„Космическият срив“ във Вселената накара астрономите да преосмислят теорията на относителността на Айнщайн

През последните 100 години безброй изследвания доказаха, че най-великата теория на Алберт Айнщайн – неговата обща теория на относителността – е практически непробиваема и може да направи всичко – от предсказване на поведението на черните дупки до управление на GPS технологията.

Но тъй като учените се въоръжават с все по-мощни и усъвършенствани технологии, които могат да надникнат в космоса с безпрецедентни подробности, те виждат явления, които не могат да обяснят с теорията на Айнщайн.

Общата теория на относителността на Айнщайн твърди, че кривината на пространство-времето причинява гравитацията. Но когато мащабите се увеличат, като например клъстери от галактики, простиращи се на милиарди светлинни години, законите на теорията на гравитацията се променят.

„Сякаш самата гравитация престава да съответства напълно на теорията на Айнщайн“,

казва Робин Уен, наскоро завършил Университета на Ватерлоо, в прессъобщение на университета.

Уен е част от съвместна работна група в Университета на Ватерло и Университета на Британска Колумбия, която се опитва да разреши тази загадка, наричайки това несъответствие в теорията на Айнщайн „космически бъг„.

Тяхното ново изследване, публикувано в рецензираното списание Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, показва, че гравитацията става с около 1% по-слаба при много големи мащаби. Ако гравитацията се държеше в съответствие с теорията на Айнщайн, тази разлика от 1% не би трябвало да съществува.

Космолозите скоро няма да се откажат от общата теория на относителността. Тя все още е забележително точна рамка за разбиране на гравитацията в малките мащаби.

„Не е като да нарушаваме работата на GPS или на черна дупка. Просто се опитвахме да видим дали има някакви отклонения при най-големите мащаби“,

казва Уен пред Business Insider.

Ако този срив наистина съществува, той може да помогне на космолозите да обяснят някои от най-големите загадки на Вселената.

Отслабването на космологичната напрегнатост

Изследователският екип е преглеждал данните за космическия микровълнов фон, когато е открил тази очевидна грешка.

Космическият микровълнов фон е огромно разсейване в цялото пространство на продължително невидимо излъчване, останало от Големия взрив. Учените го използват, за да разберат най-ранните етапи от еволюцията на Вселената, например как са се формирали първите галактики и какво се е случило непосредствено след Големия взрив.

Вен и колегите му използват модел, основан на фундаментални физични закони, като общата теория на относителността на Айнщайн, и сравняват прогнозите на модела за това как трябва да изглеждат данните за CMB (CMB Cosmic microwave background) с действителните наблюдения на CMB.

Техният научен модел не съвпада с наблюденията – с това, което виждаме в далечната Вселена.

Въпреки това, когато коригираха теорията на Айнщайн, за да отчетат гравитационния дефицит от 1%, моделът им е започнал да съвпада по-точно с данните от наблюденията, каза Уен в интервю по електронната поща за BI.

Корекцията от 1% може да изглежда малка, но е достатъчна, за да подскаже, че теорията на Айнщайн се нуждае от преосмисляне. Нещо повече, грешката може да ни помогне да разберем по-добре някои неясни особености на поведението на Вселената.

Нестандартното мислене

Фактът, че този космически проблем би могъл да помогне на астрономите да решат проблема с напрежението на Хъбъл, е добра индикация, че той наистина съществува. Но това изследване не е окончателно доказателство за наличието на гравитационен дефицит от 1% в големи мащаби – казва Уен.

Все още съществува вероятност този пропуск да е резултат от статистическа грешка.

„С бъдещите данни през следващите 10 години трябва да видим дали това наистина е реално откриване или просто флуктуация, дължаща се на статистическа обработка на данните“,

казва Уен.

Валерио Фараони, професор по физика и временно изпълняващ длъжността декан на Факултета по природни науки в Бишъпския университет, заяви пред изданието BI, че е разумно да се смята, че може да съществува пропуск, тъй като общата теория на относителността не е била тествана в далечната вселена.

Затова е „напълно възможно, поне по принцип, да не разбираме гравитацията в големите мащаби„, каза Фараони, който не е участвал в изследването.

Той смята, че за да разрешим противоречията между прогнозите и наблюденията на нашата Вселена, трябва да мислим нестандартно. И това изследване на „космическите проблеми“ има за цел да направи точно това.

„Вероятно се нуждаем от нещо скандално“, казва той. „Наистина изглежда екзотично, изглежда странно. Но мисля, че трябва да сме напълно отворени за всички тези странни идеи“.

След това Уен и колегите му подробно ще проучат новите данни от Спектроскопския инструмент за тъмна енергия (DESI, Dark Energy Spectroscopic Instrument). DESI измерва ефекта на тъмната енергия върху скоростта на разширяване на Вселената и създава най-голямата 3D карта на Космоса досега.

DESI също така установи, че тъмната енергия, подобно на гравитацията, не се държи по начина, по който астрономите очакват, че ще се държи в големи космологични мащаби. Уен иска да разбере дали тези два „бъга“ са свързани, което би предоставило още едно доказателство, че общата теория на относителността трябва да бъде коригирана.

Но дори и той е скептичен относно ограниченията на общата теория на относителността.

„Ако ме помолите да направя залог, бих заложил на ОТО. В края на краищата ОТО работи перфектно, нали? Що се отнася до алтернативните модели, на този етап е трудно да се каже нещо за тях“,

казва той.