فیزیکدانان به تازگی در پیش‌بینی‌های اینشتین درباره فضا-زمان یک نکته عجیب پیدا کردند

در یک منحنی جرم و فضا-زمان در اطراف آن بپیچید، بی شباهت به آنچه که وقتی یک توپ بولینگ را روی ترامپولین می گذارید اتفاق می افتد.

این گودی در فضا-زمان نتیجه چیزی است که ما آن را چاه گرانشی می نامیم، و برای اولین بار بیش از ۱۰۰ سال پیش توسط معادلات میدان آلبرت انیشتین در نظریه نسبیت عام توصیف شد. تا به امروز، آن معادلات پابرجاست. ما دوست داریم بدانیم اینشتین در سوپ خود چه می‌ریزد. هر چه بود، نسبیت عام بسیار محکم باقی مانده است.

یکی از راه هایی که ما این را می دانیم این است که وقتی نور در طول آن فضا-زمان منحنی حرکت می کند، همراه با آن منحنی می شود. این منجر به نوری می شود که تاب خورده و کشیده و تکثیر شده و بزرگ شده به همه ما می رسد، پدیده ای که به عنوان عدسی گرانشی شناخته می شود. این خصلت فضا-زمان نه تنها قابل مشاهده و اندازه گیری است، بلکه ابزاری عالی برای درک جهان است.

اما تیمی از محققان به تازگی دریافته اند که انحنای پیش بینی شده فضا-زمان محاسبه شده با استفاده از نسبیت همیشه با آنچه که مشاهده می کنیم، با استفاده از داده های بررسی انرژی تاریک که در حال حاضر در حال نقشه برداری از صدها میلیون کهکشان در سراسر کیهان است، مطابقت ندارد. این بدان معنا نیست که چیزی خراب است – اما نشان می دهد که ممکن است چیزی وجود داشته باشد که ما آن را به حساب نیاورده ایم.

کامیل بونوین، فیزیکدان از دانشگاه ژنو در سوئیس، توضیح می‌دهد: «تا کنون، داده‌های بررسی انرژی تاریک برای اندازه‌گیری توزیع ماده در کیهان استفاده می‌شده است. ما در مطالعه خود از این داده‌ها برای اندازه‌گیری مستقیم اعوجاج زمان و مکان استفاده کردیم و به ما امکان داد یافته‌های خود را با پیش‌بینی‌های اینشتین مقایسه کنیم.»

Dark Energy Survey یک همکاری بین المللی است که از یک ابزار اپتیکی قدرتمند نصب شده بر روی تلسکوپ ۴ متری ویکتور ام. بلانکو در رصدخانه بین آمریکایی سرو تولولو در شیلی استفاده می کند. ماموریت اصلی آن، همانطور که از نامش پیداست، مطالعه انرژی تاریک است، نیروی اسرارآمیزی که انبساط پرشتاب جهان را هدایت می کند.

برای انجام این کار، این ابزار تا آنجا که ممکن است جهان را عمیقاً بررسی کرده است. این بدان معناست که نور را در طیف وسیعی از دوره‌ها می‌بیند و به عمق تاریخ کیهان نگاه می‌کند تا کهکشان‌هایی که نور آن‌ها میلیاردها سال سفر کرده تا به ما برسد.

گروهی از محققان به رهبری ستاره شناس ایزاک توتوساز از دانشگاه تولوز فرانسه دریافتند که می توانند از این انبوه داده ها برای آزمایش قدرت پیش بینی توصیف فیزیکی انیشتین از جهان استفاده کنند. آنها به طور خاص اعوجاج فضا-زمان ناشی از چاه های گرانشی را در چهار دوره مجزا اندازه گیری کردند: تقریباً ۳.۵ میلیارد سال پیش، ۵ میلیارد سال پیش، ۶ میلیارد سال پیش، و ۷ میلیارد سال پیش.

سپس، آنها این اندازه‌گیری‌ها را با آنچه معادلات اینشتین پیش‌بینی می‌کردند، مقایسه کردند. جالب است که برخی از اندازه‌گیری‌ها با پیش‌بینی‌ها همسو بودند – اما نه همه آنها.

توتوساوس توضیح می‌دهد: ما کشف کردیم که در گذشته‌های دور – ۶ و ۷ میلیارد سال پیش – عمق چاه‌ها به خوبی با پیش‌بینی‌های اینشتین همخوانی دارد. با این حال، نزدیکتر به امروز، ۳.۵ و ۵ میلیارد سال پیش، آنها کمی کم عمق تر از پیش بینی انیشتین هستند.

اختلاف اندک است، اما می تواند مهم باشد. برای مثال، این می تواند به این معنا باشد که چاه های گرانشی اخیراً در کیهان سرعت رشد کمتری دارند. علاوه بر این، اندازه‌گیری‌های انبساط فضا-زمان نشان می‌دهد که رشد کیهان در حال افزایش است، و در گذشته‌های اخیر شتاب بیشتری گرفته است.

بنابراین، این اختلاف می‌تواند ارتباطی بین شتاب کیهان ناشی از انرژی تاریک و رشد آهسته چاه‌های گرانشی در همان دوران را نشان دهد. مشاهدات بیشتری برای تایید و افزودن به یافته های تیم باید انجام شود.

ناتاسیا گریم فیزیکدان از دانشگاه ژنو می گوید: ‘نتایج ما نشان می دهد که پیش بینی های انیشتین ناسازگاری ۳ سیگما با اندازه گیری ها دارند. به زبان فیزیک، چنین آستانه ناسازگاری علاقه ما را برمی انگیزد و به تحقیقات بیشتر نیاز دارد.’

‘اما این ناسازگاری در این مرحله به اندازه کافی بزرگ نیست تا نظریه انیشتین را باطل کند. برای اینکه این اتفاق بیفتد، باید به آستانه ۵ سیگما برسیم. بنابراین ضروری است که اندازه گیری های دقیق تری برای تایید یا رد این نتایج اولیه داشته باشیم. و برای اینکه بفهمیم آیا این نظریه در جهان ما در فواصل بسیار زیاد معتبر است یا خیر.