De algemene relativiteitstheorie is gebaseerd op het concept van gekromde ruimte-tijd. Om te beschrijven hoe de energie en het momentum van velden worden verdeeld in ruimte-tijd, en hoe ze interageren met het zwaartekrachtveld, wordt een speciale wiskundige constructie gebruikt:de energie-momentumtensor. Dit is een soort analogie van energie en momentum in de gewone mechanica.

In de algemene relativiteitstheorie wordt de energie-momentumtensor als onveranderd of behouden beschouwd. Net zoals bijvoorbeeld in de gewone mechanica wordt voldaan aan de wet van behoud van energie. Deze veronderstelling is echter niet altijd gerechtvaardigd. Bij voldoende hoge energieën doet zich bijvoorbeeld het zogenaamde niet-renormaliseerbaarheidsprobleem voor. Technisch gezien betekent dit dat er wiskundige fouten optreden die niet kunnen worden geëlimineerd.

Een astrofysicus van RUDN heeft een nieuwe zwaartekrachttheorie ontwikkeld, waarin de 'wet van behoud' van de energie-momentumtensor niet vereist is. Het onderzoek is gepubliceerd in The European Physical Journal C .

‘Het probleem van de niet-renormaliseerbaarheid van de zwaartekracht van Einstein is algemeen bekend. Het heeft geleid tot tientallen pogingen om het als een lage-energietheorie te behandelen. In de snaartheorie is de klassieke vergelijking van Einstein bijvoorbeeld slechts de eerste term in een oneindige reeks. van zwaartekrachtcorrecties. Het is dus mogelijk dat bij hoge energie en/of binnen de waarnemingshorizon van zwarte gaten de kromming van de ruimtetijd en de zwaartekracht afwijken van Einsteins algemene relativiteitstheorie.

"Dit kan op verschillende manieren worden verklaard, maar hoe dan ook kan de wet van behoud van energie-momentum worden geschonden bij hoge energieniveaus", zegt Hamidreza Fazlollahi, een afgestudeerde student aan het Educatief en Wetenschappelijk Instituut voor Zwaartekracht en Kosmologie van RUDN. Universiteit zei.

Fazlollahi heeft een nieuw zwaartekrachtmodel gebouwd. Hij ging uit van de zogenaamde Gibbs-Duhem-relatie. Dit is een vergelijking die laat zien hoe de indicatoren van de componenten ervan veranderen in een thermodynamisch systeem. Na de transformaties hebben we een vergelijking die qua vorm lijkt op de klassieke Einstein-vergelijking, maar met verschillende factoren en constanten. De veldvergelijkingen zijn aangevuld met twee termen. Eén beschrijft temperatuur-entropie, en de tweede beschrijft lading en interactie.

De astrofysicus toonde aan dat het nieuwe zwaartekrachtmodel consistent is voor verschillende omgevingen en gebruikt kan worden in astrofysisch en astronomisch onderzoek. De auteur testte de nieuwe theorie bijvoorbeeld door twee stadia van de ontwikkeling van het universum te berekenen:de inflatie en de versnellende expansie. De indicaties van de nieuwe theorie komen overeen met experimentele waarnemingen.

"Als voorbeeld hebben we sferisch symmetrische oplossingen en de evolutie van het universum in vroege en late tijden bestudeerd. Het model gaf geen enkele discrepantie met betrekking tot Einsteins zwaartekracht voor vacuüm", aldus Fazlollahi.

Meer informatie: H. R. Fazlollahi, Niet-geconserveerde gemodificeerde zwaartekrachttheorie, The European Physical Journal C (2023). DOI:10.1140/epjc/s10052-023-12003-x

Aangeboden door Wetenschappelijk Project Lomonosov