november 26, 2022

Soest Nu

Soest Nu is de toonaangevende aanbieder van kwalitatief Nederlands nieuws in het Engels voor een internationaal publiek.

Wetenschappers testten de relativiteit van Einstein op kosmologische schaal en vonden iets vreemds: ScienceAlert

Wetenschappers testten de relativiteit van Einstein op kosmologische schaal en vonden iets vreemds: ScienceAlert

Alles in het universum heeft zwaartekracht – en voelt het ook. Het is echter ook deze meest voorkomende fundamentele kracht die de grootste uitdagingen vormt voor natuurkundigen.

Albert Einsteins algemene relativiteitstheorie Het was opmerkelijk succesvol in het beschrijven van de aantrekkingskracht van sterren en planeten, maar het lijkt niet helemaal waar te zijn op alle schalen.

algemene relativiteitstheorie Geslaagd voor vele jaren observatietests, van Eddington-meting Van de diffractie van sterrenlicht van de zon in 1919 tot De nieuwste detectie van zwaartekrachtsgolven.

Er beginnen echter hiaten in ons begrip te verschijnen wanneer we het over zeer kleine afstanden proberen toe te passen, en waar De wetten van de kwantummechanica werkenof wanneer we proberen het hele universum te beschrijven.

Onze nieuwe studie, Geplaatst in natuurlijke astronomieHij heeft de theorie van Einstein nu op de grootste schalen getest.

We geloven dat onze aanpak ooit kan helpen bij het oplossen van enkele van de grootste mysteries in de kosmologie, en de resultaten suggereren dat de algemene relativiteitstheorie op deze schaal mogelijk moet worden aangepast.

defect model?

De kwantumtheorie voorspelt dat lege ruimte, leegte, vol energie zit. We merken hun aanwezigheid niet op omdat onze apparaten alleen veranderingen in energie kunnen meten in plaats van hun totale hoeveelheid.

Volgens Einstein heeft de energie van vacuüm echter een weerzinwekkende aantrekkingskracht – het duwt lege ruimte uit elkaar. Interessant is dat in 1998 werd ontdekt dat de uitdijing van het universum in feite versnelt (een ontdekking die werd toegestaan ​​met Nobelprijs voor natuurkunde 2011).

Echter, de hoeveelheid vacuümenergie, of donkere energie Zoals het is genoemd, is het noodzakelijk om uit te leggen dat versnelling vele ordes van grootte kleiner is dan wat de kwantumtheorie voorspelt.

READ  De hoektand van Mastodon onthult migratiepatronen in Noord-Amerika

Vandaar de grote vraag, ook wel het “Oude Kosmologische Constante Probleem” genoemd, of vacuümenergie echt wordt aangetrokken – waardoor de zwaartekracht ontstaat en de uitdijing van het universum verandert.

Zo ja, waarom is de aantrekkingskracht zo veel zwakker dan verwacht? Als er helemaal geen vacuüm wordt aangetrokken, wat veroorzaakt dan de kosmische versnelling?

We weten niet wat donkere energie is, maar we moeten het bestaan ​​ervan postuleren om de uitdijing van het universum te verklaren.

Evenzo moeten we ook veronderstellen dat er een soort van bestaan ​​is van onzichtbare materie genaamd donkere materieOm uit te leggen hoe sterrenstelsels en clusters zich ontwikkelden tot de manier waarop we ze tegenwoordig waarnemen.

Deze veronderstellingen zijn opgenomen in de standaard kosmologische theorie van wetenschappers, het Cold Dark Matter Lambda Model (LCDM) genoemd – wat suggereert dat er 70 procent donkere energie, 25 procent donkere materie en 5 procent gewone materie in het universum is. Dit model is opmerkelijk succesvol geweest in het passen van alle gegevens die kosmologen de afgelopen 20 jaar hebben verzameld.

Maar het feit dat het grootste deel van het universum bestaat uit krachten en donkere materie, die vreemde, betekenisloze waarden aannemen, heeft ertoe geleid dat veel natuurkundigen zich afvragen of Einsteins zwaartekrachtstheorie moet worden aangepast om het hele universum te beschrijven.

