Bilim adamları Einstein’ın göreliliğini kozmolojik ölçekte test ettiler ve garip bir şey buldular: ScienceAlert

Evrendeki her şeyin yerçekimi vardır ve bunu da hisseder. Bununla birlikte, fizikçilere en büyük meydan okumaları sunan da bu en yaygın temel kuvvettir.

Albert Einstein’ın genel görelilik kuramı Yıldızların ve gezegenlerin yerçekimsel çekimini açıklamakta oldukça başarılıydı, ancak tüm ölçeklerde tam olarak doğru görünmüyor.

Genel görelilik Uzun yıllar gözlem testlerinden geçti, Eddington ölçümü 1919’da güneşten gelen yıldız ışığının kırılmasından Yerçekimi dalgalarının en son tespiti.

Bununla birlikte, onu çok küçük mesafelerde uygulamaya çalıştığımızda anlayışımızdaki boşluklar ortaya çıkmaya başlar ve nerede Kuantum mekaniği yasaları işe yarıyorveya tüm evreni tanımlamaya çalıştığımızda.

Yeni çalışmamız, Yayınlanan doğal astronomiŞimdi Einstein’ın teorisini en büyük ölçeklerde test etti.

Yaklaşımımızın bir gün kozmolojideki en büyük gizemlerden bazılarının çözülmesine yardımcı olabileceğine inanıyoruz ve sonuçlar genel göreliliğin bu ölçekte değiştirilmesi gerekebileceğini gösteriyor.

kusurlu model?

Kuantum teorisi, boş uzayın, boşluğun enerjiyle dolu olduğunu öngörür. Cihazlarımız toplam miktarlarından ziyade yalnızca enerjideki değişiklikleri ölçebildiği için varlıklarını fark etmiyoruz.

Bununla birlikte, Einstein’a göre, vakum enerjisinin itici bir çekiciliği vardır – boş alanı birbirinden uzaklaştırır. İlginç bir şekilde, 1998’de evrenin genişlemesinin aslında hızlanmakta olduğu keşfedildi (bu keşif 2011 Nobel Fizik Ödülü).

Ancak, vakum enerjisinin miktarı veya karanlık enerji Daha önce de söylendiği gibi, ivmenin kuantum teorisinin öngördüğünden çok daha küçük büyüklük mertebeleri olduğunu açıklamak gerekir.

Bu nedenle, “Eski Kozmolojik Sabit Problem” olarak adlandırılan büyük soru, boşluk enerjisinin gerçekten çekilip çekilmediğidir – yerçekimi kuvvetine yol açar ve evrenin genişlemesini değiştirir.

Evet ise, çekiciliği neden beklenenden çok daha zayıf? Bir boşluk hiç çekilmiyorsa, kozmik ivmeye ne sebep olur?

Karanlık enerjinin ne olduğunu bilmiyoruz ama evrenin genişlemesini açıklamak için varlığını varsaymamız gerekiyor.

Aynı şekilde, bir tür görünmez maddenin varlığının da var olduğunu varsaymamız gerekir. karanlık maddeGalaksilerin ve kümelerin bugün onları gözlemlediğimiz şekilde nasıl evrimleştiğini açıklamak.

Bu varsayımlar, bilim adamlarının Soğuk Karanlık Madde Lambda Modeli (LCDM) olarak adlandırılan standart kozmolojik teorisine dahil edildi – bu, evrende karanlık enerjinin yüzde 70’inin, karanlık maddenin yüzde 25’inin ve sıradan maddenin yüzde 5’inin olduğunu öne sürüyor. Bu model, kozmologların son 20 yılda topladığı tüm verileri uydurmada oldukça başarılı olmuştur.

Ancak evrenin büyük bir kısmının tuhaf, anlamsız değerler alan kuvvetler ve karanlık maddeden oluşması gerçeği, birçok fizikçiyi Einstein’ın yerçekimi teorisinin tüm evreni tanımlamak için değiştirilmesi gerekip gerekmediğini merak etmeye yöneltti.

Birkaç yıl önce kozmik genişleme oranını ölçmenin farklı yollarının, Hubble sabitifarklı cevaplar verin – olarak bilinen bir sorun Hubble gerilimi.

