En grupp forskare vid University of Waterloo och University of British Columbia har upptäckt en potentiell "kosmisk glitch" i universums gravitation, vilket förklarar dess konstiga beteende i kosmisk skala.
Artikeln är publicerad i Journal of Cosmology and Astroparticle Physics .
Under de senaste 100 åren har fysiker förlitat sig på Albert Einsteins teori om "allmän relativitet" för att förklara hur gravitationen fungerar i hela universum. Allmän relativitetsteori, som bevisats korrekt genom otaliga tester och observationer, tyder på att gravitationen inte bara påverkar tre fysiska dimensioner utan också en fjärde dimension:tid.
"Den här gravitationsmodellen har varit avgörande för allt från att teoretisera Big Bang till att fotografera svarta hål", säger Robin Wen, huvudförfattare på projektet och nyligen utexaminerad från Waterloo Mathematical Physics.
"Men när vi försöker förstå gravitationen på en kosmisk skala, på skalan av galaxhopar och bortom, möter vi uppenbara inkonsekvenser med förutsägelserna av allmän relativitet. Det är nästan som om gravitationen i sig slutar perfekt matcha Einsteins teori. Vi kallar denna inkonsekvens. en "kosmisk glitch":gravitationen blir cirka en procent svagare när man hanterar avstånd i miljarder ljusår."
I mer än tjugo år har fysiker och astronomer försökt skapa en matematisk modell som förklarar de uppenbara inkonsekvenserna i den allmänna relativitetsteorin. Många av dessa ansträngningar har ägt rum på Waterloo, som har en lång historia av banbrytande gravitationsforskning som ett resultat av pågående tvärvetenskapligt samarbete mellan tillämpade matematiker och astrofysiker.
"För nästan ett sekel sedan upptäckte astronomer att vårt universum expanderar", säger Niayesh Afshordi, professor i astrofysik vid University of Waterloo och forskare vid Perimeter Institute.
"Ju längre bort galaxer är, desto snabbare rör sig de, till den grad att de verkar röra sig med nästan ljusets hastighet, det maximala tillåtna enligt Einsteins teori. Vårt fynd tyder på att, på just den skalan, kan Einsteins teori också vara otillräcklig."
Forskargruppens nya modell av en "kosmisk glitch" modifierar och utökar Einsteins matematiska formler på ett sätt som löser inkonsekvensen i några av de kosmologiska mätningarna utan att påverka befintliga framgångsrika användningar av allmän relativitet.
"Tänk på det som en fotnot till Einsteins teori," sa Wen. "När du når en kosmisk skala gäller villkoren."
"Den här nya modellen kan bara vara den första ledtråden i ett kosmiskt pussel som vi börjar lösa över rum och tid", sa Afshordi.
Mer information: Robin Y. Wen et al, A cosmic glitch in gravity, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (2024). DOI:10.1088/1475-7516/2024/03/045
Tillhandahålls av University of Waterloo
