëvizjes. Masa e grimcës së provës zvogëlohet, dhe më pas në kufirin ultrarelativist marrim:
ku - vektor njësi në drejtim të shpejtësisë. Për dritë, dhe ne nuk marrim kurbë trajektore!
Ja për këtë rezultat interesant ofron një shqyrtim të qëndrueshëm të problemit të devijimit të rrezeve të dritës brenda kornizës e veçantë teoria e relativitetit. Nëse duam të paraqesim një përgjithësim të teorisë së gravitetit të Njutonit që nuk shkel parimin e ekuivalencës, duhet të zgjedhim një nga dy alternativat:
- As valë të lehta, as grimcat ultrarelativiste nuk e përkulin rrugën e tyre në një fushë gravitacionale (një shembull është teoria speciale e relativitetit);
- Grimcat ultrarelativiste devijohen fushë gravitacionale- por kjo e fundit i shmang edhe valët. Prania e devijimit të valës duhet të nënkuptojë që fusha gravitacionale krijon një indeks efektiv thyes në një vakum, për shkak të johomogjenitetit të të cilit rrezet janë të përkulura.
Në veçanti, nëse thjesht i shtojmë një faktor forcës gravitacionale të Njutonit, grimcat ultrarelativiste do të fillojnë të devijohen ndërsa fluturojnë pranë Diellit - por drita e përshkruar nga ekuacionet e Maxwell do të vazhdojë të udhëtojë në një vijë të drejtë. Nga njëra anë, kjo shkel hipotezën e de Broglie - drita, e konsideruar si një grimcë dhe si një valë, duhet të përhapet përgjatë trajektoreve të ndryshme. Nga ana tjetër, ndryshimi në trajektore rreze drite dhe një elektron i përshpejtuar pothuajse në shpejtësinë e dritës mund të përdoret për të dalluar veprimin e gravitetit nga veprimi i forcave inerciale - me fjalë të tjera, cenohet parimi i ekuivalencës.
Teoria e përgjithshme e relativitetit të Ajnshtajnit merr të dytin nga dy rrugët: drita me të vërtetë devijohet në një fushë gravitacionale - pavarësisht nëse përdoret përshkrimi i valës ose i grimcave. Ky rezultat arrihet automatikisht, pasi teoria e Ajnshtajnit - teoria metrike e gravitetit. Me fjalë të tjera, graviteti perceptohet si lakimi i hapësirë-kohës dhe vetë lakimi përcaktohet duke specifikuar distancat midis pikave të saj pafundësisht të afërta:
Pikat materiale (përfshirë fotonet pa masë) në hapësirë-kohë të lakuar lëvizin përgjatë trajektoreve të gjatësisë më të shkurtër - gjeodezike. Mund të tregohet gjithashtu se paketat e valëve lëvizin gjithashtu përgjatë tyre - kështu, dualiteti valë-grimcë nuk shkatërrohet. Lakimi në vetvete është proporcional me diferencën midis shumës së këndeve të një trekëndëshi të vogël të ndërtuar nga segmente gjeodezike dhe 180 gradë. Më poshtë janë pjesët e hapësirave dy-dimensionale me lakim konstante: hapësira Lobachevsky (hiperboloid, lakim negativ) dhe hapësira Riemann (sferë, lakim pozitiv).
Shembuj të hapësirës Lobachevsky përfshijnë një shalë mbi një kalë, si dhe patate të skuqura Pringles(Shikoni më poshtë).
Edhe astronomët e parë mund të kishin kontrolluar praninë e devijimeve të rrezeve në fushën gravitacionale të Diellit, nëse do të kishte lindur nevoja. Sepse konkurrenca teori të ndryshme graviteti (teoria e Njutonit, Ajnshtajnit, Nordström, etj.) u bë më akute vetëm në fillim të shekullit të 20-të, vëzhgimet e para të këtij efekti datojnë vetëm në vitin 1919. Kjo datë është edhe për shkak të rrethanave eksperimentale dhe historike. Së pari, vëzhgimi i yjeve pranë diskut diellor (d.m.th. gjatë ditës!) është i mundur vetëm gjatë gjithë kohës. eklipsi diellor. Së dyti, fillimi i së Parës Lufte boterore pezulloi të gjitha kërkimet.
Është interesante të theksohet se Henry Cavendish, bazuar në fizikën bashkëkohore, parashikoi devijimin e rrezeve pranë Diellit. Në 1801, madhësia e këtij efekti u llogarit nga Johann von Soldner (1776-1833). Kjo nuk është për t'u habitur - në fund të fundit, në mekanikën jo-relativiste, rrezet duhet të devijohen, si çdo trup tjetër. Megjithatë, Albert Ajnshtajni, pasi krijoi teorinë speciale të relativitetit, kreu të njëjtën llogaritje, duke marrë një rezultat jo zero (1907). Vetëm në vitin 1915, pas analizë e thellë pasojat e parimit të ekuivalencës, i cili e çoi atë në formulimin e teorisë së përgjithshme të relativitetit, Ajnshtajni rillogariti devijimin e rrezeve - dhe doli të ishte dy herë më i madh O më i madh. Pra, ne kemi parashikimet e mëposhtme për këndin e devijimit të teorive të ndryshme:
Kështu, në teorinë e përgjithshme të relativitetit të Ajnshtajnit, këndi i devijimit të rrezeve është dyfishi i vlerës jorelativiste. Ky efekt bën që pozicionet e dukshme të yjeve pranë diskut diellor të zhvendosen gjatë një eklipsi. Në foton më poshtë drita nga yjet B vëzhgues A duket se vjen nga një pikë B`
, larg nga B në distancë këndore në sfera qiellore.
