Der legendäre Physiker Albert Einstein war ein Denker, der seiner Zeit voraus war. Am 14. März 1879 geboren, kam Einstein in eine Welt, in der der Zwergplanet Pluto noch nicht entdeckt war und die Idee der Raumfahrt ein ferner Traum war. Trotz der technischen Einschränkungen seiner Zeit veröffentlichte Einstein seine berühmte Die allgemeine Relativitätstheorie im Jahr 1915, die Vorhersagen über die Natur des Universums machte, die sich über mehr als 100 Jahre immer wieder bestätigen sollten.
Hier sind 10 neuere Beobachtungen, die Einstein vor hundert Jahren recht gegeben haben, was die Natur des Kosmos betrifft – und eine, die ihm das Gegenteil bewiesen hat.
Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie beschreibt die Schwerkraft als Folge der Verzerrung der Raumzeit, im Wesentlichen je massiver ein Objekt ist, desto mehr verzerrt es die Raumzeit und zwingt kleinere Objekte dazu, darauf zu fallen. Die Theorie sagt auch die Existenz von Schwarzen Löchern voraus – massive Objekte, die die Raumzeit so stark verzerren, dass ihnen nicht einmal Licht entkommen kann.
Als Forscher mit dem Event Horizon Telescope (EHT) eine Premiere in der Geschichte erzielten Bild eines schwarzen Lochs, bewiesen sie, dass Einstein in einigen sehr spezifischen Dingen recht hatte, nämlich dass jedes schwarze Loch einen Punkt hat, an dem es kein Zurück mehr gibt Ereignishorizont, die ungefähr rund und basierend auf der Masse des Schwarzen Lochs eine vorhersagbare Größe haben sollte. Ein revolutionäres Bild eines Schwarzen Lochs, das vom EHT erhalten wurde, zeigte, dass diese Vorhersage absolut richtig war.
Astronomen haben erneut bestätigt, dass Einsteins Theorie der Schwarzen Löcher richtig ist, als sie ein seltsames Muster von Röntgenstrahlung in der Nähe eines Schwarzen Lochs entdeckten, das 800 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt ist.
Zusätzlich zu den erwarteten Röntgenstrahlen, die von der Vorderseite des Schwarzen Lochs aufflackern, entdeckte das Team auch vorhergesagte „leuchtende Echos“ von Röntgenlicht, das hinter dem Schwarzen Loch emittiert wurde, aber immer noch von der Erde aus sichtbar ist, weil das Schwarze Loch den Raum verzerrt. Zeit um sich.
Einsteins Relativitätstheorie beschreibt auch riesige Wellen im Gefüge der Raumzeit, die als Gravitationswellen bezeichnet werden. Diese Wellen werden durch die Verschmelzung der massereichsten Objekte im Universum wie Schwarze Löcher und Neutronensterne verursacht.
Mit einem speziellen Detektor namens Laser Interferometric Gravitational-Wave Observatory (LIGO) bestätigten Physiker im Jahr 2015 die Existenz von Gravitationswellen und entdeckten in den folgenden Jahren Dutzende weitere Beispiele für Gravitationswellen, was Einstein wieder einmal recht gab.
Die Untersuchung von Gravitationswellen kann die Geheimnisse der massiven, entfernten Objekte enthüllen, die sie aussenden.
Durch die Untersuchung der Gravitationswellen, die von einem Paar schwarzer Löcher ausgesandt wurden, die im Jahr 2022 langsam kollidierten, bestätigten die Physiker, dass die massiven Objekte in ihren Umlaufbahnen oszillierten – oder präzessierten – als sie sich einander näherten, genau wie Einstein es vorhergesagt hatte.
Wissenschaftler haben erneut Einsteins Präzessionstheorie in Aktion gesehen, indem sie einen Stern untersucht haben, der 27 Jahre lang ein supermassereiches Schwarzes Loch umkreist.
Nachdem er zwei volle Umlaufbahnen um das Schwarze Loch absolviert hatte, begann der Stern in Form einer Rosette vorwärts zu "tanzen", anstatt sich auf einer festen elliptischen Umlaufbahn zu bewegen. Diese Bewegung bestätigte Einsteins Vorhersage, dass sich ein extrem kleines Objekt um ein vergleichsweise riesiges Objekt drehen sollte.
Nicht nur Schwarze Löcher verzerren die Raumzeit um sie herum, auch die superdichte Hülle toter Sterne kann dies tun. Im Jahr 2020 untersuchten Physiker, wie ein Neutronenstern in den letzten 20 Jahren einen Weißen Zwerg (zwei Arten von kollabierten, toten Sternen) umkreist hatte, und entdeckten eine langfristige Drift in der Umlaufbahn der beiden Objekte.
