伝説の物理学者アルベルト・アインシュタインは、時代を先取りした思想家でした。1879年3月14日に生まれたアインシュタインは、現代の最新鋭の望遠鏡でも観測可能な準惑星、冥王星を発見しました。そして、100年以上も後に実現することになる宇宙飛行の構想を思いつきました。
当時の技術的な制限にもかかわらず、アインシュタインは1915年に有名な相対性理論を発表し、1世紀以上も前に宇宙の性質について予測しました。
ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡による初の深宇宙画像から捉えた無数の渦巻く銀河とアルバート・アインシュタインの肖像。
ここに、アインシュタインが宇宙の本質について正しかったことを証明する観察と、彼が間違っていたことを証明する観察があります。
1. ブラックホールの最初の画像
アインシュタインの相対性理論は、重力は時空の歪みの結果として生じると説明しています。基本的に、物体の質量が大きいほど時空を歪ませ、より小さな物体がその物体に向かって落下するようになります。この理論はまた、ブラックホールの存在を予言しています。ブラックホールとは、光さえも逃れられないほど時空を歪ませる巨大な天体です。
イベント・ホライズン・テレスコープ（EHT）を用いた研究者たちが初めてブラックホールの画像を撮影したとき、彼らはアインシュタインの予言がいくつかの非常に具体的な点において正しかったことを証明しました。すなわち、すべてのブラックホールには事象の地平線と呼ばれる、後戻りできない地点が存在するということです。事象の地平線はほぼ円形で、ブラックホールの質量に基づいて大きさが予測されます。EHTによる画期的なブラックホール画像は、この予言が完全に正しかったことを示しています。
2. ブラックホールの反響
天文学者たちは、地球から8億光年離れたブラックホールの近くで、奇妙なX線放射パターンを検出し、ブラックホールに関するアインシュタインの理論が正しいことを再び証明しました。ブラックホールの前方から放射される予想されていたX線に加え、研究チームは予測されていたX線放射の「明るいエコー」も検出しました。
3. 重力波
2つのブラックホールが合体しました。
アインシュタインの相対性理論は、重力波と呼ばれる時空構造における巨大な波紋についても説明しています。これらの波は、ブラックホールや中性子星など、宇宙で最も質量の大きい天体の合体によって生じます。
物理学者たちは、レーザー干渉計重力波観測所（LIGO）と呼ばれる特殊な検出器を使用して、2015年に重力波の存在を確認し、その後の数年間でさらに数十の重力波の例を検出し、再びアインシュタインの正しさを証明しました。
4. ブラックホールのパートナーが揺れる
重力波の研究は、それらを解き放つ遠方の巨大な天体の秘密を解明する可能性があります。2022年にゆっくりと衝突する2つのブラックホールから放出された重力波を研究することで、物理学者たちは、アインシュタインが予測した通り、巨大な天体が互いに接近するにつれて軌道上で振動、つまり歳差運動を起こしていることを確認しました。
5. 踊る渦巻き星
科学者たちは、超大質量ブラックホールを27年間周回した恒星を研究した結果、アインシュタインの歳差運動理論が再び作用するのを目の当たりにした。ブラックホールを2周した後、恒星の軌道は固定された楕円軌道を描くのではなく、アスタリスク型に前方に「踊るように」動いているのが観測された。
この動きは、小さな物体が比較的巨大な物体の周りを回るというアインシュタインの予測を裏付けました。
6. 崩壊する中性子星
周囲の時空を歪めるのはブラックホールだけではありません。死んだ恒星の超高密度の殻も同様に歪ませます。2020年、物理学者たちは中性子星が白色矮星（死にゆく崩壊期の恒星の一種）の周りを過去20年間どのように公転してきたかを研究し、2つの恒星が互いの周りを公転する際に長期的なドリフトが見られることを発見しました。
研究者によると、この変動は「綱引き」と呼ばれる効果によって引き起こされた可能性がある。つまり、白色矮星が時空を引っ張り、時間の経過とともに中性子星の軌道をわずかに変化させたということだ。これもまた、アインシュタインの相対性理論の予測を裏付けるものだ。
7. 重力レンズ
アインシュタインによれば、物体が十分に質量を持つ場合、時空が歪んで、物体の背後から放射される遠方の光が（地球から見ると）拡大されるという。この効果は重力レンズ効果と呼ばれ、深宇宙の物体を拡大鏡で観察する際に広く利用されてきた。
ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡による初の深宇宙画像は、46億光年離れた銀河団の重力レンズ効果を利用して、130億光年以上離れた銀河からの光を劇的に拡大した。
8. アインシュタインの光輪
アインシュタインの光輪。
重力レンズ効果の一種は非常に鮮明で、物理学者たちはそれを「アインシュタインのレンズ効果」と名付けました。遠方の天体からの光が拡大され、手前の巨大な天体の周囲に完璧なハローを形成する現象を、科学者たちは「アインシュタインハロー」と呼んでいます。こうした美しい天体は宇宙空間に存在し、天文学者によって撮影されてきました。
9. 宇宙の変化
光が宇宙を進むにつれて、その波長は様々な形で変化し、伸びていきます。これを赤方偏移と呼びます。最も有名な赤方偏移は、宇宙の膨張によるものです。（アインシュタインは、他の方程式におけるこの見かけの膨張を説明するために、宇宙定数と呼ばれる数値を提唱しました。）
しかし、アインシュタインは「重力赤方偏移」の一種も予言していました。これは、銀河などの巨大な天体によって作り出された時空の窪みから光が抜け出す際にエネルギーを失う現象です。2011年には、数十万もの遠方銀河からの光の研究によって、アインシュタインが提唱した通り、「重力赤方偏移」が実際に存在することが証明されました。
10. 原子は量子もつれの中で動いている
アインシュタインの理論は量子の世界でも成り立つようです。相対性理論によれば、真空中では光速は一定であり、つまり空間はどの方向から見ても同じように見えるはずです。
2015年、研究者たちは、原子核の周りを異なる方向に運動する2つの電子のエネルギーを測定することで、この効果が最小スケールでも成立することを実証しました。電子間のエネルギー差は、どちらの方向に運動していても一定であり、アインシュタインの理論のこの部分を裏付けました。
11. 量子もつれについて間違っている
量子もつれと呼ばれる現象では、結合した粒子は、測定された後にのみ、存在する状態を「選択」し、光速よりも速く、広大な距離を越えて互いに通信できるように見えます。
アインシュタインはこの現象を嫌い、「不気味な遠隔作用」と嘲笑し、いかなる影響も光より速く伝わることはなく、測定の有無にかかわらず物体には状態があると主張した。
しかし、世界中で何百万もの粒子を測定した地球規模の実験で、研究者らは、粒子は測定されるとすぐにただ 1 つの状態を選択するように見えることを発見しました。
（出典：tienphong.vn）
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