Nemožno poprieť obrovskú predikčnú silu teórie gravitácie a všeobecnej relativity Alberta Einsteina z roku 1915, avšak táto teória stále trpí nezrovnalosťami, pokiaľ ide o výpočet jej účinku na obrovské vzdialenosti. Nový výskum naznačuje, že tieto nezrovnalosti môžu byť výsledkom „kozmickej nerovnováhy“ v samotnej gravitácii.
Počas 109 rokov od svojho prvého sformulovania zostala všeobecná relativita najlepším opisom gravitácie v galaktickom meradle; Experimenty opakovane potvrdili jeho presnosť. Táto teória bola tiež použitá na predpovedanie aspektov vesmíru, ktoré by sa neskôr potvrdili pozorovaním. Patrí medzi ne Veľký tresk, existencia čiernych dier, gravitačné šošovkovanie svetla a drobné vlnky v časopriestore nazývané gravitačné vlny.
Avšak, podobne ako teória newtonovskej gravitácie, ktorá ju prekonala, všeobecná relativita nám nemusí poskytnúť úplný obraz o tejto záhadnej sile.
„Tento model gravitácie bol nevyhnutný pre všetko od teórie veľkého tresku po zobrazovanie čiernych dier,“ uviedol vo vyhlásení Robin Wen z Katedry matematickej fyziky University of Waterloo. „Ale keď sa snažíme porozumieť gravitácii na kozmickej úrovni, na úrovni kôp galaxií a mimo nej, narazíme na jasné rozpory s predpoveďami všeobecnej relativity.“
Súvisiace: Kvantová gravitácia by mohla pomôcť konečne zjednotiť kvantovú mechaniku so všeobecnou teóriou relativity
„Gravitácia sa oslabí asi o jedno percento, keď sa zaoberáme vzdialenosťami miliárd svetelných rokov,“ povedal Wen. „Túto nezrovnalosť nazývame „kozmická porucha.“ Je to, akoby samotná gravitácia úplne prestala zodpovedať Einsteinovej teórii.“
Kozmické narušenie opísané tímom by si vyžadovalo zmenu hodnoty nazývanej gravitačná konštanta. Táto zmena nastane, keď sa výpočty priblížia k „hyperhorizontu“ alebo k najväčšej vzdialenosti, ktorú svetlo dokázalo prejsť od začiatku vesmíru.
Tím hovorí, že túto úpravu možno vykonať pridaním jedného rozšírenia k štandardnému kozmologickému modelu. Tento model je známy ako lambda model studenej tmavej hmoty. Po dokončení by modifikácia mala odstrániť nezrovnalosti v meraniach na kozmologických úrovniach bez toho, aby to ovplyvnilo súčasné úspešné použitie všeobecnej teórie relativity.
Čo je všeobecná relativita a môže sa mýliť?
Objav všeobecnej relativity bol taký revolučný, pretože namiesto toho, aby opísal gravitáciu ako tajomnú silu, predpokladal, že gravitácia vzniká zo zakrivenia štruktúry priestoru a času, zjednotená do jedinej entity nazývanej „časopriestor“. Einstein si uvedomil, že toto zakrivenie tvoria predmety s hmotnosťou.
Predstavte si, že na natiahnutú gumenú dosku položíte guličky s narastajúcou hmotnosťou. Tenisová loptička by urobila malú, takmer nebadateľnú jamku; Kriketová loptička by vytvorila výraznejšiu priehlbinu; Bowlingová guľa by vyvolala obrovskú krivku, ktorá by k nej pravdepodobne pritiahla všetko ostatné na hárku. Je to rovnaký koncept s objektmi vo vesmíre, hoci zakrivenie časopriestoru existuje v štyroch dimenziách, takže existujú určité kľúčové rozdiely. Mesiace však majú menšiu hmotnosť ako planéty, planéty majú menšiu hmotnosť ako hviezdy a hviezdy majú menšiu hmotnosť ako galaxie, takže gravitačné účinky týchto nebeských telies sa zvyšujú.
Einsteinova teória gravitácie slúžila ako nástupca Newtonovej, aj keď tá stále dobre slúži v pozemských mierkach a je dostatočne presná na to, aby dopravila rakety na Mesiac. Einsteinova teória by však mohla vysvetliť veci, ktoré Newtonova teória nedokázala, ako napríklad podivnú dráhu Merkúra okolo Slnka.
Nebol to presne Newton omyl Čo sa týka gravitácie, nemal pravdu s mierkami planét, hviezd a galaxií.
Je však všeobecná relativita nesprávna?