Ishte ky efekt që Arthur Stanley Eddington (1882–1944) studioi gjatë eklipsit të vitit 1919: fotografitë e qiellit gjatë një eklipsi diellor u krahasuan me fotografitë e bëra natën gjashtë muaj më parë (atëherë Toka po përballej me sferën qiellore në të njëjtën mënyrë ). Vëzhgimet u kryen në mënyrë të pavarur në pika të ndryshme globit ku u vu re një eklips i plotë diellor. Rezultatet e eksperimenteve përkonin me parashikimet e Ajnshtajnit brenda 25%. Eksperimentet e mëtejshme gjithashtu konfirmuan këtë rezultat.
Në ditët e sotme, efekti i devijimit të rrezeve në një fushë gravitacionale është bërë mjaft i zakonshëm në astronomi: grupimet masive të galaktikave krijojnë një fushë gravitacionale rreth vetes, e cila vepron si një grumbullues. lente gravitacionale. Megjithatë, kjo lente nuk është aspak e hollë, kështu që imazhet e galaktikave prapa grupit janë të shtrembëruara. Një burim drite mund të formohet pas lentës Rrethi i Ajnshtajnit(Fig. 1), si dhe disa kopje të të njëjtit imazh, për shembull, Kryqi i Ajnshtajnit(Fig. 2). Së fundi, fig. 3 tregon një animacion të strukturës së rrathëve të Ajnshtajnit pranë një vrime të zezë.
Njutoni pyeti gjithashtu: a janë rrezet e dritës subjekt i forcave gravitacionale? Në ato ditë, kësaj pyetjeje nuk mund t'i përgjigjej as pozitivisht as negativisht, të dhënat eksperimentale dhe përgjithësimet teorike nuk mund të thoshin asgjë për këtë çështje.
Pas vendosjes së lidhjes midis masës dhe energjisë, u bë e qartë se drita duhet të ketë masë inerciale, pasi dihet prej kohësh që valët e dritës transferojnë energji. Dhe nëse po, atëherë, sipas parimit të ekuivalencës, drita duhet të ketë edhe një masë të rëndë, d.m.th. graviteti universal duhet të shtrihet në rrezet e dritës. Duke fluturuar përtej një trupi të rëndë, drita duhet të devijojë nga një rrugë e drejtë (Fig. 37). Vëzhguesi ndodhet në një pikë A,
do të shohë burimin e dritës NË jo në drejtim AB, dhe në drejtim AB`.
Përshtypja do të jetë si një trup i rëndë ME zmbraps burimet e dritës pas saj.
Ajnshtajni e vuri në dukje këtë fenomen në vitin 1907; megjithatë, vetë madhësia e devijimit fillimisht ishte llogaritur gabimisht nga ai. Në veprat e mëvonshme në 1911 dhe 1915. ai bëri korrigjimet e nevojshme dhe iu drejtua astronomëve me një propozim që të përpiqeshin të verifikonin këto përfundime.
Fakti është se devijimi është shumë i vogël. Menjëherë rezulton se përkulja e rrezeve të dritës pranë çdo trupi që disponojmë në sipërfaqen e tokës, aq e parëndësishme sa përpjekja për ta zbuluar atë në mënyrë eksperimentale është absolutisht e pashpresë. Për këtë, masat e të gjithë këtyre trupave janë shumë të vogla. E vetmja gjë që mund të shpresojmë të zbulojmë është përkulja e rrezeve të dritës pranë Diellit. Nëse do të ishte e mundur të shiheshin yje pranë Diellit, atëherë efekti zmbrapsjetvania mund, në parim, të jetë e dukshme.
Por si mund t'i shihni yjet pranë Diellit? Kjo mundësi ndodh gjatë eklipseve totale diellore. Për shkak të faktit se edhe në skajin e Diellit, pavarësisht masës së tij kolosale, zhvendosjet e yjeve janë ende jashtëzakonisht të vogla (rreth një mijë herë më pak se diametri i dukshëm këndor i Diellit), ato mund të zbulohen vetëm fotografikisht. Për ta bërë këtë, përdorni një instrument të përshtatshëm astronomik për të bërë një fotografi të pjesës së qiellit ngjitur me Diellin në kohën e eklipsit, dhe më pas, afërsisht gjashtë muaj më vonë, kur të njëjtat yje janë të dukshëm gjatë natës, bëni një sekondë. , kontrolloni fotografinë me të njëjtin instrument, nëse është e mundur në të njëjtat kushte. Duke i krahasuar me njëri-tjetrin nën një mikroskop (zhvendosjet e yjeve në pjatë janë të qindtat e milimetrit), mund të përpiqeni të zbuloni dhe matni EfektiAjnshtajni.
Eksperimentet e para u penguan nga shpërthimi i Luftës Botërore, por në vitin 1919 dy ekspedita astronomike patën fatin për të marrë fotografi relativisht të suksesshme. Pas matjeve të kujdesshme dhe përpunimit të duhur, u zbulua se efekti i repulsionit ekziston padyshim. Vlera e saj numerike doli të jetë jashtëzakonisht e afërt me atë të llogaritur nga Ajnshtajni.
Publikimi i këtyre rezultateve bëri një përshtypje shumë të fortë në atë kohë. Teoria e relativitetit tërhoqi vëmendjen e të gjithëve, fjalë për fjalë të gjithë filluan të flasin për të; shumë shpejt interesimi për të mori përmasa krejtësisht të papara. Artikuj mbi teorinë e relativitetit u botuan në të gjitha llojet e revistave, përfshirë ato mjekësore dhe bujqësore. Ajnshtajni u bë një nga njerëzit më të njohur në botë.
