1915. gadā publicētā Einšteina vispārējās relativitātes teorija (GR) nokārtoja savu pirmo lielo pārbaudi tikai dažus gadus vēlāk, kad 1919. gada Saules aptumsuma laikā tika novērota prognozētā gaismas tuvināšanās Saulei gravitācijas virzienā.
1960. gadā GR nokārtoja savu pirmo lielo pārbaudi laboratorijā, šeit uz Zemes; mārciņas-Rebkas eksperiments. Deviņu gadu desmitu laikā kopš tā publicēšanas GR ir izturējis testu pēc testa pēc testa, vienmēr ar lidojošām krāsām (lielisku kopsavilkumu skatiet šajā pārskatā).
Bet testi vienmēr ir bijuši Saules sistēmā vai citādi netieši.
Tagad Prinstonas universitātes zinātnieku vadītā komanda ir pārbaudījusi GR, lai pārliecinātos, vai tā ir pareiza kosmiskajā mērogā. Pēc diviem gadiem, analizējot astronomiskos datus, zinātnieki secināja, ka Einšteina teorija darbojas tikpat lielā attālumā kā vairākos vietējos kosmosa reģionos.
Zinātnieku veiktā vairāk nekā 70 000 galaktiku analīze parāda, ka Visums - vismaz līdz 3,5 miljardu gaismas gadu attālumā no Zemes - spēlē pēc Einšteina slavenajā teorijā izklāstītajiem noteikumiem. Lai gan zinātniskā sabiedrība ir pieņēmusi GR vairāk nekā deviņas desmitgades, līdz šim teoriju neviens nebija tik rūpīgi un izturīgi pārbaudījis attālumos un mērogos, kas pārsniedz Saules sistēmu.
Reinabelle Reyes, Prinstonas astrofizisko zinātņu nodaļas absolvente, kopā ar līdzautoriem Rachel Mandelbaum, asociēto pētījumu stipendiātam, un James Gunn, Jevgeņija Higinsa astronomijas profesore, izklāstīja savu vērtējumu 11. marta izdevumā Nature.
Citi zinātnieki, kas sadarbojas ar darbu, ir Tobiass Baldaufs, Lūkass Lombrērsers un Roberts Smits no Cīrihes universitātes un Uross Seljaks no Kalifornijas Universitātes Berklijā.
Rezultāti ir svarīgi, viņi teica, jo viņi izvērš pašreizējās teorijas, kas izskaidro Visuma formu un virzienu, ieskaitot idejas par tumšo enerģiju, un kliedē dažus citu neseno eksperimentu mājienus, ka vispārējā relativitāte var būt nepareiza.
"Visas mūsu astronomijas idejas ir balstītas uz šo patiešām milzīgo ekstrapolāciju, tāpēc viss, ko mēs varam darīt, lai redzētu, vai tas ir pareizi vai nē, ir tikai ārkārtīgi svarīgi," sacīja Gunns. "Tas pievieno vēl vienu ķieģeļu pamatiem, uz kuriem balstās tas, ko mēs darām."
GR ir viena no divām galvenajām teorijām, kas ir mūsdienu astrofizikas un kosmoloģijas pamatā (otra ir daļiņu fizikas standarta modelis, kvantu teorija); tas izskaidro visu, sākot no melnajiem caurumiem un beidzot ar Lielo sprādzienu.
Pēdējos gados ir ierosinātas vairākas vispārējās relativitātes alternatīvas. Šīs modificētās gravitācijas teorijas atkāpjas no vispārējās relativitātes lielos mērogos, lai apietu vajadzību pēc tumšās enerģijas, tumšās vielas vai abām. Bet, tā kā šīs teorijas tika izstrādātas, lai atbilstu vispārējās relativitātes prognozēm par Visuma izplešanās vēsturi - faktoru, kam ir galvenā nozīme pašreizējā kosmoloģiskajā darbā, ir kļuvis svarīgi zināt, kura teorija ir pareiza vai vismaz atspoguļo realitāti tikpat labi kā var tuvināt.
