لا تصف النظرية الطريقة التي تشوه بها المادة الزمكان فحسب ، ولكنها تتنبأ أيضًا بوجود الثقوب السوداء ذاتها ، بما في ذلك حجم الظل الذي يلقيه الثقب الأسود على القرص اللامع للمادة التي تدور حول بعض الأجسام الكثيفة. هذه الصورة الأيقونية للثقب الأسود الهائل في مركز المجرة M87 التي تبعد حوالي 55 مليون سنة ضوئية ، أظهرت أن الظل يطابق بشكل وثيق تنبؤات النسبية العامة لحجمه. بعبارة أخرى ، كان أينشتاين محقًا.
هذه النتيجة ، التي أبلغت عنها Event Horizon Telescope Collaboration ، أجابت على سؤال واحد: هل حجم الثقب الأسود لـ M87 يتوافق مع النسبية العامة؟
لكن "من الصعب جدًا الإجابة على السؤال المعاكس: ما مقدار ما يمكنني تعديل النسبية العامة ، وما زلت متسقًا مع قياس [الثقب الأسود]؟" يقول عضو فريق EHT ديميتريوس بسالتيس من جامعة أريزونا في توكسون. هذا السؤال أساسي لأنه لا يزال من الممكن أن تصف نظرية أخرى للجاذبية الكون ، لكنها تتنكر في صورة النسبية العامة بالقرب من ثقب أسود.
في دراسة نُشرت في 1 أكتوبر في Physical Review Letters ، استخدم Psaltis وزملاؤه ظل الثقب الأسود لـ M87 لاتخاذ خطوة كبيرة نحو استبعاد هذه النظريات البديلة.
في دراسة نُشرت في 1 أكتوبر في Physical Review Letters ، استخدم Psaltis وزملاؤه ظل الثقب الأسود لـ M87 لاتخاذ خطوة كبيرة نحو استبعاد هذه النظريات البديلة.
على وجه التحديد ، استخدم الباحثون حجم الثقب الأسود لإجراء ما يُعرف باختبار "الدرجة الثانية" للنسبية العامة الموجهة نحو تعزيز الثقة في النتيجة. تقول Lia Medeiros عضو فريق EHT من معهد الدراسات المتقدمة في برينستون ، نيوجيرسي: "لا يمكن فعل ذلك فعلاً في النظام الشمسي" لأن مجال الجاذبية ضعيف جدًا.
وجد الباحثون جيدًا حتى الآن بالنسبة للنسبية ، عندما أجروا هذا الاختبار الثاني.
تتساوى النتائج مع نتائج تجارب الموجات الثقالية مثل مرصد مقياس التداخل الليزري لموجات الجاذبية ، والذي اكتشف تموجات في الزمكان من اندماج ثقوب سوداء أصغر من M87. لكن الدراسة الجديدة مثيرة للاهتمام لأنها "المحاولة الأولى لتقييد التأثير [من الدرجة الثانية] من خلال مراقبة الثقب الأسود" ، كما يقول الفيزيائي إيمانويل بيرتي من جامعة جونز هوبكنز ، والذي لم يشارك في العمل الجديد.
بشكل عام ، يعتقد الفيزيائيون أن النسبية العامة هي مجموعة من التصحيحات أو الإضافات لنظرية الجاذبية لإسحاق نيوتن. تتنبأ النسبية العامة بما يجب أن تكون عليه هذه الوظائف الإضافية. إذا انحرفت قياسات كيفية عمل الجاذبية في الكون عن تلك التنبؤات ، فإن الفيزيائيين يعرفون أن النسبية العامة ليست القصة الكاملة. كلما زادت الوظائف الإضافية أو العوامل المضافة إلى الاختبار ، زادت الثقة في النتيجة.
في مجالات الجاذبية الضعيفة ، كما هو الحال داخل النظام الشمسي ، يمكن للفيزيائيين اختبار ما إذا كانت الإضافات "من الدرجة الأولى" إلى معادلات نيوتن متوافقة مع النسبية العامة أم لا. ترتبط هذه الإضافات بأشياء مثل كيفية انتقال الضوء والكتلة في زمكان مشوه ، أو كيف تجعل الجاذبية الوقت يتدفق بشكل أبطأ.
تم اختبار جوانب الجاذبية هذه من خلال الطريقة التي ينحرف بها ضوء النجوم أثناء كسوف الشمس على سبيل المثال ، والطريقة التي يرسل بها ضوء الليزر إلى المركبات الفضائية التي تطير بعيدًا عن الشمس تستغرق وقتًا أطول من المتوقع للعودة إلى الأرض.
لكن الأمر يتطلب مجال جاذبية قويًا ، مثل الحقل المحيط بالثقب الأسود لـ M87 ، لرفع مستوى الاختبارات.
النتيجة الجديدة مخيبة للآمال بعض الشيء بالنسبة للفيزيائيين الذين يأملون في العثور على شروخ في نظرية أينشتاين. إيجاد انحراف عن النسبية العامة يمكن أن يوجه الطريق إلى فيزياء جديدة. أو يمكن أن تساعد في توحيد النسبية العامة ، وفيزياء كبيرة جدًا ، وميكانيكا الكم ، النظرية الرائدة التي تصف فيزياء صغيرة جدًا ، مثل الجسيمات والذرات دون الذرية. يقول بسالتيس إن حقيقة أن النسبية العامة لا تزال ترفض الانحناء هي "مقلقة لمن هم منا في السن بما يكفي لدرجة أننا كنا نأمل في الحصول على إجابة في حياتنا".
ولكن هناك بعض الأمل في أن النسبية العامة قد تستمر بالفشل حول الثقوب السوداء. تصنع الدراسة الجديدة مربع الطرق الممكنة لتقسيم النظرية بشكل أصغر ، "لكننا لم نجعلها متناهية الصغر" ، كما يقول ميديروس. الدراسة هي "دليل على المفهوم لإظهار أن EHT يمكن أن يفعل ذلك ، لكنها في الحقيقة مجرد خطوة واحدة من بين العديد".
وتقول إن الملاحظات المستقبلية من EHT ستجعل اختبارات أكثر دقة للنسبية العامة ، خاصة مع الصور التي لم يتم إصدارها بعد لـ Sgr A * ، الثقب الأسود في مركز درب التبانة. من خلال قياسات أكثر دقة لكتلة Sgr A * أكثر من أي ثقب أسود فائق الكتلة آخر ، قد تجعل هذه الصورة المربع المحتمل حول النظرية أصغر - أو تفجره مفتوحًا على مصراعيه.