Sidoqoftë, një vlerësim i matur i rezultateve të vëzhgimeve të efektit Ajnshtajn më vonë tregoi se këto rezultate janë më se modeste. Devijimi i rrezeve të dritës pranë Diellit u zbulua me të vërtetë. Por matja e saktë e tij shoqërohet me një sërë vështirësish. Devijimi është shumë i vogël dhe afër kufirit të saktësisë matjet astronomike. Gjatë nxjerrjes së fotove rrezet e diellit kanë një efekt të fortë në pajisjet, duke i ngrohur dhe deformuar ato detajet më të rëndësishme, duke përfshirë pasqyrat dhe thjerrëzat. Fotografitë e kontrollit merren gjithmonë në një mënyrë ose në një tjetër në kushte të ndryshme (për shembull, në një temperaturë të ndryshme). E gjithë kjo zvogëlon shumë besueshmërinë rezultate sasiore. Prandaj, përfundimi për "konfirmimin e shkëlqyer të parashikimeve të teorisë së relativitetit" në këtë rast duhet të konsiderohet disi i nxituar.
Pas vitit 1919, përpjekjet për të vëzhguar efektin e Ajnshtajnit u përsëritën disa herë, përfshirë nga shkencëtarët sovjetikë (A. A. Mikhailov), por situata u përmirësua pak. Përputhja sasiore e formulës së Ajnshtajnit me eksperimentin është ende në pikëpyetje. Sa i përket anës cilësore të çështjes, tani mund të supozojmë me besim të plotë se përfundimi i teorisë së relativitetit në lidhje me devijimin e dritës nën ndikimin e gravitetit konfirmohet plotësisht nga vëzhgimet.
Çdo teori është e vlefshme nëse pasojat e saj konfirmohen nga përvoja. Kjo ka ndodhur me shumë teoritë e njohura, duke përfshirë teorinë e relativitetit të përgjithshëm të Ajnshtajnit. Ishte një fazë në kohë dhe e nevojshme në fizikë dhe u vërtetua nga eksperimente të shumta. Elementi i tij thelbësor ishte përfaqësimi i gravitetit si një lakim i hapësirës, i cili mund të përshkruhet nga metrika të ndryshme (gjeometria e hapësirës). Sipas lakimit të hapësirës nga yjet dhe galaktikat, rrezet e dritës devijohen nga graviteti. Vëzhgimet astronomike kanë konfirmuar shkëlqyeshëm këtë koncept gjeometrik. Artificialiteti i relativitetit të përgjithshëm ende ngre dyshime dhe pakënaqësi te disa fizikantë. Është e nevojshme të gjendet një bazë fizike për dukuritë e vëzhguara dhe natyrën e gravitetit në përgjithësi. Autori parashtroi një hipotezë për natyrën e gravitetit. Ai bazohet në një studim të komponentit elektrik të strukturës së vakumit dhe më pas plotësohet nga një komponent i vazhdimësisë magnetike. Në këtë formë vakum fizik paraqet mjetin e shpërndarjes valët elektromagnetike(EMV); lindja e një lënde kur energjia e nevojshme futet në të; mjedisi për formimin e "orbitave të lejuara" të elektroneve në atome, vetitë e valës grimca etj.
Shpejtësia e dritës nuk është konstante brenda hapësirë kozmike. Ky është ndryshimi kryesor midis teorisë së vakumit dhe teorive të A. Ajnshtajnit. Bazuar në vëzhgimet astronomike dhe teorinë e strukturës së vakumit, propozohet formulën e mëposhtme për varësinë e shpejtësisë së dritës nga nxitimi i gravitetit:
| (1) |
α –1 = 137.0359895 – reciproke konstante strukturë e imët rrezatimi;
r= 1,39876·10 –15 m – largësia dipole e komponentit elektrik të strukturës vakum;
g[m/s 2 ] – nxitimi lokal i gravitetit;
E σ = 0,77440463 [ a –1 m 3 c–3 ] – specifike polarizimi elektrik vakum;
S= 6,25450914 10 43 [ a· s· m–4 ] – polarizimi deformues i vakumit.
Duke ditur shpejtësinë e dritës, e matur në kushtet e Tokës si 2.99792458(000000) 10 8 m/s, ne përcaktojmë shpejtësinë duke përdorur formulën (1) në hapësirën e jashtme. Me 0 = 2,997924580114694·10 8 m/s. Ai ndryshon pak nga shpejtësia e dritës së tokës dhe përcaktohet me një saktësi prej 9 shifrash dhjetore. Me përsosje të mëtejshme të shpejtësisë së dritës së tokës, vlera e treguar do të ndryshojë për hapësirë kozmike. Nga kau teori e re Drita Fresnel dhe Huygens, dihet se indeksi i thyerjes gjatë kalimit nga një medium me një shpejtësi Me 0 të mërkurën me shpejtësi s e barazohet
Në rastin tonë, këndi i rënies së rrezes me normalen e sipërfaqes diellore është i barabartë me i 0 =90°. Për të vlerësuar madhësinë e devijimit të dritës nga Dielli, mund të citohen dy modele të përhapjes së dritës.
1. Modeli i përthyerjes së dritës gjatë kalimit nga një gjysmëhapësirë "boshe" në një gjysmëhapësirë me nxitim të gravitetit diellor prej 273,4 m/s 2 . Natyrisht kjo modeli më i thjeshtë do të japë një rezultat qëllimisht të pasaktë, domethënë: sipas indeksit të dhënë të thyerjes, këndi përcaktohet si
13.53" (sekonda harkore).
