Wetenschap
Een kosmisch probleem in de zwaartekracht:een nieuw model kan vreemd gedrag op kosmische schaal verklaren
Een groep onderzoekers van de Universiteit van Waterloo en de Universiteit van British Columbia heeft een potentiële ‘kosmische storing’ in de zwaartekracht van het universum ontdekt, wat het vreemde gedrag ervan op kosmische schaal verklaart.
Het artikel is gepubliceerd in het Journal of Cosmology and Astrodeeltjesfysica .
De afgelopen honderd jaar hebben natuurkundigen zich gebaseerd op Albert Einsteins theorie van de ‘algemene relativiteitstheorie’ om uit te leggen hoe de zwaartekracht in het hele universum werkt. De algemene relativiteitstheorie, die door talloze tests en observaties accuraat is gebleken, suggereert dat de zwaartekracht niet alleen invloed heeft op drie fysieke dimensies, maar ook op een vierde dimensie:tijd.
"Dit zwaartekrachtmodel is essentieel geweest voor alles, van het theoretiseren van de oerknal tot het fotograferen van zwarte gaten", zegt Robin Wen, de hoofdauteur van het project en recentelijk afgestudeerd in de wiskundige natuurkunde in Waterloo.
“Maar wanneer we de zwaartekracht op kosmische schaal proberen te begrijpen, op de schaal van clusters van sterrenstelsels en daarbuiten, komen we schijnbare inconsistenties tegen met de voorspellingen van de algemene relativiteitstheorie. Het is bijna alsof de zwaartekracht zelf niet meer perfect aansluit bij de theorie van Einstein. We noemen dit inconsistentie een 'kosmische storing':de zwaartekracht wordt ongeveer een procent zwakker als het gaat om afstanden in de miljarden lichtjaren."
Al meer dan twintig jaar proberen natuurkundigen en astronomen een wiskundig model te creëren dat de schijnbare inconsistenties van de algemene relativiteitstheorie verklaart. Veel van deze inspanningen hebben plaatsgevonden in Waterloo, dat een lange geschiedenis kent van baanbrekend zwaartekrachtonderzoek, dat het resultaat is van voortdurende interdisciplinaire samenwerking tussen toegepaste wiskundigen en astrofysici.
"Bijna een eeuw geleden ontdekten astronomen dat ons universum uitdijt", zegt Niayesh Afshordi, hoogleraar astrofysica aan de Universiteit van Waterloo en onderzoeker aan het Perimeter Institute.
‘Hoe verder sterrenstelsels zich bevinden, des te sneller ze bewegen, tot het punt dat ze lijken te bewegen met bijna de snelheid van het licht, het maximum dat is toegestaan door de theorie van Einstein. Onze bevindingen suggereren dat Einsteins theorie op die schaal ook mogelijk onvoldoende zijn."
Het nieuwe model van het onderzoeksteam van een 'kosmische glitch' wijzigt en breidt de wiskundige formules van Einstein uit op een manier die de inconsistentie van sommige kosmologische metingen oplost zonder de bestaande succesvolle toepassingen van de algemene relativiteitstheorie te beïnvloeden.
"Zie het als een voetnoot bij de theorie van Einstein", zei Wen. "Zodra je een kosmische schaal bereikt, zijn de algemene voorwaarden van toepassing."
"Dit nieuwe model zou wel eens de eerste aanwijzing kunnen zijn in een kosmische puzzel die we in ruimte en tijd beginnen op te lossen", aldus Afshordi.