Az Univerzumban mindennek van gravitációja. Ez az alapvető erők közül a legáltalánosabb, és egyben a legnagyobb kihívások elé állítja a fizikusokat.

Albert Einstein általános relativitáselmélete figyelemre méltóan sikeresnek bizonyult a csillagok és bolygók gravitációjának leírásában, de úgy tűnik, nem alkalmazható tökéletesen minden léptékben.

Az általános relativitáselmélet sokéves megfigyelési teszteken ment át, kezdve Eddington 1919-es mérésétől a csillagfény Nap általi eltérítésének mérésén át a gravitációs hullámok közelmúltbeli észleléséig. Azonban problémák lépnek fel, amikor rendkívül kis távolságokra próbáljuk meg alkalmazni, ahol a kvantummechanika törvényei működnek, vagy amikor megpróbáljuk leírni az egész világegyetemet.

Ha tovább olvasnál: Albert Einstein 100 éve lett Nobel-díjas − 10 érdekesség a világ leghíresebb tudósáról

A Nature Astronomy című szaklapban megjelent új tanulmány most a legnagyobb léptékben tesztelte Einstein elméletét.

A kvantumelmélet szerint az üres tér, a vákuum tele van energiával. Nem vesszük észre a jelenlétét, mert eszközeink csak az energia változását képesek mérni, a teljes mennyiségét nem. Einstein szerint azonban a vákuum energiájának taszító gravitációja van − szétnyomja az üres teret. Érdekes módon 1998-ban felfedezték, hogy az Univerzum tágulása valójában gyorsul.

A gyorsulás megmagyarázásához szükséges vákumenergia, vagy másnéven sötét energia mennyisége azonban nagyságrendekkel kisebb, mint amit a kvantumelmélet jósol.

Ezért a „régi kozmológiai állandó problémájának” nevezett nagy kérdés az, hogy a vákumenergia valóban gravitál-e, és megváltoztatja-e a világegyetem tágulását.

Nem tudjuk pontosan, mi az a sötét energia, de feltételeznünk kell létezését, hogy megmagyarázzuk az Univerzum tágulását. Ahogy azt is, hogy létezik egyfajta láthatatlan anyag, amit sötét anyagnak nevezünk, amivel megmagyarázhatjuk, hogyan fejlődtek ki a galaxisok és halmazok olyanná, amilyennek ma megfigyeljük őket

Ezek a feltételezések beépültek a tudósok standard kozmológiai elméletébe, az úgynevezett lambda hideg sötét anyag (LCDM) modellbe, amely szerint a kozmoszban 70 százalékban sötét energia, 25 százalékban sötét anyag és 5 százalékban közönséges anyag található.

Ez is érdekelhet: Tévedett volna Einstein? Hibát találhattak a relativitáselméletben

Néhány évvel ezelőtt új fordulatot hozott, amikor kiderült, hogy a Hubble-állandónak nevezett kozmikus tágulás mértékének különböző mérési módjai eltérő válaszokat adnak − ez a probléma Hubble-feszültség néven ismert. A nézeteltérés a Hubble-állandó két értéke között áll fenn.

Az egyik az LCDM kozmológiai modell által megjósolt érték, amelyet az ősrobbanásból visszamaradt fény (a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás) alapján fejlesztettek ki. A másik a tágulási sebesség, amelyet a távoli galaxisokban felrobbanó csillagok, úgynevezett szupernóvák megfigyelésével mértek.

Egy kozmológusokból álló csapat próbára tette az általános relativitáselmélet alapvető törvényeit. Először három aspektusát vizsgálták: az Univerzum tágulását, a gravitáció fényre gyakorolt hatását és a gravitációnak az anyagra gyakorolt hatását.

Kép: Shutterstock

A Bayes-féle következtetésnek nevezett statisztikai módszerrel rekonstruálták az Univerzum gravitációját a kozmikus történelem során egy számítógépes modellben e három paraméter alapján. A paramétereket a Planck műhold kozmikus mikrohullámú háttéradatai, szupernóva-katalógusok, valamint a távoli galaxisok alakjának és eloszlásának az SDSS és DES teleszkópok által végzett megfigyelései alapján tudták megbecsülni. Ezután összehasonlították a rekonstrukciót az LCDM modell (lényegében Einstein modellje) előrejelzésével.

Érdekes utalásokat találtak az Einstein előrejelzésével való lehetséges eltérésre, bár meglehetősen alacsony statisztikai szignifikanciával.

Ez azt jelenti, hogy fennáll a lehetősége annak, hogy a gravitáció nagy léptékeken másképp működik, és hogy az általános relativitáselméletet esetleg módosítani kell.

A teljes megoldáshoz valószínűleg a kozmológiai modell egy új összetevőjére lenne szükség, amely már azelőtt jelen volt, hogy a protonok és elektronok először egyesültek hidrogénné, közvetlenül az ősrobbanás után, például a sötét anyag egy speciális formájára, a sötét energia egy korai típusára vagy az ősmágneses mezőkre.

Mindezek ellenére a tanulmány bebizonyította, hogy megfigyelési adatok segítségével kozmológiai távolságokra is tesztelhető az általános relativitáselmélet érvényessége. Bár a Hubble-problémát még nem oldották meg, néhány éven belül sokkal több adat lesz az új szondákból.

Forrás: Science Alert