2. Një model më i saktë duhet llogaritur duke përdorur metodën diferenciale-integrale, bazuar në funksionin e përhapjes së rrezeve, në fushën e rritjes dhe zvogëlimit sipas ligjit 1/ R 2 Potenciali gravitacional i Diellit. Ndihma erdhi nga një drejtim krejtësisht i papritur - nga sizmologjia. Problemi i përcaktimit të rrugës së rrezeve është zgjidhur në sizmologji valët elastike në Tokë nga një burim (tërmet, shpërthim atomik nëntokësor) në sipërfaqe dhe këndi i daljes së tij deri në ana e kundert Toka. Këndi i daljes do të jetë analogjia e dëshiruar e devijimit të rrezes së Diellit nga burimi ose në një sferë që përfshin orbitën e Tokës, ose në një distancë të madhe nga Dielli. Në sizmologji ka formulë e thjeshtë për të përcaktuar këndin e daljes valë sizmike përmes një parametri të rrezes konstante
fq = [R 0 / V(R)] cos( i) = konst, Ku:
R 0 – rrezja e Tokës; V(R) është funksion i shpejtësisë së valëve elastike në varësi të distancës (rrezja nga qendra e Tokës); i– këndi i daljes.
Le të transformojmë formulën sizmologjike për distancat kozmike dhe shpejtësia e dritës:
Znj– masa e Diellit. R– rrezja e ndryshueshme e sferës në qendër të së cilës ndodhet Dielli, e përcaktuar së bashku rrezja në një burim drite që kalon në afërsi të Diellit; 2.062648·10 5 – shndërrimi i radianeve të këndit në sekonda.
Shtrohet pyetja për konstanten në këtë formulë. Mund të zgjidhet në bazë të konstantave themelore botërore, të njohura mirë për shkencën. Këndi eksperimental i devijimit është 1,75 inç.
Bazuar në këtë vlerë, ne përcaktojmë atë
konst = Δ t konst (M x R 2 dielli / M diell R x 2) / (π · 137.0359) 2 .
Numri π dhe reciproku i konstantës së strukturës së imët janë konstante themelore të botës sonë moderne. Numri Δ t konst = 1[s] është e nevojshme për të futur dimensionin. Qëndrimi ( M x R 2 dielli / M diell R x 2) – prezantuar për të gjitha masat e mundshme në Univers dhe madhësitë e tyre, siç është zakon në astronomi: reduktoni të gjitha masat dhe madhësitë në parametrat diellorë.
Në Fig. Figura 1 tregon varësinë e këndit të devijimit të një rreze drite nga Dielli në varësi të distancës nga burimi i tij.
Oriz. 1. Varësia e këndit të devijimit të një rreze drite nga Dielli nga distanca nga burimi përgjatë një shtegu që kalon pranë Diellit
Ne morëm përputhje të plotë me të dhënat e sakta eksperimentale. Është kureshtare që kur burimi lëviz brenda sferës që korrespondon me trajektoren e Tokës, këndi i devijimit të rrezes nga Dielli zvogëlohet sipas grafikut të figurës. Një parashikim i kësaj teorie është se një rreze drite nga një burim në ose afër sipërfaqes së Diellit do të devijohet me vetëm 1.25".
Zgjidhja e Schwarzschild:
Këtu R g = 2MG / c 2 – Rrezja e Schwarzschild ose rrezja gravitacionale.
Devijimi i rrezes së dritës i = 4MG / c 2 R= 1.746085", ku R– distanca e goditjes, e barabartë në rastin tonë me rrezen e Diellit.
Formula (1) jep: i= 1.746054". Dallimi është vetëm në shifrën e 5-të.
- Rezultatet e marra tregojnë, të paktën, qëndrueshmërinë e konceptit të propozuar. Formimi i të ashtuquajturave "thjerrëza gravitacionale" në hapësirë shpjegohet gjithashtu nga varësia e shpejtësisë së dritës nga graviteti.
- Në relativitetin e përgjithshëm dhe në teorinë e vakumit ekzistojnë të njëjtat konfirmime eksperimentale.
- GTR është më tepër teoria gjeometrike, i plotësuar nga ligji i gravitetit të Njutonit.
- Teoria e vakumit bazohet vetëm në marrëdhëniet fizike, i cili bëri të mundur zbulimin e gravitetit në formën e polarizimit të vakumit në prani të masave që përjetojnë tërheqje nga struktura e vakumit sipas ligjeve të induksionit të Faradeit.
- Relativiteti i përgjithshëm i ka shteruar mundësitë e tij për zhvillimin e fizikës, teoria e vakumit ka hapur mundësinë e studimit të vakumit; mjedisi natyror dhe hap rrugën për përparimin e fizikës dhe teknologjive që lidhen me vetitë e vakumit.
Si përfundim, shpreh mirënjohjen time të thellë për astrofizikanin P.A. Tarakanov për një koment shumë të dobishëm në lidhje me masë e ndryshueshme në formulën e rrezes së devijimit, ku mund të zëvendësoni masën e Diellit me çdo masë tjetër të njohur për shkencën.
Letërsia
- Rykov A.V. Fillimet e fizikës natyrore // OIPHZ RAS, 2001, f. 54.
- Savarensky E.F., Kirnos D.P. Elemente të sizmologjisë dhe sizmometrisë // Gjendja. teknik-teor. Botuar, M.: 1955, f. 543.
- Clifford M. Will. Konfrontimi midis Relativitetit të Përgjithshëm dhe Eksperimentit // Paraprintimi i recensuesit fizik (arXiv: gr- qc/ 0103036 v1 12 Mars 2001).