Een paar jaar geleden ontstond er een nieuwe ontwikkeling toen duidelijk werd dat verschillende manieren om de snelheid van kosmische expansie te meten, Hubble-constantegeef verschillende antwoorden – een probleem dat bekend staat als Hubble spanning.

Onenigheid of spanning tussen twee waarden van de Hubble-constante.

De eerste is het aantal voorspeld door het LCDM-kosmologische model, dat is ontwikkeld om overeen te komen met Het licht achtergelaten door de oerknal (De kosmische magnetron achtergrond straling).

READ  Deze logaritmische kijk op het universum zal je verbazen

De andere is de uitdijingssnelheid, die wordt gemeten door supernova’s in verre sterrenstelsels te observeren.

Er zijn verschillende theoretische ideeën voor LCDM-modulatiemethoden voorgesteld om de Hubble-spanning te verklaren. Onder hen zijn alternatieve theorieën over zwaartekracht.

Zoeken naar antwoorden

We kunnen tests ontwerpen om te controleren of het universum zich aan de regels van Einsteins theorie houdt.

De algemene relativiteitstheorie beschrijft zwaartekracht als de kromming of afbuiging van ruimte en tijd, die de paden buigt waarlangs licht en materie reizen. Belangrijk is dat het voorspelt dat de paden van licht en materiestralen op dezelfde manier door de zwaartekracht moeten worden gebogen.

Samen met een team van kosmologen hebben we de fundamentele wetten van de algemene relativiteitstheorie getest. We hebben ook onderzocht of het aanpassen van de theorie van Einstein zou kunnen helpen bij het oplossen van enkele openstaande problemen in de kosmologie, zoals de Hubble-spanning.

Om erachter te komen of de algemene relativiteitstheorie op grote schaal waar is, gingen we voor het eerst drie aspecten ervan tegelijkertijd onderzoeken. Dit waren de uitdijing van het heelal, de effecten van zwaartekracht op licht en de effecten van zwaartekracht op materie.

Met behulp van een statistische methode die bekend staat als Bayesiaanse gevolgtrekking, hebben we de zwaartekracht van het universum gereconstrueerd door middel van kosmische geschiedenis in een computermodel op basis van deze drie parameters.

We kunnen parameters schatten met behulp van kosmische microgolfachtergrondgegevens van de Planck-satelliet, supernova-catalogi en observaties van vormen en distributie van verre sterrenstelsels door SDSS En de DE telescopen.

Vervolgens vergeleken we onze reconstructie met de voorspelling met het LCDM-model (in wezen het model van Einstein).

READ  Neptunus en zijn ringen verschijnen in een nieuwe schuur van de Webb-telescoop | astronomie

We vonden interessante hints over een mogelijke mismatch met de voorspellingen van Einstein, zij het met een vrij lage statistische significantie.

Dit betekent dat er nog steeds een mogelijkheid is dat de zwaartekracht op grote schaal anders werkt en dat de algemene relativiteitstheorie moet worden aangepast.

Uit ons onderzoek bleek ook dat het erg moeilijk is om het Hubble-spanningsprobleem op te lossen door alleen de zwaartekrachttheorie te veranderen.

Misschien zou een complete oplossing een nieuwe component van het kosmologische model vereisen, dat bestond vóór de tijd dat protonen en elektronen voor het eerst samenkwamen om waterstof te vormen na de grote explosiezoals een speciale vorm van donkere materie, een vroeg type donkere energie of oermagnetische velden.

Of misschien zit er een onbekende systematische fout in de gegevens.

Onze studie toonde echter aan dat het mogelijk is om de validiteit van de algemene relativiteitstheorie op kosmische afstanden te testen met behulp van observatiegegevens. Hoewel we het Hubble-probleem nog niet hebben opgelost, zullen we over een paar jaar veel gegevens van de nieuwe sondes hebben.

Dit betekent dat we deze statistische methoden kunnen gebruiken om de algemene relativiteitstheorie verder te wijzigen, en om de grenzen van modificaties te verkennen, om de weg vrij te maken voor het oplossen van enkele van de openstaande uitdagingen in de kosmologie.

Kazuya Koyamahoogleraar kosmologie, Universiteit van Portsmouth En de Levon Bogosiannatuurkunde professor, Simon Fraser University

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd van Gesprek Onder een Creative Commons-licentie. Lees de origineel artikel.