Физики только что обнаружили странность в предсказаниях Эйнштейна относительно пространства-времени

Ткань пространства и времени не защищена от воздействия гравитации. Добавьте массу и кривые пространства-времени вокруг нее, что мало чем отличается от того, что происходит, когда вы кладете шар для боулинга на батут.

Эта ямка в пространстве-времени является результатом того, что мы называем гравитационным колодцем, и она была впервые описана более 100 лет назад уравнениями поля Альберта Эйнштейна в его общей теории относительности. Эти уравнения сохраняются и по сей день. Нам бы хотелось знать, что Эйнштейн добавлял в свой суп. Как бы то ни было, общая теория относительности осталась довольно прочной.

Один из способов узнать это состоит в том, что когда свет путешествует по этому искривленному пространству-времени, изгибается вместе с ним. В результате свет, который доходит до нас, деформируется, растягивается, копируется и увеличивается — явление, известное как гравитационное линзирование. Эту причуду пространства-времени не только можно наблюдать и измерить, это отличный инструмент для понимания Вселенной.

Но группа исследователей только что обнаружила, что предсказанная кривизна пространства-времени, рассчитанная с помощью теории относительности, не всегда полностью соответствует тому, что мы наблюдаем, используя данные Обзора темной энергии, который в настоящее время картирует сотни миллионов галактик по всему миру. космос. Это не означает, что что-то сломано, но предполагает, что там может быть что-то, что мы не учли.

«До сих пор данные Обзора темной энергии использовались для измерения распределения материи во Вселенной», — объясняет физик Камилла Бонвин из Университета Женева в Швейцарии. «В нашем исследовании мы использовали эти данные для прямого измерения искажения времени и пространства, что позволило нам сравнить наши результаты с предсказаниями Эйнштейна».

Обзор темной энергии — это международное сотрудничество, в котором используется мощный оптический инструмент, установленный на 4-метровом телескопе Виктора М. Бланко в Межамериканской обсерватории Серро Тололо в Чили. Его основная миссия, как следует из названия, — изучение темной энергии, загадочной силы, которая управляет ускоряющимся расширением Вселенной.

Для этого инструмент исследовал Вселенную настолько глубоко, насколько это возможно. Это означает, что он видит свет в различных эпохах, заглядывая глубоко в историю Вселенной и в галактики, свет которых путешествовал миллиарды лет, чтобы достичь нас.

Группа исследователей под руководством астронома Исаака Тутусауса из Тулузского университета во Франции поняла, что может использовать это богатство данных для проверки предсказательной силы Физическое описание Вселенной Эйнштейном. Они специально измерили искажения пространства-времени, вызванные гравитационными колодцами, в четыре разные эпохи: примерно 3,5 миллиарда лет назад, 5 миллиардов лет назад, 6 миллиардов лет назад и 7 миллиардов лет назад.

Затем они сравнили эти измерения с тем, какими они должны быть по уравнениям Эйнштейна. Интересно, что некоторые измерения точно совпали с предсказаниями, но не все.

«Мы обнаружили что в далеком прошлом – 6 и 7 миллиардов лет назад – глубина колодцев хорошо соответствовала предсказаниям Эйнштейна», — объясняет Тутусаус. «Однако ближе к сегодняшнему дню, 3,5 и 5 миллиардов лет назад, они оказались немного мельче, чем предсказывал Эйнштейн».

Расхождение небольшое, но может быть важным. Это может означать, например, что в последнее время во Вселенной гравитационные колодцы стали иметь более медленную скорость роста. Кроме того, измерения расширения пространства-времени позволяют предположить, что рост Вселенной ускоряется, причем в недавнем прошлом он ускорился еще больше.

Таким образом, это несоответствие может указывать на связь между ускорением Вселенной, вызванным темной энергией, и медленным ростом гравитационных колодцев в одну и ту же эпоху. Чтобы подтвердить и дополнить выводы группы, необходимо провести дополнительные наблюдения.

«Наши результаты показывают, что предсказания Эйнштейна имеют несовместимость с измерениями в размере 3 сигм. Говоря языком физики, такой порог несовместимости вызывает наш интерес и требует дальнейших исследований», — говорит физик Натассия Гримм из. Женевский университет.

«Но на данном этапе эта несовместимость недостаточно велика, чтобы лишить законной силы теорию Эйнштейна. Для того, чтобы это произошло, нам необходимо достичь порога в 5 сигм. Поэтому важно иметь более точные измерения, чтобы подтвердить или опровергнуть эти первоначальные результаты, а также выяснить, остается ли эта теория актуальной в нашей Вселенной на очень высоких уровнях. большой расстояния».

Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.