Tagadhatatlan Albert Einstein 1915-ös gravitációs és általános relativitáselméletének óriási előrejelző ereje, azonban az elmélet még mindig ellentmondásoktól szenved, amikor a hatalmas távolságokra kifejtett hatásának kiszámításáról van szó. Az új kutatások azt sugallják, hogy ezek az eltérések a gravitáció „kozmikus egyensúlyhiányának” a következményei.
Az első megfogalmazása óta eltelt 109 évben az általános relativitáselmélet maradt a galaktikus léptékű gravitáció legjobb leírása; A kísérletek többször is megerősítették a pontosságát. Ezt az elméletet az univerzum olyan aspektusainak előrejelzésére is használták, amelyeket később megfigyelések is megerősítenek. Ezek közé tartozik az ősrobbanás, a fekete lyukak létezése, a fény gravitációs lencséje és a téridő apró hullámzásai, úgynevezett gravitációs hullámok.
Azonban a newtoni gravitáció elméletéhez hasonlóan, az általános relativitáselmélet nem biztos, hogy teljes képet ad erről a titokzatos erőről.
„A gravitációnak ez a modellje az ősrobbanás elméletétől a fekete lyukak képalkotásáig mindenhez nélkülözhetetlen volt” – mondta Robin Wen, a Waterloo Egyetem Matematikai Fizikai Tanszékének munkatársa. „De amikor megpróbáljuk megérteni a gravitációt a kozmikus szinten, a galaxishalmazok szintjén és azon túl, egyértelmű ellentmondásokba ütközünk az általános relativitáselmélet előrejelzéseivel.”
Összefüggő: A kvantumgravitáció segíthet végre egyesíteni a kvantummechanikát az általános relativitáselmélettel
„A gravitáció körülbelül egy százalékkal gyengébb lesz, ha fényévmilliárdnyi távolságra van szükség” – mondta Wen. „Ezt az eltérést „kozmikus hibának” nevezzük. Olyan, mintha maga a gravitáció teljesen megszűnt volna megfelelni Einstein elméletének.
A csapat által leírt kozmikus zavar megkövetelné a gravitációs állandónak nevezett érték megváltoztatását. Ez a változás akkor fog bekövetkezni, amikor a számítások megközelítik a „hiperhorizontot”, vagyis a legnagyobb távolságot, amelyet a fény képes megtenni az univerzum kezdete óta.
A csapat szerint ezt a módosítást úgy lehet végrehajtani, hogy hozzáadunk egy kiterjesztést a standard kozmológiai modellhez. Ez a modell a hideg sötét anyag lambda-modelljeként ismert. Ha elkészült, a módosításnak meg kell szüntetnie a kozmológiai szintű mérések eltéréseit anélkül, hogy ez befolyásolná az általános relativitáselmélet jelenlegi sikeres alkalmazását.
Mi az általános relativitáselmélet, és tévedhet?
Az általános relativitáselmélet felfedezése azért volt annyira forradalmi, mert ahelyett, hogy a gravitációt titokzatos erőként írta volna le, azt feltételezte, hogy a gravitáció a tér és az idő szövetének görbületéből fakad, amely egyetlen, „téridőnek” nevezett entitásként egyesül. Einstein rájött, hogy ezt a görbületet tömegű tárgyak alkotják.
Képzeld el, hogy egyre nagyobb tömegű golyókat teszel egy kifeszített gumilapra. Egy teniszlabda apró, szinte észrevehetetlen horpadást okozna; Egy krikettlabda észrevehetőbb horpadást hozna létre; A tekelabda hatalmas ívet indukálna, ami valószínűleg minden mást a lapon magához vonz. Ugyanez a fogalom a térben lévő tárgyakkal, bár a téridő görbülete négy dimenzióban létezik, tehát van néhány lényeges különbség. A holdak tömege azonban kisebb, mint a bolygóké, a bolygóké kisebb, mint a csillagoké, és a csillagok tömege kisebb, mint a galaxisoké, így ezeknek az égitesteknek a gravitációs hatása rendre megnő.
Einstein gravitációs elmélete Newton utódjaként szolgált, bár az utóbbi még mindig jól működik a földi léptékeken, és elég pontos ahhoz, hogy rakétákat szállítson a Holdra. Einstein elmélete azonban megmagyarázhat olyan dolgokat, amelyeket Newton elmélete nem tudott, például a Merkúr furcsa Nap körüli pályáját.
Nem egészen Newton volt hiba A gravitációt illetően nem volt igaza a bolygók, csillagok és galaxisok léptékét illetően.
De vajon rossz az általános relativitáselmélet?
Nos, talán nem. Elméletként nagyon pontos volt az univerzum azon aspektusainak előrejelzésében, amelyekről semmit sem tudtunk. Például az Event Horizon Telescope által készített első fekete lyuk felvétel 2019 áprilisában került a nyilvánosság elé. Ez a kép némileg megdöbbentő volt, mivel az M87* szupermasszív fekete lyuk megjelenése mennyire hasonlít az általános relativitáselmélet előrejelzéséhez.
