En grupp forskare vid University of Waterloo och University of British Columbia har upptäckt ett potentiellt ”kosmiskt fel” i universums gravitation, vilket förklarar dess märkliga beteende på en kosmisk skala.
Artikeln är publicerad i Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
Under de senaste 100 åren har fysiker förlitat sig på Albert Einsteins teori om ”allmän relativitet” för att förklara hur gravitationen fungerar i hela universum. Den allmänna relativitetsteorin, som har bekräftats genom otaliga tester och observationer, visar att gravitationen inte bara påverkar tre fysiska dimensioner utan även en fjärde dimension: tiden.
”Den här gravitationsmodellen har varit avgörande för allt från att teoretisera Big Bang till att fotografera svarta hål”, säger Robin Wen, huvudförfattare i projektet och nyligen utexaminerad från Waterloo Mathematical Physics.
”Men när vi försöker förstå gravitationen på en kosmisk skala, i galaxhopar och ännu större, stöter vi på uppenbara inkonsekvenser med den allmänna relativitetsteorins förutsägelser. Det är nästan som om gravitationen själv slutar att stämma perfekt med Einsteins teori. Vi kallar denna inkonsekvens för en ”kosmisk glitch”: gravitationen blir cirka en procent svagare när det handlar om avstånd på miljarder ljusår.”
I mer än tjugo år har fysiker och astronomer försökt att skapa en matematisk modell som förklarar de uppenbara inkonsekvenserna i den allmänna relativitetsteorin. Många av dessa ansträngningar har ägt rum vid Waterloo, som har en lång historia av banbrytande gravitationsforskning som är resultatet av ett pågående tvärvetenskapligt samarbete mellan tillämpade matematiker och astrofysiker.
”För nästan hundra år sedan upptäckte astronomerna att vårt universum expanderar”, säger Niayesh Afshordi, professor i astrofysik vid University of Waterloo och forskare vid Perimeter Institute.
”Ju längre bort galaxerna befinner sig, desto snabbare rör de sig, till den grad att de verkar röra sig med nästan ljusets hastighet, vilket är det högsta tillåtna enligt Einsteins teori. Vår upptäckt tyder på att Einsteins teori kan vara otillräcklig även på just dessa skalor.”
Forskargruppens nya modell av en ”kosmisk glitch” modifierar och utvidgar Einsteins matematiska formler på ett sätt som löser inkonsekvensen i vissa av de kosmologiska mätningarna utan att påverka befintliga framgångsrika tillämpningar av den allmänna relativitetsteorin.
”Tänk på det som en fotnot till Einsteins teori”, säger Wen. ”När du når en kosmisk skala gäller andra villkor och förutsättningar.”
”Den här nya modellen kan bara vara den första ledtråden i ett kosmiskt pussel som vi börjar lösa över tid och rum”, säger Afshordi.
Ytterligare information: 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
