Onderzoek naar de “kosmische onbalans” in de zwaartekracht

We zijn een stap dichter bij het begrijpen van de mysteries aan de rand van het universum.

Een groep onderzoekers in Universiteit van Waterloo Wetenschappers en de Universiteit van British Columbia hebben een mogelijke ‘kosmische storing’ in de zwaartekracht van het universum ontdekt, wat het vreemde gedrag ervan op kosmisch niveau verklaart.

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, geeft aan dat de zwaartekracht niet alleen drie fysieke dimensies beïnvloedt, maar ook een vierde dimensie: tijd.

“Dit zwaartekrachtmodel is essentieel geweest voor alles, van endoscopie de grote explosie Robin Wynn, hoofdauteur van het project, onlangs afgestudeerd in de wiskundige natuurkunde aan Waterloo, zei:

Uitdagingen op wereldschaal

“Maar wanneer we de zwaartekracht op kosmisch niveau proberen te begrijpen, op het niveau van clusters van sterrenstelsels en daarbuiten, komen we duidelijke tegenstrijdigheden tegen met de voorspellingen van de algemene relativiteitstheorie. Het is alsof de zwaartekracht zelf helemaal niet meer overeenkomt met de theorie van Einstein. We noemen dit tegenspraak een ‘kosmologische storing’.” “De zwaartekracht wordt ongeveer 1% zwakker als we te maken hebben met afstanden van miljarden lichtjaren.”

Al meer dan twintig jaar proberen natuurkundigen en astronomen een wiskundig model te creëren dat schijnbare tegenstrijdigheden in de algemene relativiteitstheorie verklaart. Veel van deze inspanningen zijn ondernomen in Waterloo, dat een lange geschiedenis kent van baanbrekend zwaartekrachtonderzoek als resultaat van voortdurende interdisciplinaire samenwerking tussen toegepaste wiskundigen en astrofysici.

Historische context en onderzoeksinspanningen

“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 de sterrenstelsels verwijderd zijn, hoe sneller ze bewegen, tot het punt waarop ze lijken te bewegen met bijna de snelheid van het licht, het maximum dat door de theorie van Einstein wordt toegestaan. Onze bevindingen suggereren dat de theorie van Einstein dat op dezelfde schaal ook zou kunnen doen ontoereikend zijn.”

Het aanpassen van de theorie van Einstein

Het nieuwe model van het onderzoeksteam van een ‘kosmologische 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 het Kosmische Rijk bereikt, zijn de algemene voorwaarden van toepassing.”

“Dit nieuwe model is misschien wel het eerste bewijsstuk in de kosmische puzzel die we in ruimte en tijd beginnen te ontrafelen”, zegt Afshordi.

De studie, getiteld ‘A Universal Gravity Flaw’, verschijnt in Journal of Cosmology en Astrodeeltjesfysica.

Referentie: “Cosmic Gravity Glitch” door Robin Y. Wen, Lucas T. Herget, Niayesh Afshordi en Douglas Scott, 20 maart 2024, Journal of Cosmology en Astrodeeltjesfysica.
doi: 10.1088/1475-7516/2024/03/045