-
Για περισσότερο από έναν αιώνα, η γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν ήταν το κλειδί για την κατανόηση της βαρύτητας.
-
Ωστόσο, νέα έρευνα υποδηλώνει ότι αυτή η θεωρία έχει «δυσλειτουργίες» στις μακρινές γωνιές του διαστήματος.
-
Αυτό δεν σημαίνει ότι πετάμε έξω τη θεωρία του Αϊνστάιν. Ωστόσο, μπορεί να χρειαστεί μια μικρή προσαρμογή.
Τα τελευταία 100 χρόνια, αμέτρητες μελέτες έχουν αποδείξει ότι η μεγαλύτερη θεωρία του Άλμπερτ Αϊνστάιν – η γενική θεωρία της σχετικότητας – είναι ουσιαστικά στεγανή και μπορεί να κάνει τα πάντα, από την πρόβλεψη μαύρων οπών έως τον έλεγχο της τεχνολογίας GPS σας.
Καθώς όμως οι επιστήμονες οπλίζονται με πιο ισχυρή και εξελιγμένη τεχνολογία ικανή να κοιτάξει τον Κόσμο με άνευ προηγουμένου λεπτομέρεια, ανακαλύπτουν φαινόμενα που δεν μπορούν να εξηγήσουν χρησιμοποιώντας τη θεωρία του Αϊνστάιν.
Η γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν δηλώνει ότι η καμπυλότητα του χωροχρόνου προκαλεί τη βαρύτητα. Ωστόσο, όταν κάνετε σμίκρυνση σε τεράστιες κλίμακες, όπως σμήνη γαλαξιών με διάμετρο δισεκατομμυρίων ετών φωτός, οι νόμοι της θεωρίας της βαρύτητας του Αϊνστάιν φαίνεται να αλλάζουν.
«Είναι σχεδόν σαν η ίδια η βαρύτητα να μην αντιστοιχεί πλέον απόλυτα με τη θεωρία του Αϊνστάιν», είπε ο Ρόμπιν Γουέν, ένας πρόσφατος απόφοιτος του Πανεπιστημίου του Βατερλό, σε ένα πανεπιστημιακό δελτίο ειδήσεων.
Ο Γουέν, μέρος μιας συνεργασίας μεταξύ του Πανεπιστημίου του Βατερλώ και του Πανεπιστημίου της Βρετανικής Κολομβίας που επιδιώκει να λύσει το μυστήριο, αποκαλεί αυτή την ασυμφωνία στη θεωρία του Αϊνστάιν «κοσμικό λάθος».
Η νέα τους μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, υποδηλώνει ότι η βαρύτητα εξασθενεί κατά περίπου 1% σε πολύ μεγάλες κλίμακες. Εάν η βαρύτητα συμπεριφέρεται σύμφωνα με τη θεωρία του Αϊνστάιν, αυτή η διαφορά 1% δεν θα πρέπει να υπάρχει.
Οι κοσμολόγοι δεν θα καταργήσουν τη γενική σχετικότητα σύντομα. Εξακολουθεί να είναι ένα εκπληκτικά ακριβές πλαίσιο για την κατανόηση της βαρύτητας σε μικρότερες κλίμακες.
«Δεν είναι ότι καταστρέφουμε τον τρόπο που λειτουργεί το GPS σας ή μια μαύρη τρύπα. Θέλαμε απλώς να προσδιορίσουμε αν υπήρχαν αποκλίσεις στη μεγαλύτερη δυνατή κλίμακα», είπε ο Wen στο Business Insider.
Εάν αυτό το σφάλμα υπάρχει πραγματικά, θα μπορούσε να βοηθήσει τους κοσμολόγους να εξηγήσουν μερικά από τα μεγαλύτερα μυστήρια του σύμπαντος.
Ανακούφιση από κοσμολογικές εντάσεις
Η ερευνητική ομάδα χτένιζε δεδομένα από το κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων όταν ανακάλυψε αυτό το προφανές σφάλμα.
Το κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων είναι μια τεράστια έκταση υπολειπόμενης ακτινοβολίας που άφησε πίσω της η Μεγάλη Έκρηξη. Οι επιστήμονες το χρησιμοποιούν για να κατανοήσουν τα πρώτα στάδια του σύμπαντος, όπως το πώς σχηματίστηκαν οι πρώτοι γαλαξίες και τι συνέβη αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.
Ο Wen και οι συνάδελφοί του χρησιμοποίησαν ένα μοντέλο – βασισμένο σε θεμελιώδεις φυσικούς νόμους όπως η γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν – και συνέκριναν την πρόβλεψη του μοντέλου τους για το πώς θα έπρεπε να είναι τα δεδομένα CMB με τα δεδομένα παρατήρησης CMB.
Το επιστημονικό τους μοντέλο δεν ταίριαζε με τις παρατηρήσεις – αυτό που βλέπουμε στην πραγματικότητα στο μακρινό σύμπαν.
Ωστόσο, όταν βελτιστοποίησαν τη θεωρία του Αϊνστάιν για να αντιπροσωπεύει ένα έλλειμμα βαρύτητας 1%, το μοντέλο τους ταίριαζε καλύτερα με τα δεδομένα παρατήρησης, είπε ο Wen στο BI μέσω email.
Μια διόρθωση 1% μπορεί να μην ακούγεται μεγάλη υπόθεση, αλλά είναι αρκετή για να υποδηλώσει ότι η θεωρία του Αϊνστάιν πρέπει να επανεξεταστεί. Το πιο σημαντικό είναι ότι αυτό το σφάλμα θα μπορούσε να μας βοηθήσει να κατανοήσουμε καλύτερα ορισμένες αινιγματικές συμπεριφορές στο σύμπαν.