"Mēs zinājām, ka, lai uzzinātu, ir jāapskata liela mēroga Visuma uzbūve un mazāku struktūru veidošanās, kas laika gaitā to veido," sacīja Reijs. Komanda izmantoja datus no Sloan Digital Sky Survey (SDSS) - ilgtermiņa daudzinstitūciju teleskopa projekta, kas kartēja debesis, lai noteiktu vairāku simtu miljonu galaktiku un kvazāru stāvokli un spilgtumu.
Aprēķinot šo galaktiku kopas, kas stiepjas gandrīz vienu trešdaļu no ceļa līdz Visuma malai, un analizējot to ātrumu un kropļojumus no iejaukšanās materiāla - vājā objektīva dēļ, galvenokārt ar tumšās matērijas palīdzību - pētnieki ir parādījuši, ka Einšteina teorija tuvo Visumu izskaidro labāk nekā alternatīvas gravitācijas teorijas.
Prinstonas zinātnieki pētīja gravitācijas ietekmi uz SDSS galaktikām un galaktiku kopām ilgā laika posmā. Viņi novēroja, kā šis fundamentālais spēks liek galaktikām salīst lielākās galaktiku kolekcijās un kā tas ietekmē Visuma paplašināšanos.
Kritiski tāpēc, ka relativitāte prasa, lai telpas izliekums būtu vienāds ar laika izliekumu, pētnieki varēja aprēķināt, vai gaismu vienādos daudzumos ietekmē abi, kā tam vajadzētu būt, ja vispārējā relativitāte ir patiesa.
"Šī ir pirmā reize, kad vispār tiek veikts šis tests, tāpēc tas ir koncepcijas pierādījums," sacīja Mandelbaums. “Turpmāko gadu laikā ir plānoti citi astronomiski pētījumi. Tagad, kad mēs zinām, ka šis tests darbojas, mēs varēsim to izmantot ar labākiem datiem, kas drīz būs pieejami, lai precīzāk ierobežotu smaguma teoriju. ”
GR predikatīvo spēju nostiprināšana var palīdzēt zinātniekiem labāk izprast, vai pašreizējiem Visuma modeļiem ir jēga, sacīja zinātnieki.
"Jebkurš pārbaudījums, ko mēs varam darīt, lai veidotu mūsu pašpārliecinātību par šo ļoti skaisto teorētisko lietu pielietošanu, bet kuras vēl nav pārbaudītas šajos mērogos, ir ļoti svarīgas," sacīja Gunns. “Tas noteikti palīdz, ja jūs mēģināt veikt sarežģītas lietas, lai saprastu pamatus. Un tā ir ļoti, ļoti, ļoti būtiska lieta. ”
“Jauka lieta, dodoties uz kosmoloģisko mērogu, ir tā, ka mēs varam pārbaudīt jebkuru pilnīgu, alternatīvu gravitācijas teoriju, jo tai vajadzētu paredzēt lietas, ko novērojam,” sacīja līdzautors Uross Seljaks, UC Berkeley fizikas un astronomijas profesors. un fakultātes zinātnieks Lorensa Bērklija Nacionālajā laboratorijā, kurš šobrīd ir atvaļinājumā Cīrihes Universitātes Teorētiskās fizikas institūtā. "Tās alternatīvās teorijas, kurām nav nepieciešama tumšā matērija, šos testus neiztur."
Avoti: “Prinstonas zinātnieki saka, ka Einšteina teorija attiecas ārpus Saules sistēmas” (Prinstonas Universitāte), “Pētījums apstiprina vispārējo relativitāti kosmiskajā mērogā, tumšās vielas esamību” (Kalifornijas Berklija universitāte), “Vispārējas relativitātes apstiprināšana lielos mērogos no vājas objektīvu un galaktiku ātrums ”(Daba, arXiv preprint)
