Загальна теорія відносності - концепція, створена людським генієм, яка найбільше перевіряється. Понад століття проходять тест за тестом, і жоден з них не зміг спростувати фундаментальні принципи ЗТВ.
Але навіть у таких академічно вивірених умовах існує група фізиків, яка вважає, що є певний простір для маневру. На їхню думку, хоча результати всіх тестів узгоджуються з ЗТВ, не можна виключати модифікованих версій, пропонованих як альтернатива.
Як такий приклад "випробовується" надмасивна чорна діра на відстані 55 мільйонів світлових років, яка була обрана для "найсуворішої перевірки" теорії відносності. Йдеться про об'єкт M87, досліджуваний колаборацією Event Horizon Telescope.
Загальну теорію відносності вважають науковим концептом, оскільки вона чудово підходить для передбачення гравітаційних взаємодій, що виявляються на макрорівні. Однак вона математично несумісна з квантовою механікою; правила, які допомагають нам моделювати негравітаційні взаємодії між об'єктами, залишаються хиткими і математично примарними.
Природно, цей прекрасний факт змушує вчених шукати модифікації і навіть альтернативи загальної теорії відносності. Мета вельми благородна - єдина теорія, що дає змогу однаково описувати всі сили природи. Тільки біда в тому, що будь-які пропоновані модифікації поточних теорій не відповідають тому, що ми бачимо в реальному житті. Або, принаймні, вважаються такими, - будь-яка теорія стає науковою тільки після того, як отримує схвалення з боку наукової спільноти.
"Ми очікуємо, що універсальна теорія гравітації відрізнятиметься від загальної теорії відносності, але є багато способів її змінити", - каже астрофізик Дімітріос Псалтис з Університету Арізони.
"Ми виявили, що якою б не була правильна теорія, вона не може суттєво відрізнятися від загальної теорії відносності, коли справа стосується чорних дір. Ми дійсно скоротили простір можливих модифікацій".
Коли вчені вперше отримали зображення тіні чорної діри і кільця гарячого матеріалу, що кружляє навколо неї, це дало нам нові способи перевірки загальної теорії відносності. Одним із них був розмір тіні.
Ця тінь являє собою темну ділянку в центрі закрученої маси, яка визначається горизонтом подій - точкою, в якій навіть швидкості світла недостатньо для подолання гравітаційного тяжіння. Це означає, що чорна діра не може світити. Оскільки ми маємо справу з гравітаційним ефектом, розмір аналізованої області можна передбачити в рамках ЗТВ.
M87 - це надмасивна чорна діра, що має космічні масштаби - вона в 6,5 мільярдів разів більша за масу Сонця. Математика ЗТВ може використовувати цю масу, щоб передбачити дуже точний розмір тіні, тобто простору, звідки світло не в змозі вирватися "назовні".
Коли зображення чорної діри було вперше отримано, це був один із перших проведених тестів - і, звісно ж, розмір тіні був таким, як передбачалося.
"На той час ми не могли поставити протилежне запитання: наскільки теорія гравітації відрізняється від загальної теорії відносності і при цьому відповідає розміру тіні", - міркує астрофізик П'єр Крістіан з Університету Арізони.
"Ми задавалися питанням, чи можна що-небудь зробити з цими спостереженнями, щоб відбракувати деякі з альтернатив".
Загальна теорія відносності пройшла кілька випробувань у Сонячній системі. Те, як орбіта Меркурія зміщується навколо Сонця, - найвідоміший випадок тестування теорії Ейнштейна. Інший спосіб - вигин зоряного світла за кривизною простору-часу навколо масивного об'єкта, такого, як Сонце. Точні вимірювання відстаней між планетами дають ще одну варіацію перевірки ЗТВ.
Кілька модифікацій загальної теорії відносності також пройшли випробування Сонячною системою. Для кожної альтернативної теорії гравітації команда визначала унікальні характеристики, які передбачають тінь чорної діри. Об'єкт дослідження той самий - М87.
Науковий інтерес у тому, чи узгоджується теорія зі спостереженнями, отриманими телескопом Event Horizon. Отримані дані дали змогу виключити деякі із запропонованих трактувань загальної теорії відносності.
"Використовуючи розроблений нами датчик, ми показали, що розмір тіні чорної діри M87 звужує простір для маневру модифікацій загальної теорії відносності Ейнштейна майже в 500 разів, як порівняти з попередніми випробуваннями в сонячній системі", - говорить астрофізик Феріал Озель з Університету Арізони.
Це не означає, що загальна теорія відносності не може бути порушена, і пошуки цього тривають - не тому, що астрофізики ненавидять ЗТВ, а тому, що кожен тест продукує нові обмеження і нові інструменти для наступного тесту. Тим самим створюється дослідна база для об'єднання теорії відносності та квантової механіки.
Нагадаємо, колаблоацію Event Horizon Telescope було нещодавно оновлено, до неї приєднано три нові телескопи. Наступного року буде проведено нову серію спостережень, заплановано низку випробувань, про які фізики намагаються мовчати. Єдине, що відомо - тестування пройде в рамках спостережень за гравітаційними хвилями.