Historia jonë e mëparshme rreth kozmologjisë në numrin e pestë të revistës së këtij viti përfundoi me faktin se kohët e fundit titulli i objektit më të largët në Univers e ndryshoi sërish pronarin. Duke përdorur teleskopin dhjetë metra të quajtur pas W. Keck (Hawaii), u zbulua një galaktikë, zhvendosja e kuqe e vijave në spektër është z = 4.921. Kjo do të thotë se distanca e tij nga ne është rreth dhjetë miliardë vite dritë dhe se ne e shohim atë siç ishte dhjetë miliardë vjet më parë, domethënë një kohë shumë të shkurtër pasi filloi zgjerimi i Universit.
Një zbulim shumë mbresëlënës. Autorët e tij, M. Franks nga Universiteti i Groningenit (Holandë) dhe G. Illingworth nga Universiteti i Kalifornisë në Santa Cruz (SHBA), duke kuptuar se kishin një objekt unik në duar, vazhduan studimin e tij duke përdorur astronomin më të fuqishëm. teknologjisë. Kur galaktika kampione u fotografua nga Teleskopi Hapësinor Hubble, doli se ky sistem yjor ka një formë të pazakontë në formë harku. Astronomët e dinë se galaktika të tilla nuk ekzistojnë! Prandaj, autorët e zbulimit deklaruan se formë reale galaktikat shtrembërohen nga efekti i "thjerrëzave gravitacionale". Çfarë është kjo "thjerrëz" përmes së cilës ne mund të shohim galaktikat?
"Sigurisht, nuk mund të shpresohet të vëzhgohet drejtpërdrejt ky fenomen."
A. Ajnshtajni, nga artikulli "Veprimi i thjerrëzave të një ylli kur drita devijohet në një fushë gravitacionale", 1936
Efekti i Ajnshtajnit
Devijimi i një rreze drite ndërsa kalon pranë një trupi masiv është një fenomen mjaft i dukshëm, nëse e konsiderojmë dritën si një rrjedhë trupash, siç bënë shumë fizikanë të shekullit të 18-të. Në këtë rast, ligjet e mekanikës qiellore të Njutonit janë të vlefshme për grimcat e dritës. Duke i përdorur ato, shkencëtari gjerman Soldner llogariti në 1801 se një rreze drite nga një yll i largët që kalon pranë sipërfaqes së Diellit duhet të devijohet me 0,87 sekonda harkore. Por së shpejti, falë eksperimenteve të Fresnel, ajo u vendos në fizikë teoria e valës dritë, dhe vepra e Soldner u harrua për një kohë të gjatë. Vetëm në vitin 1915, duke krijuar teori e përgjithshme relativiteti, Albert Einstein përsëri llogariti devijimin e dritës në fushën e Diellit (por brenda kornizës fizikë të re) dhe mori dyfish kënd më të madh: 1.75 sekonda harkore. Ky ndryshim u bë një nga testet për teorinë e re të gravitetit.
Efekti i pritur nga Ajnshtajni u konfirmua eksperimentalisht tashmë në vitin 1919: më pas, gjatë një eklipsi të plotë diellor, një ekspeditë astronomësh të udhëhequr nga Arthur Eddington përcaktoi që imazhet e yjeve të dukshme pranë skajit të diskut diellor janë zhvendosur pak në krahasim me vendet e tyre të zakonshme. në qiell. Duke përkulur rrezet e yjeve, Dielli bën që imazhet e tyre të tërhiqen nga qendra e yllit pikërisht me atë sasi të parëndësishme që parashikoi Ajnshtajni dhe të cilën (për fat të mirë për të) astronomët, me "precizitetin astronomik" të tyre legjendar, janë në gjendje ta matin. Efekti është mezi i dukshëm për instrumentet më të ndjeshme dhe pakkush mund të kishte pritur që ky fenomen delikat një ditë do të krijonte një teknikë të rëndësishme shkencore.
Lente graviteti
Por astronomët tërhoqën menjëherë vëmendjen te efekti i Ajnshtajnit: në fund të fundit, trup masiv devijon rrezet e dritës në të njëjtën mënyrë si thjerrëzat e teleskopit, domethënë drejt boshtit optik. Rrjedhimisht, diku larg rrezet duhet të konvergojnë në një pikë qendrore. Këto distanca janë vërtet të mëdha: pika e fokusit të saj më afër Diellit ndodhet 550 herë më larg se Toka. Megjithatë, distanca të gjata mos i trembni astronomët, "tavolina laboratorike" e të cilëve është e gjithë hapësira e gjerë. Prandaj, anglezët O. Lodge dhe A. Eddington tashmë në 1919 1920 konsideruan vetitë e "thjerrëzave gravitacionale", por ende nuk nxorën përfundime optimiste.
Është e vështirë të imagjinohet se në Rusinë e atyre viteve dikush mund të emocionohej nga ky ekzotizëm, megjithatë, në vitin 1924, lentet gravitacionale u diskutuan nga profesori i famshëm i fizikës në Shën Petersburg, Orest Daniilovich Khvolson. Në vitin 1935, astronomi i Leningradit Gavriil Adrianovich Tikhov u interesua për ta, pasi kishte lexuar në janar vitin tjeter leksione rreth tyre në Leningrad dhe Pulkovo, dhe në 1938 ai botoi një artikull në lidhje me të në revistën Nature.
