Теорію відносності Ейнштейна перевірили у космічному масштабі: з'явилися невідповідності

Вчені Кадзуя Кояма з Університету Портсмута, Великобританія та Левон Погосян з Університету Саймона Фрейзера, Канада, представили своє нове дослідження, в якому вони вирішили перевірити теорію відносності Ейнштейна в космічному масштабі. Їхні результати говорять про те, що можливо цю теорію потрібно буде змінити, пише ScienceAlert.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та захопливі новини зі світу науки!

Непрацююча теорія

Загальна теорія відносності Альберта Ейнштейна успішно працює при описі гравітації зірок і планет, але вчені вважають, що її не можна ідеально застосувати в масштабах Всесвіту.

"Невідповідності в цій теорії починають з'являтися, коли ми намагаємося застосувати її до дуже маленьких відстаней, де діють закони квантової механіки, або коли ми намагаємося описати весь Всесвіт. Тому ми створили модель для того, щоб перевірити працездатність теорії Ейнштейна в космічному масштабі. Те, що в нас вийшло, показує, що загальна теорія відносності, можливо, потребує виправлення", — каже Кояма.

Квантова теорія передбачає, що весь космічний вакуум заповнений невидимою енергією і можна помітити лише її зміни, але не дізнатися про її загальну кількість. Але, згідно з Ейнштейном, ця енергія має відштовхувальну гравітацію і може розширювати весь порожній простір. До речі, наприкінці 90-х років минулого століття вчені з'ясували, що розширення Всесвіту насправді прискорюється. Але кількість цієї темної енергії, як її почали називати, набагато менша, ніж передбачає квантова теорія.

"Тому виникло важливе питання: чи має темна енергія гравітацію і чи може вона надавати гравітаційний вплив на розширення Всесвіту? Якщо це так, то чому її гравітація набагато слабша, ніж вважалося? Якщо ж гравітації взагалі немає у цієї енергії, то що викликає космічне прискорення?", — Каже Погосян.

Темна енергія та темна матерія

За словами вчених, досі невідомо, що собою являє темна енергія, але треба вважати, що вона існує, щоб пояснити розширення Всесвіту. Так само не зовсім зрозуміло, чим є темна енергія, але вона повинна існувати, щоб пояснити, як галактики та скупчення галактик еволюціонували з часом саме так, якими ми їх знаємо сьогодні.

"Ці припущення є частиною стандартної космологічної моделі, яка називається Модель Лямбда-CDM. Ця модель передбачає, що Всесвіт складається на 70% темної енергії, на 25% темної матерії і на 5% звичайної матерії. Ця модель успішно узгоджувалася з усіма даними, які зібрали вчені за останні десятиліття. Але той факт, що наш Всесвіт складається на 95% з незвичайних темної енергії та темної матерії, змусив багатьох учених задуматися про те, що теорія гравітації Ейнштейна потребує зміни, щоб описати весь космос", — говорить Кояма.

Розширення Всесвіту та проблеми в оцінці його швидкості

Але нещодавно вчені з'ясували, що різні способи вимірювання швидкості розширення Всесвіту, який називається постійною Габбла, дають різні результати. Це почали називати проблемою Габбла. Розбіжності виникають між двома значеннями постійної Габбла:

• Значення, яке передбачає Модель Лямбда-CDM, яке відображало швидкість розширення відповідно до реліктового випромінювання, яке залишилося після Великого вибуху.
• Значення, яке показує швидкість розширення Всесвіту при спостереженні за вибухами наднових у далеких галактиках.

Фокус вже писав, що вчені підтвердили наявні відмінності між двома різними способами оцінки швидкості розширення нашого Всесвіту.

Вчені запропонували багато способів пояснити ці розбіжності, зокрема й альтернативну теорію гравітації. Фокус вже писав про те, що недавнє дослідження показало, що вчені, можливо, знайшли підтвердження цієї альтернативної теорії гравітації.

Перевірка теорії Ейнштейна на міцність

"У межах нового дослідження ми вирішили перевірити, чи підпорядковується весь Всесвіт тим правилам, які обґрунтував у своїй теорії Альберт Ейнштейн. Загальна теорія відносності описує гравітацію як викривлення простору та часу, тобто викривлення шляхів, якими рухаються світло і матерія. Тобто випромінювання і матерія має викривлятися під дією гравітації", — каже Погосян.

Щоб з'ясувати, чи правильна загальна теорія відносності в космічних масштабах, вчені вперше вирішили одночасно дослідити три її важливі складові:

• розширення Всесвіту;
• вплив гравітації на світло;
• вплив гравітації на матерію.

"Ми реконструювали гравітацію Всесвіту в комп'ютерній моделі, заснованій на цих трьох параметрах. Ми використовували дані про вимірювання реліктового випромінювання, а також дані про наднові та про розподіл далеких галактик. Потім ми порівняли нашу реконструкцію з передбаченням моделі Модель Лямбда-CDM, а по суті це модель Ейнштейна. У результаті ми знайшли натяк на те, що існують невідповідності у пророкуваннях Ейнштейна. Хоча ця розбіжність має дуже маленьку статистичну похибку, але вона існує", — каже Кояма.

Теорію відносності доведеться виправити

Вчені вважають, що існує велика ймовірність того, що гравітація працює не так, як передбачає теорія Ейнштейна у великих космічних масштабах. І швидше за все загальна теорія відносності потребує виправлення.

"Наше дослідження також показало, що дуже складно вирішити проблему Габбла, лише змінивши теорію гравітації. Повне вирішення цієї проблеми вимагає нового компонента космологічної моделі, який існував до того, як протони та електрони вперше об'єдналися у водень одразу після Великого вибуху. Це може бути особлива форма темної матерії або ранній різновид темної енергії. А може бути в отриманих даних про космос існує якась невідома помилка", — каже Кояма.

Фокус також писав про ще одну теорію, яку запропонували американські вчені в недавньому дослідженні, яка свідчить, що наш Всесвіт не починався з Великого вибуху. Це була наступна фаза його еволюції.