Теорія відносності vs модифікована гравітація

Загальна теорія відносності Ейнштейна пророкує існування темної матерії та енергії - якоїсь форми енергії, яка нібито пронизує простір і прискорює розширення Всесвіту. І при цьому не фіксується звичними нам електромагнітними приладами. Але що, якщо Ейнштейн був неправий, і в природі не існує такого явища, як темна матерія? Низка фізиків, об'єднаних проєктом GalaxyDance, перевіряють цю гіпотезу.

Якою б точною вона не була, загальна теорія відносності - не єдина теорія, яка пояснює гравітацію. Насправді існують різні альтернативні теорії. Проблема саме у вимірі - вчені до кінця не розуміють, як математично й експериментально протистояти спостереженням і симуляціям.

Щоб заповнити цю прогалину, у проєкті GalaxyDance, за підтримки програми Марії Склодовської-Кюрі, використовували інформацію, закодовану в пекулярній статистиці швидкостей галактик локального всесвіту, а також спостережувані спотворення простору червоних зсувів (RSD) далеких галактик.

Доктор Войцех Хеллвінг, координатор проєкту і науковий співробітник Центру теоретичної фізики Польської академії наук, стверджує, що, у міру того, як ми розширюємо наші спостереження, ми дедалі частіше стикаємося з незрозумілими фактами. І ці факти не вкладаються в наше розуміння Всесвіту.

Однією з таких властивостей є прискорене розширення простору-часу, яке симуляційно (просто кажучи, в теоретичній моделі і в комп'ютері) пов'язане з темною енергією. Але парадокс у тому, що нам потрібно враховувати гравітаційні ефекти тільки в тому разі, якщо теорія гравітації Ейнштейна справедлива у всіх масштабах видимого космосу.

Або інший варіант: говорячи про темну матерію, ми опосередковано визнаємо, що Ейнштейн не має рації - насамперед щодо фізичної природи гравітації. Утім, існують й інші можливі пояснення прискореного розширення, які не потребують темної енергії. Ці теорії виходять за рамки загальної теорії відносності і зазвичай називаються "модифікованою гравітацією".

Перевірка загальної теорії відносності та цих альтернатив у міжгалактичних масштабах і була метою проєкту GalaxyDance. Суть проєкту полягає у використанні низькорівневої статистики швидкостей галактик та їхньої кластеризації для перевірки теорії гравітації Ейнштейна, а також її аналогів. Тест охоплює міжгалактичні масштаби, - а це область, де теорія гравітації досі не "працювала". Її ретельно не перевіряли. Але ж однією з умов перевірки має бути незалежність від чинної гравітаційної моделі та експериментальна автономія щодо баріонної фізики. Поки що вчені використовують традиційні методи, створивши в комп'ютері віртуальний всесвіт і тестуючи теорії, що виходять за рамки GR.

Однак уже зрозуміло, що статистика низького порядку поля галактичних швидкостей має містити ознаки модифікованої гравітації. Для вимірювання та вилучення цього сигналу будуть ремодельовані гравітаційні структури в сузір'ї Діви. Фактично йдеться про переосмислення характеру взаємодії в деяких галактичних системах.

Крім того, будуть додатково змодельовані процеси, що дають змогу визначити кольори, світність і форми галактик. А далі вже належить зрозуміти, що було б створено у Всесвіті, керованому на основі альтернативних гравітаційних теорій.

Після цього вже має відбутися порівняння отриманих результатів з наявними астрономічними спостереженнями, і вже далі вчені будуть "тестувати" гравітацію в космічних масштабах. Войцех Хеллвінг із натхненням каже, що якщо проведені тести в кінцевому підсумку створять сигнатуру нової фізики за межами ЗТВ, це призведе до перегляду всієї космологічної моделі. З іншого боку, якщо дослідження остаточно підтвердить загальну теорію відносності, то доведеться підшукувати складніші теорії, ніж перебирати простенькі гіпотези про "темну матерію".

За матеріалами phys.org