Sidoqoftë, në ato vite interesi për thjerrëzat gravitacionale ishte tashmë i dukshëm. Vetë Ajnshtajni publikon një mesazh në revistën Science, duke vënë në dukje, siç shihet nga epigrafi i artikullit tonë, perspektiva shumë pesimiste. përdorim praktik"thjerrëza" të tilla. Më shumë punët e vona tregoi se situata me një yll me lente është edhe më e keqe nga sa mendonte Ajnshtajni: çdo devijim i formës së yllit nga një sferë e përsosur, për shembull, e shkaktuar nga rrotullimi i tij, vetëm sa do ta bëjë më të vështirë zbulimin e efektit.
Në përgjithësi, ju mund të vini re efektin e një lente gravitacionale nga imazhi karakteristik i një burimi të largët që ndodhet pas saj. Nëse vëzhguesi ndodhet saktësisht në boshtin optik të një lente ideale, atëherë ky imazh shfaqet si një unazë e ndritshme (tani e njohur si "unaza e Ajnshtajnit"), dhe kur vëzhguesi largohet nga boshti, unaza zbehet dhe shpërthen në dy harqe që kontraktohen në pika. Për më tepër, njëri prej tyre i afrohet qendrës së lenteve, zbehet dhe zhduket plotësisht, dhe i dyti largohet nga thjerrëza dhe bëhet një imazh i pashtrembëruar i burimit. Nëse fusha gravitacionale e thjerrëzave nuk është krejtësisht sferike, atëherë imazhi bëhet shumë më i ndërlikuar dhe "shpëtohet" në shumë pjesë; bëhet mjaft e vështirë të njohësh efektin e treguar në të.
Është po aq e rëndësishme që vetë ylli i lenteve të jetë një burim i fuqishëm drite, i vendosur shumë më afër vëzhguesit sesa objekti që ai përshkruan. Efekti i shkëlqimit të një lente të tillë mund të kapërcehet vetëm nëse rrit ndjeshëm shkëlqimin e imazhit burimor. Kjo, në parim, është e mundur, por vetëm në atë moment të shkurtër kur vëzhguesi ndodhet saktësisht në boshtin optik të thjerrëzës, shanset për t'u futur në të rastësisht, madje edhe për t'u ulur në Tokë duke nxituar nëpër hapësirë, janë të vogla.
Por ku janë ato objekte reale, cilat mund të luajnë rolin e lenteve të tilla? Dielli ynë ndodhet shumë afër nesh, rrezet që ai përkul në Tokë nuk janë ende të fokusuara. Dhe yjet më të afërt janë aq larg sa dimensionet e unazave të Ajnshtajnit rreth tyre duhet të jenë të qindtat e sekondës së harkut. Dhe edhe atëherë vetëm nëse do të ishim me fat dhe një burim i ndritshëm do të fshihej pas njërit prej tyre. Në kohën e Ajnshtajnit, shumica e astronomëve e shihnin idenë e kërkimit të një sofistikimi të tillë teorik si humbje kohe.
Mirazhet hapësinore
Por ishte ende një shkencëtar i ri që e mori shumë seriozisht idenë e lenteve gravitacionale. Ky ishte astronomi zviceran Fritz Zwicky (1898 -1974), i cili punoi shumica jeta në SHBA, në Kaliforni Instituti i Teknologjise. Në vitin 1937, ai shprehu idenë se jo vetëm një yll, por edhe një grup yjesh mund të përkulin rrezet e dritës. Le të themi, një galaktikë e tërë apo edhe një grumbull gjigant galaktikash. Pikërisht atëherë Zwicky po mendonte se si të maste masën e një grumbulli galaktikash dhe kuptoi se përkulja e dritës ishte një tregues i përshtatshëm për këtë.
Në përgjithësi, Fritz Zwicky ishte një shkencëtar jashtëzakonisht i shumëanshëm dhe pjellor: ai shprehu shumë parashikime, disa prej të cilave u konfirmuan gjatë jetës së tij. Për shembull, ai parashikoi se një shpërthim supernova do të prodhonte një yll neutron, dhe në fund të viteve gjashtëdhjetë ai në fakt ishte dëshmitar i zbulimit të yjeve neutron në vendin e shpërthimeve të supernovës. Por devijimi i dritës nga galaktikat që ai parashikoi u zbulua për herë të parë vetëm në 1979, kur një grup astronomësh nga Anglia dhe SHBA gjetën aksidentalisht një imazh të dyfishtë të një kuazari, të formuar, siç doli, nga një lente gravitacionale, e cila ishte një galaktikë eliptike.
Nëse në fillim të këtij shekulli mezi vërehej devijimi i dritës në fushën gravitacionale, atëherë nga fundi i shek. efekt delikatështë bërë një mjet i fuqishëm për astronominë. Tani ata po përpiqen të zgjidhin enigmën me ndihmën e saj materie e errët, që rrethon galaktikën dhe shfaqet si një fushë gravitacionale, por me sa duket nuk lëshon valë elektromagnetike.
Roli i një burimi të largët të rrezatimit që shkëlqen përmes thjerrëzave gravitacionale zakonisht luhet nga kuazarët - objekte me fuqi gjigante, ndoshta bërthamat aktive të galaktikave të reja, dhe për këtë arsye shumë të largëta. Në këtë rast, rolin e thjerrëzës e luan një galaktikë masive më afër nesh ose një grup i tërë i tyre. Në më pak se dy dekada, astronomët kanë zbuluar tashmë më shumë se njëzet kuazarë me lente gravitacionale, imazhet e të cilëve janë fort të lakuar apo edhe të ndarë në fushën e një objekti masiv, por relativisht të zbehtë. Janë imazhet e shtrembëruara që bëjnë të mundur identifikimin e thjerrëzave gravitacionale, sepse vetitë e tyre optike janë shumë larg të qenit perfekte: ato nuk i përqendrojnë aq shumë rrezet sa ndryshojnë rrjedhën e tyre.
