画像クレジット：NASA
アインシュタインの一般相対性理論は、NASAからの天文学者による研究のおかげで、今週再び確認を得ました。科学者たちは、遠いガンマ線バーストによって放出されたガンマ線の総エネルギーを測定し、アインシュタインによる予測に正確に一致するような方法で、地球に向かう途中で粒子と相互作用していることを発見しました。
科学者は、光速の恒常性に関するアルバートアインシュタインの原則は、非常に厳格な調査の下で成り立つと述べています。これは、特定の理論が余分な次元と空間の「泡だらけ」の構造を予測することを否定する発見です。
この発見はまた、光のような電磁エネルギーの形である最高エネルギーのガンマ線の基本的な地上および宇宙ベースの観測が、時間、物質、エネルギー、および宇宙の非常にはるかに低いスケールでの性質そのものへの洞察を提供できることを示しています亜原子レベル—ほとんどの科学者が可能だと考えたもの。
メリーランド州グリーンベルトにあるNASAのゴダード宇宙飛行センターのフロイドステッカー博士は、最近の天体物理学の問題でこれらの発見の意味を論じています。彼の作品の一部は、ボストン大学のノーベル賞受賞者であるシェルドングラショーとの以前のコラボレーションに基づいています。
「アインシュタインが鉛筆と紙で約1世紀前に作成したものは、科学的な精査に耐え続けている」とステッカーは語った。 「宇宙ガンマ線の高エネルギー観察は、余分な次元の可能性と量子重力の概念を除外しませんが、科学者がそのような現象を見つける方法に厳格な制約を課します。」
アインシュタインは、空間と時間は実際には時空と呼ばれる単一のエンティティの4つの側面であり、4次元の概念であると述べました。これは、彼の特別で一般的な相対性理論の基礎です。たとえば、一般相対性理論では、重力はマットレス上のボウリングボールのように、時空を歪める質量の結果であるとしています。
一般相対性理論は大規模な重力の理論であり、20世紀初頭に独立して開発された量子力学は、非常に小規模な原子と素粒子の理論です。量子力学に基づく理論は重力を説明するのではなく、他の3つの基本的な力：電磁気（光）、強い力（原子核の結合）、および弱い力（放射能で見られる）です。
科学者たちは長い間、これらの理論を1つの「すべての理論」に統合して、自然のすべての側面を説明することを望んでいました。これらの統一理論（量子重力やストリング理論など）には、余分な次元の空間の呼び出しや、アインシュタインの特殊な相対性理論（光の速度がすべてのオブジェクトで達成可能な最大速度であることなど）の違反が含まれる場合があります。
ステッカーの作品には、不確定性原理とローレンツ不変性と呼ばれる概念が含まれています。量子力学から導き出された不確実性の原理は、サブ原子レベルで、量子ゆらぎとも呼ばれる仮想粒子が存在することを示しています。多くの科学者は、時空自体が量子ゆらぎで構成されており、それを間近に見ると、泡または「量子泡」に似ていると言います。一部の科学者は、時空の量子泡が光の通過を遅くする可能性があると考えています。これは、光が真空中で最大速度で移動するのと同じように、空気や水の中をゆっくりと移動するためです。
泡は、高エネルギーの電磁粒子、またはX線やガンマ線などの光子を、可視光や電波の低エネルギーの光子よりも遅くします。異なるエネルギーの光子では異なる、このような光速の基本的な変動は、相対性理論の特別な理論の基本原理であるローレンツ不変性に違反します。そのような違反は、統一理論への道を私たちに示すのに役立つ手掛かりになる可能性があります。
科学者たちは、銀河のはるか外側から来るガンマ線を研究することによって、そのようなローレンツ不変性違反を発見することを望んでいました。たとえば、ガンマ線バーストは非常に遠く離れているため、バースト内の光子の速度の違いは、それらのエネルギーに応じて測定できる場合があります。宇宙の量子泡は、何十億年も私たちのところへ旅してきました。
ステッカーは自宅にずっと近くを見て、ローレンツの不変性が違反されていないことを発見しました。彼は、約5億光年離れた2つの比較的近くにある2つの銀河からのガンマ線を分析しました。それらの中心には超巨大ブラックホールがあり、Markarian（Mkn）421およびMkn 501という名前が付けられています。地球。そのような銀河はブレザーと呼ばれます。 （Mkn 421の画像については、画像4を参照してください。画像1〜3は、クエーサーを動かす超大質量ブラックホールのアーティストの概念であり、地球を直接指すと、ブレザーと呼ばれます。画像5は、ブザーのハッブル宇宙望遠鏡の写真です。）
Mkn 421およびMkn 501からのガンマ線の一部は、宇宙の赤外光子と衝突します。これらの衝突は、アインシュタインの有名な式E = mc ^ 2に従って、エネルギーが電子および正に帯電した反物質電子（陽電子と呼ばれる）の形で質量に変換されるため、ガンマ線と赤外線光子を破壊します。 SteckerとGlashowは、これらのオブジェクトの直接観測から得られたMkn 421およびMkn 501からの最高エネルギーガンマ線の消滅の証拠は、ローレンツの不変性が生きていて違反されていないことを明確に示していることを指摘しました。ローレンツの不変性が破られた場合、ガンマ線は消滅することなく銀河系外の赤外線フォグを通過します。
これは、消滅には電子と陽電子を生成するためにある程度のエネルギーが必要だからです。このエネルギー収支は、Mkn 501とMkn 421からの最高エネルギーのガンマ線が赤外線光子と相互作用するときに、両者が特別な相対性理論に従って既知の光速で動いている場合に満たされます。ただし、特にガンマ線がローレンツ不変性違反のためにより遅い速度で移動している場合、利用可能な総エネルギーは不十分であり、消滅反応は「ノーゴー」になります。
「これらの結果の意味するところは、」とSteckerは言いました。「ローレンツの不変性が破られた場合、それは非常に小さなレベルにあり、1,000兆分の1未満であり、現在のテクノロジーの発見能力を超えています。これらの結果は、弦理論または量子重力の正しい形式がローレンツ不変性の原理に従う必要があることも示している可能性があります。」
詳細については、次のWebサイトでオンラインで「高エネルギーガンマ線観測を使用したローレンツ不変性の量子重力および大規模外次元モデルの違反に関する制約」を参照してください。
元のソース：NASAニュースリリース