No možno nie. Ako teória bola veľmi presná pri predpovedaní aspektov vesmíru, o ktorých sme nič nevedeli. Napríklad prvý obrázok čiernej diery nasnímaný teleskopom Event Horizon Telescope bol odhalený verejnosti v apríli 2019. Tento obrázok bol trochu šokujúci, pretože vzhľad supermasívnej čiernej diery M87* bol podobný predpovediam všeobecnej relativity.
Vedci si však uvedomujú, že so všeobecnou teóriou relativity existujú určité problémy, ktoré si nakoniec môžu vyžadovať revíziu. Napríklad teória sa nespája s kvantovou mechanikou; Náš najlepší popis fyziky je na základných úrovniach menších ako atóm. Je to hlavne preto, že v súčasnosti neexistuje kvantová teória na opis gravitácie.
Takže úpravy všeobecnej teórie relativity v určitom bode s cieľom „rozšíriť“ jej rozsah do najmenších mierok vesmíru – a podľa tohto tímu na tie najväčšie – sa zdajú byť nevyhnutné.
Po celé desaťročia sa vedci pokúšali vytvoriť matematický model, ktorý by pomohol všeobecnej teórii relativity prekonať jej rozpory, a aplikovaní matematici a astrofyzici z University of Waterloo boli hlboko zapojení do tohto úsilia.
Zmeniť všeobecnú teóriu relativity? Čo!
Ak myšlienka revízie všeobecnej teórie relativity znie ako kacírstvo, zvážte, že by to nebolo prvýkrát, čo by sa teórie s tým spojené museli modifikovať.
Krátko potom, čo Einstein prvýkrát predstavil teóriu, on a iní ju rozšírili, aby vytvorili rovnicu na opis stavu vesmíru. V dôsledku všeobecnej teórie relativity táto rovnica predpovedala, že vesmír by sa mal zmeniť. Problémom bol vtedajší vedecký konsenzus, že vesmír je statický. Hoci Einsteinovi nebolo cudzie premieňať status quo na stav neustálej zmeny, náhodou súhlasil s týmto nemenným kozmickým obrazom.
Aby sa zabezpečila predikcia statického vesmíru podľa všeobecnej teórie relativity, Einstein pridal „korekčný faktor“, ktorý neskôr opísal ako „svoju najväčšiu chybu“: toto je známe ako kozmologická konštanta, reprezentovaná gréckym písmenom lambda. Konštanta by bola odstránená z myslenia, keď Edwin Hubble presvedčil Einsteina, že vesmír nie je statický. Povedal, že sa rozširuje. Pokiaľ dnes vieme, Hubble mal v skutočnosti pravdu.
Lambda sa však skutočne vráti. Inú funkciu začne plniť na konci 20. storočia, keď astronómovia zistia, že vesmír sa nielen rozpína, ale že sa zrýchľuje.
„Takmer pred storočím astronómovia zistili, že náš vesmír sa rozpína,“ uviedol vo vyhlásení Niayesh Afsharid, profesor astrofyziky na University of Waterloo a výskumník z Ocean Institute. „Čím sú galaxie vzdialenejšie, tým rýchlejšie sa pohybujú až do bodu, kedy sa zdá, že sa pohybujú rýchlosťou blízkou rýchlosti svetla, čo je maximum, ktoré umožňuje Einsteinova teória nestačí.“
Návrh tímu University of Waterloo o „kozmickej poruche“ modulujúcej gravitáciu na obrovské vzdialenosti rozširuje Einsteinove matematické vzorce tak, aby to riešili bez „zvrhnutia“ teórie.
„Premýšľajte o tom ako o poznámke pod čiarou k Einsteinovej teórii,“ povedal Wen. „Keď sa dostanete do Kozmickej ríše, platia zmluvné podmienky.“
Vedci stojaci za touto teóriou kozmických závad naznačujú, že budúce pozorovania rozsiahlej štruktúry vesmíru a poľa globálneho „fosílneho“ žiarenia nazývaného kozmické mikrovlnné pozadie (CMB) z udalosti, ktorá nastala krátko po Veľkom tresku, by mohli vrhnúť svetlo. o tom, či sú za súčasné „kozmické napätie“ zodpovedné kozmické závady v Gravitácii.
To by mohlo zahŕňať, prečo kvantová teória udáva hodnotu lambda, čo je úžasný faktor 10¹²¹ (10 nasledovaný 120 nulami), ktorý je väčší, než ukazujú astronomické pozorovania (niet divu, že niektorí fyzici to nazývajú „najhoršia teoretická predpoveď v histórii vesmíru“. “). Fyzika!“).
„Tento nový model môže byť len prvým dôkazom v kozmickej skladačke, ktorú začíname rozlúštiť v priestore a čase,“ uzavrel Afshordi.
Výskum tímu sa objavuje v Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
„Organizátor. Spisovateľ. Zlý kávičkár. Evanjelista všeobecného jedla. Celoživotný fanúšik piva. Podnikateľ.“