Kuazarët në shtëpinë e argëtimit
Nëse një galaktikë masive do të ishte krejtësisht e rrumbullakët dhe një kuazar do të shtrihej drejtpërdrejt mbi të, imazhi i saj i saktë do të shndërrohej në një "unazë të Ajnshtajnit". Megjithatë, galaktikat kanë formë komplekse, dhe kuazarët mund të lokalizohen në çfarëdo mënyre, kështu që imazhet e tyre në një lente gravitacionale zakonisht përfaqësojnë një sistem prej disa, në rastin më të thjeshtë, dy pikave të ndara ngushtë. Aktiviteti i tyre i lartë dhe ndryshueshmëria e shkëlqimit ndihmojnë për të dalluar dy imazhe të të njëjtit kuazar nga dy kuazar të ndryshëm të dukshëm afër: nëse dy imazhe vezullojnë në mënyrë sinkrone, atëherë ato i përkasin të njëjtit kuazar.
Vërtetë, ndonjëherë një imazh përsërit "shkëlqimet" e një tjetri me një vonesë kohore. Nëse ka disa imazhe, atëherë secila prej tyre ka vonesën e vet kohore, pasi drita nga çdo imazh na arrin në mënyrën e vet. Duke matur vonesën midis të njëjtave luhatje të shkëlqimit në dy imazhe të një kuazari, që variojnë nga disa muaj deri në disa vjet, është e lehtë të llogaritet diferenca në gjatësinë e shtigjeve të rrezes së dritës. Dhe nëse mund të përcaktoni formën e galaktikës, atëherë me vonesë kohore mund ta gjeni madhësia e vërtetë. Duke e krahasuar atë me madhësinë këndore të vëzhguar të galaktikës, është e lehtë të zbulohet distanca deri në të, dhe nga pozicioni i vijave në spektrin e saj, shpejtësia e largimit të saj nga ne. Së fundi, duke e ndarë këtë shpejtësi me distancën, astronomët përcaktojnë konstantën e Hubble, një sasi themelore që përshkruan prona më e rëndësishme Universi.
E gjithë kjo është e lehtë në teori, por në praktikë një punë e tillë kërkon aftësinë më të lartë të vëzhguesve, jo vetëm në përdorimin e një teleskopi, por edhe në përdorimin e një teleskopi të fuqishëm. metodat matematikore përpunimi i imazhit. Studimi i një galaktike që vepron si një lente gravitacionale është shumë më e vështirë sesa zbulimi i një imazhi të një kuazari të shtrembëruar nga ndikimi i tij. Imazhi i zbehtë i galaktikës është mbytur në dritën e ndritshme të kuazarit (edhe pse sipas standardeve të Tokës ata janë të dy super të zbehtë: jo më i shndritshëm se një llambë tavoline e ndezur në Hënë). E megjithatë, astronomët morën përsipër këtë detyrë.
Së fundmi, grupi i Frederik Kurbinit (Instituti i Astrofizikës, Liezh, Belgjikë) studioi kuazarin HE 1104 -1805, i cili iu nënshtrua lensimit gravitacional, në Observatorin Jugor Evropian (La Silla, Kili). Galaktika e përkuljes së dritës u zbulua në rrezen infra të kuqe të spektrit, pasi ishte në këtë gamë që maksimumi në spektrin e rrezatimit të sistemit yjor që largohej prej nesh u zhvendos për shkak të efektit Doppler. Një kuazar me një zhvendosje të kuqe z = 2.3 dhe një imazh të bifurkuar nga një lente gravitacionale u zbulua në vitin 1993. Vëzhgimet në intervalin optik bënë të mundur që në 1995 të vërehej një objekt i zbehtë i natyrës së panjohur midis imazheve të kuazarit. Dhe vetëm në 1997, me ndihmën Teknologji e re dhe metodat matematikore të përpunimit të imazhit arritën të kuptojnë natyrën e këtij objekti.
Duke marrë një seri imazhesh në infra të kuqe dhe duke përdorur një algoritëm të ri për të përmirësuar cilësinë e imazheve, astronomët arritën një rezolucion këndor prej 0.27 sekondash harku, i cili më parë ishte i disponueshëm vetëm teleskopi hapësinor. Vërtetë, edhe në të njëjtën kohë nuk është e mundur të merret spektri i një galaktike të zbehtë të vendosur midis dy imazheve të ndritshme të një kuazari. Por duke qenë se linjat e përthithjes me një zhvendosje të kuqe z = 1.66 janë të dukshme në spektrin e kuazarit, është mjaft e qartë se ato i përkasin galaktikës që shtrihet përpara tij. Kështu arritëm të zbulonim zhvendosjen e saj të kuqe, e cila korrespondon me një shpejtësi largimi prej nesh prej rreth dyqind mijë kilometra në sekondë dhe një distancë prej gjashtë deri në nëntë miliardë vite dritë.
Nëse galaktika e lenteve ndodhet me të vërtetë në këtë distancë, atëherë vonesa kohore midis variacioneve të shkëlqimit të dy imazheve të kuazarit duhet të jetë tre deri në katër vjet. Duke matur këtë vlerë, astronomët shpresojnë të përsosin ndjeshëm konstantën e Hubble brenda disa vitesh. Pra, hap pas hapi, po i afrohemi zbardhjes së misterit të Universit.