Hubble sabitinin iki değeri arasındaki uyuşmazlık veya gerilim.

Birincisi, eşleşmek üzere geliştirilen LCDM kozmolojik modeli tarafından tahmin edilen sayıdır. Big Bang’in bıraktığı ışık ( kozmik mikrodalga arka plan radyasyon).

Diğeri ise uzak galaksilerdeki süpernovaları gözlemleyerek ölçülen genişleme hızıdır.

Hubble gerilimini açıklamak için LCDM modülasyon yöntemleri için birkaç teorik fikir önerilmiştir. Bunlar arasında alternatif yerçekimi teorileri vardır.

Cevap aranıyor

Evrenin Einstein’ın teorisinin kurallarına uyup uymadığını kontrol etmek için testler tasarlayabiliriz.

Genel görelilik, yerçekimini, ışık ve maddenin seyahat ettiği yolları büken uzay ve zamanın eğriliği veya sapması olarak tanımlar. Daha da önemlisi, ışık ve madde ışınlarının yollarının yerçekimi tarafından aynı şekilde bükülmesi gerektiğini tahmin ediyor.

Bir kozmolog ekibiyle birlikte genel göreliliğin temel yasalarını test ettik. Einstein’ın teorisini değiştirmenin, Hubble gerilimi gibi kozmolojideki bazı açık problemleri çözmeye yardımcı olup olmayacağını da araştırdık.

Genel göreliliğin büyük ölçeklerde doğru olup olmadığını bulmak için, ilk kez onun üç yönünü aynı anda incelemeye başladık. Bunlar evrenin genişlemesi, yerçekiminin ışık üzerindeki etkileri ve yerçekiminin madde üzerindeki etkileriydi.

Bayes çıkarımı olarak bilinen istatistiksel bir yöntem kullanarak, bu üç parametreye dayalı bir bilgisayar modelinde kozmik tarih aracılığıyla evrenin yerçekimini yeniden oluşturduk.

Planck uydusundan gelen kozmik mikrodalga arka plan verilerini, süpernova kataloglarını ve ayrıca uzak galaksilerin şekil ve dağılımına ilişkin gözlemleri kullanarak parametreleri tahmin edebiliriz. SDSS Ve DE teleskoplar.

Ardından, yeniden yapılanmamızı LCDM modeline (esas olarak Einstein’ın modeli) ilişkin tahminle karşılaştırdık.

Oldukça düşük istatistiksel anlamlılığa sahip olsa da, Einstein’ın tahminleriyle olası bir uyumsuzluk hakkında ilginç ipuçları bulduk.

Bu, yerçekiminin büyük ölçeklerde farklı şekilde çalışma olasılığının hala olduğu ve genel göreliliğin değiştirilmesi gerekebileceği anlamına gelir.

Çalışmamız ayrıca, sadece yerçekimi teorisini değiştirerek Hubble gerilim problemini çözmenin çok zor olduğunu buldu.

Belki de tam bir çözüm, kozmolojik modelin, protonların ve elektronların hidrojen oluşturmak üzere ilk kez birleştiği zamandan önce var olan yeni bir bileşenini gerektirecektir. büyük patlamaözel bir karanlık madde biçimi, erken bir tür karanlık enerji veya ilkel manyetik alanlar gibi.

Ya da belki verilerde bilinmeyen bir sistematik hata vardır.

Ancak çalışmamız, gözlemsel veriler kullanılarak kozmik mesafelerde genel göreliliğin geçerliliğini test etmenin mümkün olduğunu göstermiştir. Hubble sorununu henüz çözememiş olsak da, birkaç yıl içinde yeni sondalardan çok fazla veriye sahip olacağız.

Bu, genel göreliliği daha fazla değiştirmek ve modifikasyonların sınırlarını keşfetmek, kozmolojideki bazı açık zorlukları çözmenin yolunu açmak için bu istatistiksel yöntemleri kullanabileceğimiz anlamına geliyor.

Kazuya Koyamakozmoloji profesörü, Portsmouth Üniversitesi Ve Levon Bogosyanfizik profesörü, Simon Fraser Universitesi

Bu makale şuradan yeniden yayınlandı: Konuşma Creative Commons Lisansı altında. Okumak orijinal makale.