‘Cosmic Rift’ daagt Einsteins algemene relativiteitstheorie uit

Al meer dan een eeuw is de zwaartekrachttheorie van Albert Einstein, de algemene relativiteitstheorie, de meest nauwkeurige beschrijving van de zwaartekracht op galactische schaal, zoals regelmatig blijkt uit experimenten. Wanneer hun effecten echter over lange afstanden worden geëvalueerd, vertegenwoordigt de theorie nog steeds een tegenstrijdigheid. Volgens recente ontdekkingen, gepubliceerd in Journal of Cosmology en AstrodeeltjesfysicaDe zwaartekracht zelf zou als gevolg van deze verschillen een ‘kosmische kloof’ kunnen ervaren.

De basis van de algemene relativiteitstheorie

De algemene relativiteitstheorie, geformuleerd door Einstein in 1915, is gebruikt om eigenschappen van het universum te voorspellen die sindsdien zijn geverifieerd. Deze omvatten de oerknal, het bestaan ​​van zwarte gaten, de reflectie van licht als gevolg van zwaartekrachten, en zwaartekrachtsgolven, die kleine rimpelingen in de ruimtetijd zijn.

De algemene relativiteitstheorie was zo revolutionair dat zij voorstelde dat de zwaartekracht wordt veroorzaakt door de kromming van ruimte en tijd zelf, die samen één enkele entiteit vormen die ‘ruimte-tijd’ wordt genoemd, in plaats van de zwaartekracht als een mysterieuze kracht te verklaren. Einstein ontdekte dat objecten die massa bevatten deze kromming vormen.

Newtons zwaartekrachttheorie werd vervangen door die van Einstein, die op aarde zeer praktisch bleef en nauwkeurig genoeg was om raketten naar de maan te lanceren. Maar sommige dingen, zoals de vreemde baan van Mercurius rond de zon, lagen buiten het bereik van de theorie van Newton en konden alleen verklaard worden door de theorie van Einstein. Newton had het niet helemaal mis over de zwaartekracht, maar wel over de schaal van planeten, sterren en sterrenstelsels.

Grenzen van de algemene relativiteitstheorie

Het is echter mogelijk dat de algemene relativiteitstheorie ons geen volledig begrip van deze mysterieuze kracht verschaft. Volgens Robin Wynn van het Mathematical Physics Program aan de Universiteit van Waterloo lijken er inconsistenties te bestaan ​​tussen de voorspellingen van de algemene relativiteitstheorie en de zwaartekracht als we ze op kosmische schaal proberen te begrijpen, dat wil zeggen op de schaal van groepen sterrenstelsels daarbuiten.

Als theorie is de algemene relativiteitstheorie uiterst nauwkeurig gebleken bij het voorspellen van de eigenschappen van het universum. Wetenschappers beseffen echter dat sommige aspecten van de algemene relativiteitstheorie moeten worden herzien. De hypothese is bijvoorbeeld in strijd met de kwantummechanica, die de meest nauwkeurige verklaring van de natuurkunde op fundamentele subatomaire schaal biedt. De belangrijkste reden is dat de zwaartekracht nog niet is beschreven in de kwantumtheorie.

Daarom lijkt het erop dat wijzigingen in de algemene relativiteitstheorie uiteindelijk nodig zullen zijn om de reikwijdte ervan uit te breiden naar de grootste en kleinste schaal van het universum. Decennia lang zijn toegepaste wiskundigen en astrofysici van de Universiteit van Waterloo nauw betrokken geweest bij de zoektocht naar een wiskundig model dat de algemene relativiteitstheorie zou helpen haar tegenstrijdigheden te overwinnen.

Op zoek naar een nieuwe theorie

Wen zei dat de zwaartekracht met ongeveer één procent afneemt als afstanden miljarden lichtjaren bereiken. Deze kloof wordt de ‘kosmische kloof’ genoemd. Einsteins zwaartekrachttheorie lijkt zijn perfecte pasvorm te hebben verloren. De zwaartekrachtconstante moet worden aangepast om rekening te houden met de door het team beschreven kosmische kloof. Deze verandering zal plaatsvinden naarmate berekeningen de ‘hyperhorizon’ naderen, de verste afstand die het licht sinds het begin van het universum heeft kunnen bereiken.

Het team zegt dat deze wijziging kan worden bereikt door een eenvoudige toevoeging aan het standaard kosmologische model op te nemen. Het Lambda-model van koude donkere materie is de naam die aan dit model wordt gegeven. Eenmaal voltooid zal de wijziging naar verwachting discrepanties in metingen op kosmische schaal elimineren, terwijl de huidige effectieve toepassingen van de algemene relativiteitstheorie intact blijven.

Het Waterloo-team stelt voor dat een ‘kosmische anomalie’ de zwaartekracht over zeer lange afstanden verandert en zij gebruiken wiskundige uitbreidingen van Einsteins formules om dit fenomeen te corrigeren zonder de theorie ‘omver te werpen’. De heer Wayne legde uit: “Dit is een soort voetnoot bij de theorie van Einstein.”

Voorstanders van de kosmische foutentheorie suggereren dat toekomstige observaties van de grootschalige structuur van het universum en de kosmische microgolfachtergrond (CMB) kunnen helpen bepalen of kosmische fouten in de zwaartekracht de oorzaak zijn van de ‘kosmische spanningen’ die vandaag de dag bestaan.