«Космический сбой» в гравитации: новая модель может объяснить странное поведение в космическом масштабе

Хотя в космосе нет времен года, этот космический вид навевает мысли о морозном зимнем пейзаже. На самом деле это область под названием NGC 6357, где излучение горячих молодых звезд снабжает энергией более холодный газ в облаке, которое их окружает. Автор: NASA

Группа исследователей из Университета Ватерлоо и Университета Британской Колумбии обнаружила потенциальный «космический сбой» в гравитации Вселенной, объясняющий ее странное поведение в космическом масштабе.

Статья опубликована в Журнале космологии и физики астрочастиц.

Последние 100 лет физики полагались на теорию «общей теории относительности» Альберта Эйнштейна, чтобы объяснить, как гравитация действует во Вселенной. Общая теория относительности, точность которой подтверждена бесчисленными тестами и наблюдениями, предполагает, что гравитация влияет не только на три физических измерения, но и на четвертое измерение — время.

«Эта модель гравитации сыграла важную роль во всем: от теоретизирования Большого взрыва до фотографирования черных дыр», — сказал Робин Вен, ведущий автор проекта и недавний выпускник факультета математической физики Ватерлоо.

«Но когда мы пытаемся понять гравитацию в космическом масштабе, в масштабе скоплений галактик и за его пределами, мы сталкиваемся с очевидными несоответствиями общей теории относительности. Это почти как если бы сама гравитация перестает идеально соответствовать теории Эйнштейна. Мы называем это несоответствие «космическим сбоем». Гравитация становится примерно на один процент слабее, когда речь идет о расстояниях в миллиарды световых лет».

Уже более двадцати лет физики и астрономы пытаются создать математическую модель, объясняющую кажущиеся противоречия общей теории относительности. Многие из этих усилий были предприняты в Ватерлоо, который имеет долгую историю передовых гравитационных исследований, ставших результатом постоянного междисциплинарного сотрудничества между прикладными математиками и астрофизиками.

«Почти столетие назад астрономы обнаружили, что наша Вселенная расширяется», — сказал Ниайеш Афшорди, профессор астрофизики Университета Ватерлоо и исследователь Института Периметра.

«Чем дальше галактики, тем быстрее они движутся, до такой степени, что кажется, что они движутся почти со скоростью света, максимумом, допускаемым теорией Эйнштейна. Наши результаты показывают, что в этих самых масштабах теория Эйнштейна также может быть недостаточной».

Новая модель «космического сбоя», разработанная исследовательской группой, модифицирует и расширяет математические формулы Эйнштейна таким образом, чтобы устранить несогласованность некоторых космологических измерений, не затрагивая существующие успешные применения общей теории относительности.

«Думайте об этом как о сноске к теории Эйнштейна», — сказал Вэнь. «Как только вы достигнете космического масштаба, начнут действовать правила и условия».

«Эта новая модель может стать первым ключом к разгадке космической загадки, которую мы начинаем решать в пространстве и времени», — сказал Афшорди.

Больше информации: 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

Источник: University of Waterloo