Totul în univers are gravitație. Dar cea mai comună dintre toate forțele fundamentale este și cea care prezintă cele mai mari provocări pentru fizicieni. Teoria relativității generale a lui Albert Einstein a avut un succes remarcabil în a descrie gravitația stelelor și planetelor, însă nu pare să se aplice perfect la toate scările.
Relativitatea generală a trecut mulți ani de teste observaționale, de la măsurarea lui Eddington a devierii luminii stelelor de către Soare în 1919, până la detectarea recentă a undelor gravitaționale. Cu toate acestea, lacune în înțelegerea noastră încep să apară atunci când încercăm să o aplicăm la distanțe extrem de mici, unde funcționează legile mecanicii cuantice sau când încercăm să descriem întregul univers.
Un nou studiu, publicat în Nature Astronomy, a testat acum teoria lui Einstein la cea mai mare scară. Cercetătorii cred că abordarea aceasta ar putea ajuta într-o zi la rezolvarea unora dintre cele mai mari mistere din cosmologie, iar rezultatele sugerează că teoria relativității generale ar putea avea nevoie să fie modificată la această scară.
Vidul are propria energie
Teoria cuantică prezice că spațiul gol, vidul, este plin de energie. Nu observăm prezența acestuia, deoarece dispozitivele noastre pot măsura doar modificările de energie, mai degrabă decât cantitatea sa totală. Cu toate acestea, potrivit lui Einstein, energia vidului are o gravitație respingătoare – împinge spațiul gol în afară. Interesant este că în 1998, s-a descoperit că expansiunea universului se accelerează, de fapt (o constatare premiată cu premiul Nobel pentru fizică în 2011). Cu toate acestea, cantitatea de energie în vid, sau energia întunecată, așa cum a fost numită, necesară pentru a explica accelerația este cu multe ordine de mărime mai mică decât ceea ce prezice teoria cuantică.
Prin urmare, marea întrebare, numită „vechea problemă a constantei cosmologice”, este dacă energia vidului gravitează, de fapt – exercitând o forță gravitațională și schimbând expansiunea universului. Dacă da, atunci de ce gravitația sa este mult mai slabă decât se prevedea? Dacă vidul nu gravitează deloc, ce cauzează accelerația cosmică?
Ce este energia întunecată?
Nu știm ce este energia întunecată, dar trebuie să presupunem că există pentru a explica expansiunea universului. În mod similar, trebuie să presupunem că există un tip de prezență de materie invizibilă, numită materie întunecată, pentru a explica modul în care galaxiile și clusterele au evoluat pentru a fi așa cum le observăm astăzi. Aceste ipoteze sunt incluse în teoria cosmologică standard a oamenilor de știință, numită modelul lambda de materie întunecată rece (LCDM) – sugerând că există 70% energie întunecată, 25% materie întunecată și 5% materie obișnuită în cosmos. Acest model a avut un succes remarcabil în a potrivi toate datele colectate de cosmologi în ultimii 20 de ani.
Dar faptul că cea mai mare parte a universului este alcătuită din forțe și substanțe întunecate, luând valori ciudate care nu au sens, i-a determinat pe mulți fizicieni să se întrebe dacă teoria gravitației lui Einstein are nevoie de modificare pentru a descrie întregul univers. O nouă întorsătură de situație a apărut acum câțiva ani, când a devenit evident că diferite moduri de măsurare a ratei expansiunii cosmice, numite constanta Hubble, dau răspunsuri diferite – o problemă cunoscută sub numele de tensiune Hubble.
Dezacordul sau tensiunea este între două valori ale constantei Hubble: unul este numărul prezis de modelul cosmologic LCDM, care a fost dezvoltat pentru a se potrivi cu lumina rămasă de la Big Bang. Celălalt este rata de expansiune măsurată prin observarea stelelor care explodează, cunoscute sub numele de supernove în galaxii îndepărtate. Au fost propuse multe idei teoretice pentru modalități de modificare a LCDM, pentru a explica tensiunea Hubble. Printre acestea se numără teoriile gravitaționale alternative.
Fiți la curent cu ultimele noutăți. Urmăriți DCNews și pe Google News