Laut den Forschern wurde diese Drift wahrscheinlich durch einen Effekt namens verursacht indem Sie den Rahmen ziehenIm Wesentlichen hat der Weiße Zwerg die Raumzeit weit genug gedehnt, um die Umlaufbahn des Neutronensterns im Laufe der Zeit leicht zu verändern. Dies bestätigt erneut die Vorhersagen von Einsteins Relativitätstheorie.
Laut Einstein sollte ein Objekt, wenn es massiv genug ist, die Raumzeit so verzerren, dass entferntes Licht, das hinter dem Objekt ausgestrahlt wird, vergrößert erscheint (von der Erde aus gesehen).
Dieser Effekt heißt Gravitationslinsen und wird häufig verwendet, um Objekte im tiefen Universum zu vergrößern. Es ist bekannt, dass das erste Deep-Field-Bild des James-Webb-Weltraumteleskops den Gravitationslinseneffekt eines 4,6 Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxienhaufens nutzte, um das Licht von Galaxien, die mehr als 13 Milliarden Lichtjahre entfernt waren, stark zu vergrößern.
Eine Form der Gravitationslinse ist so hell, dass Physiker nicht anders konnten, als sie nach Einstein zu benennen. Wenn sich Licht von einem entfernten Objekt zu einem perfekten Halo um ein massives Objekt im Vordergrund vergrößert, nennen es Wissenschaftler einen „Einstein-Ring“.
Diese erstaunlichen Objekte existieren im gesamten Weltraum und wurden von Astronomen und Amateurwissenschaftlern gleichermaßen fotografiert.
Wenn Licht durch das Universum wandert, wird seine Wellenlänge auf verschiedene Arten verschoben und gestreckt, die als bekannt sind Rotverschiebung. Die bekannteste Art der Rotverschiebung hängt mit der Expansion des Universums zusammen (Einstein schlug eine Zahl vor, die als kosmologische Konstante bezeichnet wird, um diese scheinbare Expansion in seinen anderen Gleichungen zu erklären).
Einstein sagte jedoch auch eine Art „Gravitations-Rotverschiebung“ voraus, die auftritt, wenn Licht auf dem Weg von einer Depression in der Raumzeit, die von massiven Objekten wie Galaxien erzeugt wird, Energie verliert. Im Jahr 2011 bewies eine Untersuchung des Lichts von Hunderttausenden entfernter Galaxien, dass es eine gravitative Rotverschiebung gibt, genau wie Einstein es vorhergesagt hatte.
Einsteins Theorien scheinen auch im Quantenbereich zu gelten. Die Relativitätstheorie geht davon aus, dass die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum konstant ist, was bedeutet, dass der Raum von allen Seiten gleich aussehen sollte. Dass dieser Effekt auch im kleinsten Maßstab gültig ist, bewiesen Forscher 2015, als sie die Energie zweier Elektronen maßen, die sich in unterschiedliche Richtungen um den Kern eines Atoms bewegen.
Die Energiedifferenz zwischen den Elektronen blieb unabhängig davon, in welche Richtung sie sich bewegten, konstant, was diesen Teil von Einsteins Theorie bestätigt.
In einem Phänomen namens Quantenverschränkung können verschränkte Teilchen scheinbar über große Entfernungen schneller als mit Lichtgeschwindigkeit miteinander kommunizieren und einen Zustand "wählen", den sie erst einnehmen, nachdem sie gemessen wurden. Einstein hasste dieses Phänomen, nannte es den „schrecklichen Ferneffekt“ und bestand darauf, dass sich kein Effekt schneller als Licht ausbreiten kann und dass Objekte einen Zustand haben, ob wir sie messen oder nicht.
Aber in einem groß angelegten, globalen Experiment, bei dem Millionen verschränkter Teilchen auf der ganzen Welt gemessen wurden, fanden die Forscher heraus, dass die Teilchen anscheinend nur in dem Moment, in dem sie gemessen werden, einen Zustand wählen, und nicht vorher.
„Wir haben gezeigt, dass Einsteins Weltanschauung … in der Dinge Eigenschaften haben, ob man sie beobachtet oder nicht, und kein Effekt sich schneller als Licht ausbreitet, nicht wahr sein kann – mindestens eines dieser Dinge muss falsch sein“, sagte der Co-Autor Forschung von Morgan Mitchell, Professor für Quantenoptik am Institute of Photonic Sciences in Spanien, in einem Interview mit der Zeitschrift Live Science im Jahr 2018.
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