Forestil dig, at du er en astronom med interessante ideer om kosmos 'hemmelige love. Som enhver god videnskabsmand planlægger du et eksperiment for at teste din hypotese. Og så pludselig den dårlige nyhed: der er ingen måde at teste det, undtagen måske en computersimulering. Kosmiske genstande er for store og ubehagelige til at vokse i en petriskål eller kollidere som subatomære partikler.
Heldigvis er der sjældne steder i rummet, hvor naturen udfører sine egne eksperimenter - som PSR J0337 + 1715. Dette tredobbelt system blev først observeret i 2012, og i 2014 annoncerede videnskabsmænd officielt dets opdagelse. Det ligger 4200 lysår væk i stjernebilledet Tyren.
Tre døde stjernekerner roterer i en dans, der kunne bekræfte - eller føre til revision - Einsteins idé om rumtid. Indsatsen er høj. I 1970'erne leverede et system af to døde stjerner stærke, omend omstændighedsvise beviser, der understøtter Einsteins teori om generel relativitet, og at de tyngdepunktbølger, som LIGO til sidst fandt, eksisterede. For dette arbejde modtog forskere Nobelprisen.
For at forstå PSR J0337 + 1715 som en del af eksperimentet foreslår Joshua Sokol med New Scientist at repræsentere det som et fysisk sted. I omtrent samme afstand fra midten af systemet, hvor Jorden drejer rundt om Solen, ligger en kold hvid dværg, resterne af den størknede kerne af en stjerne som vores. Lidt længere væk er der en varmere hvid dværg. Det skulle "skrige lyst" på himlen, siger Scott Ransome fra National Radio Astronomy Observatory i Virginia, der fører tilsyn med systemets observationer.
Hver 1,6 dag kredser denne indre hvide dværg om en ledsager, der er usynlig for det blotte øje. Men i røntgen- eller gammastrålesyn er de to hvide dværge relativt svage sammenlignet med deres ledsager, en sfærisk 24 kilometer lang genstand, der er halvanden gang solens masse.
Det er en pulsar, resten af en meget større stjerne. Den roterer en gang hvert 2,73 millisekunder, som en kosmisk støvdemon. Hver rotation frigiver en stråle af radiobølger til himlen, der når jorden med hver rotation - vi bruger dens ultrapræcise signaler som et kosmisk ur. Og da disse kroppe har intense, sammenfiltrede tyngdefelter, og vi har ur bundet til dem, ville det være ekstremt praktisk at teste Einstein.
Ransoms team sporer afkrydsningen af pulsaren, måler, hvordan banerne i de tre organer ændrer sig, og sammenligner resultaterne med forudsigelserne i Einsteins teori. De fokuserer især på en idé.
Tænk på den apokryfe historie om Galileo på det skæve tårn i Pisa, der kastede genstande på jorden for at vise, at forskellige masser tager samme tid at rejse den samme afstand. Astronaut David Scott gjorde det samme eksperiment på månen med en fjer og hammer.
Salgsfremmende video:
Princippet om såkaldt stærk ækvivalens i den generelle relativitet fortsætter denne idé. Han hævder, at selv genstande med deres egne tyngdefelt skal reagere på tyngdekraften på samme måde som andre.
Som med fjer og en hammer, bør den indre hvide dværg og den meget tungere pulsar opføre sig det samme under tyngdekraften fra den ydre hvide dværg. Hvis ikke, vil det indre par bane blive mere langstrakt end forventet - og ækvivalensprincippet vil blive krænket, og den generelle relativitet er forkert.
Og så vil der være chok og ærefrygt. Men et sådant chok kunne før eller senere forventes, da generel relativitet er berygtet for ikke at ville være venner med andre naturteorier.
”Enhver anden teori om tyngdekraft end generel relativitet forudsiger dybest set, at et stærkt ækvivalensprincip vil mislykkes på et eller andet niveau,” siger Ransome.
På Pulsar-konferencen i september i England håber Ransoms team at annoncere nye resultater, startende med arbejdet med Anna Archibald, som vil teste ækvivalensprincippet 50 til 100 gange bedre end nogensinde før. De har ikke gjort det endnu, siger Ransom, fordi der er nogle datamønstre, der ser ud til at bryde med ækvivalensprincippet, der skal undersøges nærmere.
”Det er klart, at dette vil være magtfuldt, så vi vil sikre os, at vi forstår dataene korrekt,” siger Ransom. I øjeblikket analyserer computere stadig.
Hvad er chancerne for, at folk bliver begejstrede, når arbejdet udføres?
”De fleste mennesker tror, at et stærkt princip om ækvivalens ikke kan mislykkes på dette niveau. Dette er en af grundene til, at vi konstant banker hovedet mod væggen."
Måske er PSR J0337 + 1715 det perfekte rumeksperiment: et eksperiment, hvor generel relativitet definitivt vil bryde, ikke på papir, men helt sikkert. Eller vi venter lidt længere.
Ilya Khel