Mungesa e fakteve është gjithashtu një fakt
Lente gravitacionale po bëhet shpejt një mjet pune në astrofizikë. Mund të thuash edhe një mjet rutinë, pasi fakt i rëndësishëm Konsiderohet jo vetëm zbulimi i një efekti lente, por edhe mungesa e tij në disa rrethana. Për shembull, kohët e fundit, pas analizimit të të dhënave nga Observatori i Rrezeve Gama Compton në orbitë, shkencëtarët amerikanë zbuluan një aureolë të zgjeruar rrezatimi të fortë që rrethon galaktikën tonë. Janë propozuar disa versione për të shpjeguar këtë fenomen.
Së pari, rrezet gama mund të gjenerohen rrezet kozmike, grimcat e të cilit, kur përplasen me fotone optike ose infra të kuqe, transferojnë energjinë e tyre tek ata dhe i shndërrojnë ato në kuanta të rrezatimit të fortë gama (nga rruga, ky efekt, si sateliti i observatorit, quhet Compton). Një aureolë e kuanteve të tilla vërehet rreth disa galaktikave. Por në galaktikën tonë, besohet se nuk ka mjaft rreze kozmike për këtë.
Burimi i rrezeve gama mund të jetë gjithashtu yjet neutron pulsarët. Por për të siguruar intensitetin e vëzhguar, numri i tyre në halon galaktike duhet të jetë i madh. Dhe këtu hyn në lojë efekti i lenteve gravitacionale: nëse ka kaq shumë pulsarë në aureolën galaktike, atëherë pse ata nuk shfaqen si mikrothjerrëza gravitacionale? Ky është një argument serioz kundër kësaj ideje.
Prandaj, shkencëtarët janë të prirur për shpjegimin më ekzotik të koronës gama galaktike: ndoshta një re e rrezeve gama është dëshmi indirekte e ekzistencës së "masës së fshehur" në Univers në formën e supermasive hipotetike. grimcat elementare. Prezenca e një "masi të tillë të fshehur" dyshohet prej kohësh në aureolën e Galaxy tonë. Dhe rrezet gama mund të prodhohen kur këto grimca të panjohura përplasen me njëra-tjetrën.
Duket se astronomët tashmë janë pajtuar me idenë se materia e ndritshme e Universit, të gjitha yjet e tij dhe retë e gazit ndëryjor janë vetëm një "shkumë" e lehtë në sipërfaqen e një "kafeje" të zezë, të padukshme me masë të fshehur. Pasi e kuptuan, ata filluan të kërkonin mënyra për të zbuluar dhe studiuar këtë substancë misterioze të padukshme. Deri më tani, një gjë është e qartë: materia e errët, në çdo rast, është një burim i gravitetit, për këtë është e nevojshme të kërkohet; Lentet gravitacionale janë ideale për këtë qëllim. Siç ndodh shpesh, klasikët bënë një gabim në vlerësimin e perspektivës së zbulimeve të tyre, lentet gravitacionale kanë një të ardhme të madhe.
Galaktika të padukshme?
Në fund të vitit 1997, përdorimi i lenteve gravitacionale për të kërkuar lëndën e fshehur dukej se dha fryt. Astronomi M. Hawkins (Observatori Mbretëror, Edinburg) deklaroi se një nga përbërësit masivë të padukshëm të Universit mund të jenë galaktikat pa yje. Ai e mbështet pohimin e tij në studimin e imazheve të çiftuara të kuazarëve me lente gravitacionale. Në një studim të tetë çifteve të tilla, Hawkins ishte në gjendje të zbulonte çifte të përkuljes së dritës vetëm në dy raste. sistemet e yjeve. Për gjashtë imazhet e mbetura të ndara të kuasarëve, nuk u zbuluan asnjë gjurmë optike të lente-galaktikë gravitacionale. Dhe duke gjykuar nga shtrembërimi i imazheve, këto lente nuk janë inferiore në masë ndaj Galaxy tonë.
Hawkins dhe kolegët e tij besojnë se ata patën fatin të zbulonin "galaktika të dështuara" në këtë mënyrë, pa popullsi yjore dhe të përbërë vetëm nga gaz. Cila arsye e pengoi këtë gaz të nënshtrohet kolapsi gravitacional dhe tkurret në yje? Ndoshta kjo është për shkak të rrotullimit të shpejtë fillestar të resë protogalaktike: forcë centrifugale ndaloi tkurrjen e galaktikës përpara se të fillonte formimi i yjeve nga gazi. Nëse është vërtet kështu, atëherë astronomët mund të gëzohen: ata kanë zbuluar një tjetër "bishë të padukshme të Universit" galaktika të errëta. Nëse ky zbulim (nëse ka ndodhur) do të zgjidhë misterin e masës së fshehur, do ta tregojë e ardhmja.
1 Si masë e shpejtësisë së objekteve të largëta, astronomët përdorin zhvendosjen e kuqe të vijave në spektrin e tyre, domethënë ndryshimin relativ në gjatësinë e valës së linjave për shkak të efektit Doppler. Meqenëse të gjitha objektet e largëta po largohen nga ne, linjat gjithmonë zhvendosen drejt pjesës së kuqe të spektrit. Duke marrë parasysh efektet relativiste zhvendosja e kuqe z = 1 korrespondon me një shpejtësi prej 180,000 kilometra në sekondë; në z = 2 shpejtësia është 214,300 kilometra në sekondë; në z = 3 shpejtësia është 233,300 kilometra në sekondë dhe në z = 4 shpejtësia është 245,500 kilometra në sekondë. Gjatë zgjerimit Hubble të Universit, sa më larg të jetë një objekt, aq më shpejt largohet nga vëzhguesi; prandaj, zhvendosja e kuqe shërben gjithashtu si masë e distancës me galaktikat dhe kuazaret e largëta. Sidoqoftë, këtu nuk ka një lidhje të thjeshtë, pasi varet nga historia e zgjerimit të Universit.