A tudósok azonban rájönnek, hogy vannak olyan problémák az általános relativitáselméletben, amelyek idővel felülvizsgálatot igényelhetnek. Például az elmélet nem kombinálható a kvantummechanikával; A fizika legjobb leírása az atomnál kisebb alapvető szinteken található. Ennek főként az az oka, hogy jelenleg nincs kvantumelmélet a gravitáció leírására.
Tehát az általános relativitáselmélet egy bizonyos ponton történő módosítása annak érdekében, hogy a hatókörét az univerzum legkisebb léptékeire – és e csapat szerint a legnagyobb léptékekre – „kiterjessze”, elkerülhetetlennek tűnik.
A kutatók évtizedek óta próbáltak olyan matematikai modellt létrehozni, amely segítene az általános relativitáselméletnek leküzdeni ellentmondásait, és a Waterloo Egyetem alkalmazott matematikusai és asztrofizikusai mélyen részt vettek ebben a törekvésben.
Az általános relativitáselmélet megváltoztatása? Mit!
Ha az általános relativitáselmélet felülvizsgálatának gondolata eretnekségnek tűnik, gondoljon arra, hogy nem ez lenne az első alkalom, hogy módosítani kell a hozzá kapcsolódó elméleteket.
Röviddel azután, hogy Einstein először bemutatta az elméletet, ő és mások kibővítették azt, hogy egy egyenletet dolgozzanak ki az univerzum állapotának leírására. Az általános relativitáselmélet eredményeként ez az egyenlet azt jósolta, hogy az univerzumnak megváltoznia kell. A probléma ezzel az akkori tudományos konszenzus volt, miszerint az univerzum statikus. Bár Einstein számára nem volt idegen a status quo-t az állandó változás állapotává alakítani, történetesen egyetértett ezzel a változatlan kozmikus képpel.
Az általános relativitáselmélet statikus univerzumra vonatkozó előrejelzésének biztosítására Einstein hozzáadott egy „korrekciós tényezőt”, amelyet később „legnagyobb baklövésének” minősített: ezt kozmológiai állandóként ismerik, amelyet a görög lambda betű képvisel. Ez az állandó eltűnt volna a gondolatból, amikor Edwin Hubble meggyőzte Einsteint arról, hogy az univerzum nem statikus. Azt mondta, hogy bővül. Amennyire ma tudjuk, Hubble-nak igaza volt.
A lambda azonban valóban visszatér. A 20. század végén kezd más funkciót betölteni, amikor a csillagászok rájönnek, hogy az univerzum nemcsak tágul, hanem egyre gyorsuló ütemben is.
„Majdnem egy évszázaddal ezelőtt a csillagászok felfedezték, hogy univerzumunk tágul” – mondta Niayesh Afsharid, a Waterloo Egyetem asztrofizika professzora és az Ocean Institute kutatója. „Minél távolabb vannak a galaxisok, annál gyorsabban mozognak addig a pontig, amikor úgy tűnik, hogy közel a fénysebességgel mozognak, ami az Einstein-elmélet által megengedett maximum lehet nem legyen elég.”
A Waterloo Egyetem csapatának javaslata egy „kozmikus hibára”, amely a gravitációt hatalmas távolságokon modulálja, kiterjeszti Einstein matematikai képleteit, hogy ezt az elmélet „megdöntése” nélkül kezelje.
„Tekintsd úgy, mint egy lábjegyzetet Einstein elméletéhez” – mondta Wen. „Amint eléri a kozmikus birodalmat, a feltételek érvényesek.”
A kozmikus hibaelmélet mögött álló kutatók azt sugallják, hogy az univerzum nagy léptékű szerkezetének jövőbeli megfigyelései, valamint a kozmikus mikrohullámú háttérnek (CMB) nevezett globális „fosszilis” sugárzási mező, egy röviddel az Ősrobbanás után bekövetkezett esemény eredményeként fény derülhet. arról, hogy a Gravitáció kozmikus hibái felelősek-e a jelenlegi „kozmikus feszültségekért”.
Ebbe beletartozhat, hogy a kvantumelmélet miért adja meg a lambda értékét, amely egy elképesztő 10¹²¹ (10, majd 120 nulla) tényező, ami nagyobb, mint a csillagászati megfigyelések mutatják (nem csoda, hogy egyes fizikusok „a világegyetem történetének legrosszabb elméleti előrejelzésének” nevezik). ”). Fizika!”).
„Ez az új modell lehet, hogy csak az első bizonyíték abban a kozmikus rejtvényben, amelyet térben és időben kezdünk megfejteni” – tette hozzá Afshordi.
A csapat kutatása ben jelenik meg Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
„Utazási specialista. Tipikus közösségi média tudós. Az állatok barátja mindenhol. Szabadúszó zombinindzsa. Twitter-barát.”
More Stories
A SpaceX Falcon 9 pénteken későn világítja meg az eget az űrpart felett
Az Orbiter fotósai bepillantást vetnek a Nemzetközi Űrállomásra
A NASA Juno szondája lenyűgöző, nagy felbontású képeket készít a Jupiter jeges Europa-holdjáról