科学者はアインシュタインの相対性理論を宇宙規模でテストし、何か奇妙なことを発見しました: ScienceAlert

宇宙のすべてのものには重力があり、それも感じています。 ただし、物理学者に最大の課題を提示するのは、この最も一般的な基本的な力でもあります。

アルバート・アインシュタインの一般相対性理論 星や惑星の引力を説明するのに非常に成功しましたが、すべてのスケールで完全に真実ではないようです.

一般相対論 長年の観測試験に合格し、 エディントン測定 1919年の太陽からの星の光の回折から 重力波の最新の検出.

しかし、非常に短い距離でそれを適用しようとすると、理解にギャップが生じ始めます。 量子力学の法則が働く、または宇宙全体を説明しようとするとき。

私たちの新しい研究は、 で掲示されます 自然天文学彼は現在、アインシュタインの理論を最大規模でテストしています。

私たちのアプローチは、いつか宇宙論の最大の謎のいくつかを解決するのに役立つと信じており、その結果は、一般相対性理論をこのスケールで修正する必要があるかもしれないことを示唆しています.

欠陥モデル？

量子論は、空の空間、空虚はエネルギーに満ちていると予測しています。 私たちのデバイスは、それらの総量ではなくエネルギーの変化しか測定できないため、それらの存在に気づきません。

しかし、アインシュタインによれば、真空のエネルギーには斥力があり、空の空間を引き離します。 興味深いことに、1998 年に、宇宙の膨張が実際に加速していることが発見されました (この発見は、 2011年ノーベル物理学賞）。

ただし、真空エネルギーの量、または 暗黒エネルギー 言われているように、加速は量子論が予測するものより何桁も小さいことを説明する必要があります。

したがって、「古い宇宙論的定数問題」と呼ばれる大きな問題は、真空エネルギーが本当に引き寄せられているかどうかです-重力を生じさせ、宇宙の膨張を変えます.

はいの場合、その魅力が予想よりもはるかに弱いのはなぜですか? 真空がまったく引き付けられない場合、宇宙加速の原因は何ですか?

暗黒エネルギーが何であるかはわかりませんが、宇宙の膨張を説明するにはその存在を仮定する必要があります。

同様に、目に見えない物質と呼ばれる何らかの存在も想定する必要があります。 暗黒物質銀河や銀河団がどのように進化し、今日の観測方法になったかを説明する。

これらの仮定は、コールド ダーク マター ラムダ モデル (LCDM) と呼ばれる科学者の標準的な宇宙論に組み込まれています。LCDM は、宇宙には暗黒エネルギーの 70%、暗黒物質の 25%、および通常の物質の 5% があることを示唆しています。 このモデルは、宇宙学者が過去 20 年間に収集したすべてのデータを適合させることに非常に成功しています。

しかし、宇宙の大部分が奇妙で意味のない値をとる力と暗黒物質で構成されているという事実により、多くの物理学者は、宇宙全体を説明するためにアインシュタインの重力理論を修正する必要があるかどうか疑問に思っています。

数年前、宇宙膨張率を測定するさまざまな方法が明らかになったとき、新しい展開が現れました。 ハッブル定数、異なる答えを与える – として知られている問題 ハッブル張力.

ハッブル定数の 2 つの値の間の不一致または緊張。

1 つ目は、一致するように開発された LCDM 宇宙論モデルによって予測された数です。 ビッグバンが残した光 ( 宇宙マイクロ波背景 放射線）。

もう 1 つは膨張率で、遠方の銀河で超新星を観測することで測定されます。

ハッブル張力を説明するために、LCDM 変調方式に関するいくつかの理論的アイデアが提案されています。 その中には、重力の代替理論があります。

答えを探す

宇宙がアインシュタインの理論のルールに従っているかどうかを確認するテストを設計できます。

一般相対性理論では、重力は空間と時間の曲率または偏向であり、光と物質が移動する経路を曲げます。 重要なことは、光線と物質の光線の経路が同じように重力によって曲げられることを予測していることです。

宇宙学者のチームと共に、私たちは一般相対性理論の基本法則をテストしました。 また、アインシュタインの理論を修正することで、ハッブル張力などの宇宙論のいくつかの未解決の問題を解決できるかどうかも調査しました。

一般相対性理論が大規模で正しいかどうかを調べるために、私たちは初めて、その 3 つの側面を同時に調査することに着手しました。 これらは、宇宙の膨張、光に対する重力の効果、および物質に対する重力の効果でした。

ベイジアン推論として知られる統計的手法を使用して、これら 3 つのパラメーターに基づくコンピューター モデルの宇宙史から宇宙の重力を再構築しました。

プランク衛星からの宇宙マイクロ波背景データ、超新星カタログ、および遠方の銀河の形状と分布の観測を使用してパラメータを推定できます。 SDSS そしてその DE 望遠鏡。

次に、再構成を LCDM モデル (本質的にアインシュタインのモデル) に対する予測と比較しました。

統計的有意性はかなり低いものの、アインシュタインの予測との不一致の可能性について興味深いヒントが見つかりました。

これは、重力が大規模では異なる働きをする可能性が依然としてあり、一般相対性理論を修正する必要があるかもしれないことを意味します.

私たちの研究では、重力の理論を変えるだけではハッブル張力問題を解決することは非常に難しいこともわかりました。

おそらく、完全な解決策には、陽子と電子が最初に結合して水素を形成する前に存在していた宇宙論モデルの新しい要素が必要になるでしょう。 大爆発特殊な形態の暗黒物質、初期の種類の暗黒エネルギー、原始磁場など。

または、データに未知の系統的エラーがある可能性があります。

しかし、私たちの研究は、観測データを使用して宇宙距離での一般相対性理論の妥当性をテストできることを示しました。 ハッブル問題はまだ解決していませんが、数年後には新しい探査機から多くのデータが得られるでしょう。

これは、これらの統計的手法を使用して、一般相対性理論をさらに修正し、修正の限界を探り、宇宙論における未解決の課題のいくつかを解決する道を開くことができることを意味します。

小山和也、宇宙論の教授、 ポーツマス大学 そしてその レヴォン・ボゴシアン物理学教授、 サイモン フレイザー大学

この記事はから再発行されました 会話 クリエイティブ コモンズ ライセンスの下で。 読む 原著.