Objavljena leta 1915 je Einsteinova teorija splošne relativnosti (GR) opravila svoj prvi veliki preizkus le nekaj let pozneje, ko je bil med sončnim mrkom 1919 opažen napovedani gravitacijski odboj svetlobe, ki prehaja blizu Sonca.
Leta 1960 je GR opravil svoj prvi veliki preizkus v laboratoriju, tukaj na Zemlji; eksperiment Pound-Rebka. In GR je v devetih desetletjih od objave opravil test po preskusu, vedno z letečimi barvami (oglejte si ta pregled za odličen povzetek).
Toda testi so bili vedno znotraj osončja ali drugače posredni.
Zdaj skupina, ki jo vodijo znanstveniki z univerze Princeton, je preizkusila GR, da bi ugotovila, ali drži na kozmičnih lestvicah. Po dveh letih analize astronomskih podatkov so znanstveniki ugotovili, da Einsteinova teorija deluje dobro tudi na velikih razdaljah kot v več lokalnih krajih vesolja.
Znanstvena analiza več kot 70.000 galaksij kaže, da vesolje - vsaj do 3,5 milijarde svetlobnih let od Zemlje - igra po pravilih, ki jih je Einstein določil v svoji znameniti teoriji. Medtem ko znanstvena skupnost GR sprejema že več kot devet desetletij, do zdaj nihče ni tako temeljito in odločno preizkušal teorije na razdaljah in lestvicah, ki presegajo osončje.
Reinabelle Reyes, diplomirana študentka Princetona na oddelku za astrofizične znanosti, skupaj s soavtoricama Rachel Mandelbaum, izučenim raziskovalcem, in Jamesom Gunnom, profesorjem astronomije Eugene Higgins, sta svojo oceno orisala v reviji Nature.
Drugi znanstveniki, ki sodelujejo pri prispevku, so Tobias Baldauf, Lucas Lombriser in Robert Smith z univerze v Zürichu ter Uros Seljak z univerze California-Berkeley.
Rezultati so pomembni, saj so zapisali, da so predstavili trenutne teorije, ki pojasnjujejo obliko in smer vesolja, vključno s predstavami o temni energiji, in odvrnili nekaj namigov iz drugih nedavnih poskusov, da splošna relativnost morda ni v redu.
"Vse naše ideje v astronomiji temeljijo na tej zares ogromni ekstrapolaciji, zato je vse, kar lahko storimo, da vidimo, ali je to pravilno ali ne, le neverjetno pomembno," je dejal Gunn. "Temelj doda še eno opeko, ki temelji na tem, kar počnemo."
GR je ena izmed dveh temeljnih teorij, na katerih temelji celotna sodobna astrofizika in kozmologija (druga je standardni model fizike delcev, kvantna teorija); razlaga vse, od črnih lukenj do velikega poka.
V zadnjih letih je bilo predlaganih več alternativ splošni relativnosti. Te spremenjene teorije gravitacije odstopajo od splošne relativnosti na velikih lestvicah, da bi zaobšli potrebo po temni energiji, temni snovi ali obojih. Ker pa so bile te teorije zasnovane tako, da ustrezajo napovedim splošne relativnosti o zgodovini širjenja vesolja, dejavnika, ki je osrednjega pomena za trenutno kozmološko delo, je postalo ključno vedeti, katera teorija je pravilna ali vsaj predstavlja resničnost kot najboljšo je mogoče približati.
"Vedeli smo, da moramo pregledati obsežno strukturo vesolja in rast manjših struktur, ki ga sestavljajo sčasoma, da bi to ugotovili," je dejal Reyes. Skupina je uporabila podatke iz Sloan Digital Sky Survey (SDSS), dolgoročnega večinstitucionalnega teleskopskega projekta, ki preslikava nebo za določitev položaja in svetlosti nekaj sto milijonov galaksij in kvazarjev.
Z izračunavanjem grozdenja teh galaksij, ki se raztezajo skoraj tretjino poti do roba vesolja, in analizo njihovih hitrosti in izkrivljanja iz vmešanega materiala - zaradi šibkega lečenja predvsem zaradi temne snovi - so raziskovalci pokazali, da so Einsteinovi oz. teorija razlaga bližnje vesolje bolje kot alternativne teorije gravitacije.
Znanstveniki iz Princetona so proučevali vplive gravitacije na galaksije SDSS in grozde galaksij v daljšem časovnem obdobju. Opazovali so, kako ta temeljna sila poganja galaksije, da se združujejo v večje zbirke galaksij in kako oblikuje širitev vesolja.
Kritično zato, ker relativnost zahteva, da je ukrivljenost prostora enaka ukrivljenosti časa, so raziskovalci lahko izračunali, ali oboje vpliva na svetlobo v enakih količinah, kot bi moralo biti, če drži splošna relativnost.
"To testiranje je bilo prvič izvedeno, zato je dokaz koncepta," je dejal Mandelbaum. "V naslednjih letih načrtujejo še druge astronomske raziskave. Zdaj ko vemo, da ta test deluje, ga bomo lahko uporabili z boljšimi podatki, ki bodo kmalu na voljo, da bomo bolj tezo omejili teorijo gravitacije. "
Znanstveniki so povedali, da je s krepitvijo prediktivnih moči GR mogoče znanstvenikom bolje razumeti, ali so trenutni modeli vesolja smiselni.
"Vsak preizkus, ki ga lahko naredimo za gradnjo zaupanja pri uporabi teh zelo lepih teoretičnih stvari, ki pa niso bile preizkušene na teh lestvicah, je zelo pomemben," je dejal Gunn. "Zagotovo pomaga, ko poskušaš zapleteno razumeti osnove. In to je zelo, zelo, zelo temeljna stvar. "
"Lepo pri prehodu na kozmološko lestvico je, da lahko preizkusimo katero koli popolno, alternativno teorijo gravitacije, saj bi morala predvideti stvari, ki jih opazimo," je dejal soavtor Uros Seljak, profesor fizike in astronomije na UC Berkeley in fakultetni znanstvenik iz Nacionalnega laboratorija Lawrencea Berkeleyja, ki je trenutno na dopustu na Inštitutu za teoretično fiziko Univerze v Zürichu. "Tiste alternativne teorije, za katere ni potrebna temna snov, te preizkušnje spodletijo."
Viri: "Printonski znanstveniki pravijo, da Einsteinova teorija velja zunaj osončja" (Univerza Princeton), "Študija potrjuje splošno relativnost v kozmičnem merilu, obstoj temne snovi" (University of California Berkeley), "Potrditev splošne relativnosti na velikih lestvicah od šibkih leče in hitrosti galaksije ”(Narava, prednastavitev arXiv)