Ο κόσμος, όπως τον καταλαβαίνουμε, είναι γεμάτος εντάσεις. Μερικές φορές διαφορετικές μετρήσεις του ίδιου φαινομένου δεν συμφωνούν μεταξύ τους. Ένα παράδειγμα αυτού είναι η τάση Hubble – ένα πρόβλημα που προβληματίζει τους αστρονόμους εδώ και χρόνια.
Η ένταση του Hubble αναφέρεται σε αντικρουόμενες μετρήσεις του ρυθμού διαστολής του σύμπαντος. Σύμφωνα με το τυπικό μας μοντέλο φυσικής, ο ρυθμός διαστολής του σύμπαντος πρέπει να είναι ο ίδιος παντού. Ωστόσο, οι παρατηρήσεις του κοντινού σύμπαντος υποδηλώνουν ότι ο ρυθμός διαστολής είναι ταχύτερος από ό,τι σε περιοχές του μακρινού σύμπαντος. Οι αστρονόμοι έχουν προτείνει πολλές πιθανές εξηγήσεις αλλά δεν έχουν ακόμη συμφωνήσει σε μία.
Με αυτό το κοσμικό σφάλμα, μια νέα εξήγηση βρίσκεται τώρα στο τραπέζι.
Μια κατά 1% ασθενέστερη βαρύτητα σε μεγάλη κλίμακα θα μπορούσε να μειώσει την ένταση του Hubble φέρνοντας τον ρυθμό διαστολής του σύμπαντος πιο κοντά σε μετρήσεις από τοπικές παρατηρήσεις, είπε πρόσφατα ο Niayesh Afshordi, συν-συγγραφέας της μελέτης και καθηγητής αστροφυσικής στο Πανεπιστήμιο του Waterloo, σε μια συνέντευξη στο YouTube.
σκεφτείτε προς άλλες κατευθύνσεις
Το γεγονός ότι αυτό το κοσμικό σφάλμα θα μπορούσε ενδεχομένως να βοηθήσει τους αστρονόμους να επιλύσουν την ένταση του Hubble είναι ένα καλό σημάδι ότι όντως υπάρχει. Αλλά αυτή η μελέτη δεν παρέχει οριστικά στοιχεία για έλλειμμα βαρύτητας 1% σε μεγάλη κλίμακα, είπε ο Wen.
Επί του παρόντος, εξακολουθεί να υπάρχει πιθανότητα αυτό το σφάλμα να οφείλεται σε στατιστικό σφάλμα. «Με μελλοντικά δεδομένα τα επόμενα 10 χρόνια, θα πρέπει να περιμένουμε να δούμε αν πρόκειται πραγματικά για πραγματική ανακάλυψη ή αν πρόκειται απλώς για διακυμάνσεις που βασίζονται στη στατιστική σας ισχύ», είπε ο Wen.
Ο Valerio Faraoni, καθηγητής φυσικής και προσωρινός κοσμήτορας φυσικών επιστημών στο Πανεπιστήμιο Bishop, είπε στο BI ότι ήταν λογικό να υποθέσουμε ότι το σφάλμα θα μπορούσε να υπάρχει επειδή η γενική σχετικότητα δεν έχει δοκιμαστεί στο μακρινό σύμπαν.
«Έτσι είναι πολύ πιθανό, τουλάχιστον κατ’ αρχήν, να μην καταλαβαίνουμε τη βαρύτητα σε μεγαλύτερη κλίμακα», είπε ο Faraoni, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη.
Πιστεύει ότι πρέπει να σκεφτόμαστε έξω από το κουτί για να επιλύσουμε τις συγκρούσεις μεταξύ προβλέψεων και παρατηρήσεων του σύμπαντος μας. Και αυτό ακριβώς κάνει αυτή η μελέτη των κοσμικών διαταραχών.
«Μάλλον χρειαζόμαστε κάτι εξωφρενικό», είπε. «Στην πραγματικότητα φαίνεται εξωτικό, στην πραγματικότητα φαίνεται παράξενο. Αλλά νομίζω ότι πρέπει να είμαστε απολύτως ανοιχτοί σε όλες αυτές τις περίεργες ιδέες».
Στη συνέχεια, ο Wen και οι συνεργάτες του θα εξετάσουν νέα δεδομένα από το Φασματοσκοπικό Όργανο Σκοτεινής Ενέργειας (DESI). Το DESI μετρά τις επιπτώσεις της σκοτεινής ενέργειας στον ρυθμό διαστολής του σύμπαντος και έχει δημιουργήσει τον μεγαλύτερο τρισδιάστατο χάρτη του σύμπαντος μέχρι σήμερα.
Επιπλέον, το DESI ανακάλυψε ότι η σκοτεινή ενέργεια, όπως η βαρύτητα, δεν συμπεριφέρεται όπως περιμένουν οι αστρονόμοι σε μεγάλες κοσμολογικές κλίμακες. Ο Wen θα ήθελε να ανακαλύψει εάν αυτές οι δύο «διαταραχές» συνδέονται με κάποιο τρόπο, κάτι που θα παρείχε ακόμη περισσότερες αποδείξεις για την ανάγκη βελτιστοποίησης της γενικής σχετικότητας.
Αλλά ακόμη και ο ίδιος είναι δύσπιστος για τους περιορισμούς της γενικής σχετικότητας. «Αν μου ζητούσατε να στοιχηματίσω σε κάτι, πιθανότατα θα στοιχημάτιζα ακόμα στη γενική σχετικότητα. Η γενική σχετικότητα λειτουργεί τόσο καλά, σωστά; Με τα εναλλακτικά μοντέλα, είναι δύσκολο να πούμε σε αυτό το σημείο», είπε.
Διαβάστε το αρχικό άρθρο στο Business Insider