En kosmisk fejl i tyngdekraften:Ny model kan forklare mærkelig adfærd på en kosmisk skala

En gruppe forskere ved University of Waterloo og University of British Columbia har opdaget en potentiel "kosmisk fejl" i universets tyngdekraft, hvilket forklarer dets mærkelige adfærd på en kosmisk skala.

Artiklen er offentliggjort i Journal of Cosmology and Astroparticle Physics .

I de sidste 100 år har fysikere stolet på Albert Einsteins teori om "generel relativitet" for at forklare, hvordan tyngdekraften fungerer i hele universet. Generel relativitet, bevist nøjagtig ved utallige tests og observationer, antyder, at tyngdekraften ikke blot påvirker tre fysiske dimensioner, men også en fjerde dimension:tid.

"Denne tyngdekraftsmodel har været afgørende for alt fra teoretisering af Big Bang til fotografering af sorte huller," sagde Robin Wen, hovedforfatteren på projektet og en nylig uddannet Waterloo Mathematical Physics.

"Men når vi forsøger at forstå tyngdekraften på en kosmisk skala, på skalaen af ​​galaksehobe og videre, støder vi på tilsyneladende uoverensstemmelser med forudsigelserne om generel relativitet. Det er næsten, som om tyngdekraften i sig selv holder op med at passe perfekt til Einsteins teori. Vi kalder denne inkonsistens. en 'kosmisk fejl':tyngdekraften bliver omkring en procent svagere, når man håndterer afstande i milliarder af lysår."

I mere end tyve år har fysikere og astronomer forsøgt at skabe en matematisk model, der forklarer de tilsyneladende uoverensstemmelser i den generelle relativitetsteori. Mange af disse bestræbelser har fundet sted på Waterloo, som har en lang historie med banebrydende gravitationsforskning, som er et resultat af et igangværende tværfagligt samarbejde mellem anvendte matematikere og astrofysikere.

"For næsten et århundrede siden opdagede astronomer, at vores univers udvider sig," sagde Niayesh Afshordi, professor i astrofysik ved University of Waterloo og forsker ved Perimeter Institute.

"Jo længere væk galakser er, jo hurtigere bevæger de sig, til det punkt, at de ser ud til at bevæge sig med næsten lysets hastighed, det maksimale tilladte af Einsteins teori. Vores fund tyder på, at på netop de skalaer kan Einsteins teori også være utilstrækkelig."

Forskerholdets nye model for en "kosmisk fejl" modificerer og udvider Einsteins matematiske formler på en måde, der løser inkonsistensen af ​​nogle af de kosmologiske målinger uden at påvirke eksisterende succesfulde anvendelser af generel relativitetsteori.

"Tænk på det som en fodnote til Einsteins teori," sagde Wen. "Når du når en kosmisk skala, gælder vilkår og betingelser."

"Denne nye model er måske bare det første spor i et kosmisk puslespil, vi begynder at løse på tværs af rum og tid," sagde Afshordi.

Flere oplysninger: Robin Y. Wen et al., A cosmic glitch in gravity, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (2024). DOI:10.1088/1475-7516/2024/03/045

Leveret af University of Waterloo