1915. aastal avaldatud Einsteini üldrelatiivsusteooria (GR) läbis oma esimese suure testi alles mõni aasta hiljem, kui 1919. aasta päikesevarjutuse ajal täheldati Päikese lähedal kulgeva valguse prognoositavat gravitatsioonilist läbipainet.
1960. aastal läbis GR oma esimese suure katse laboris, siin Maa peal; Pound-Rebka katse. Ja üheksa aastakümne jooksul pärast selle avaldamist on GR läbinud testi pärast katset, alati lendavate värvidega (suurepärase kokkuvõtte leiate sellest arvustusest).
Kuid testid on alati olnud Päikesesüsteemi piires või muul viisil kaudsed.
Nüüd on Princetoni ülikooli teadlaste juhitud meeskond testinud GR-i, et näha, kas see vastab kosmilistele mõõtkavadele. Ja pärast kaheaastast astronoomiliste andmete analüüsimist jõudsid teadlased järeldusele, et Einsteini teooria toimib sama suurtes vahemaades kui ka kosmose rohkem kohalikes piirkondades.
Teadlaste analüüs enam kui 70 000 galaktika kohta näitab, et universum - vähemalt 3,5 miljardi valgusaasta kaugusel Maast - mängib reeglite järgi, mille Einstein on oma kuulsas teoorias seadnud. Kui teadusringkonnad on GR-i aktsepteerinud juba üle üheksa aastakümne, siis seni polnud keegi teooriat nii põhjalikult ja jõuliselt testinud Päikesesüsteemist kaugemal asuvate vahemaade ja skaalade korral.
Astrofüüsikaliste teaduste osakonna Princetoni kraadiõppur Reinabelle Reyes koos kaasautorite, sidusateadlaste Rachel Mandelbaumiga ja astronoomiaprofessori Eugene Higginsi James Gunniga tutvustasid nende hinnanguid 11. märtsi väljaandes Nature.
Teised paberil koostööd tegevad teadlased on näiteks Tobias Baldauf, Lucas Lombriser ja Robert Smith Zürichi ülikoolist ja Uros Seljak California-Berkeley ülikoolist.
Nad ütlesid, et tulemused on olulised, kuna nad tõrjuvad üles praegused teooriad, mis selgitavad universumi kuju ja suunda, sealhulgas ideid tumeda energia kohta, ja hajutavad mõnede hiljutiste katsete vihjeid, et üldine relatiivsus võib olla vale.
"Kõik meie astronoomiaideed põhinevad sellel tohutul ekstrapolatsioonil, nii et kõik, mida saame teha, et näha, kas see on nendel skaaladel õige või mitte, on lihtsalt tohutult oluline," sõnas Gunn. "See lisab vundamendile veel ühe tellise, mille aluseks on see, mida me teeme."
GR on üks kahest põhiteooriast, mis on kogu kaasaegse astrofüüsika ja kosmoloogia aluseks (teine on osakeste füüsika standardmudel, kvantteooria); see selgitab kõike alates mustadest aukudest kuni Suure Pauguni.
Viimastel aastatel on välja pakutud mitu üldrelatiivsusteooria alternatiivi. Need raskusjõu modifitseeritud teooriad kalduvad üldises relatiivsusteraskusest lahti suurtes skaalades, et vältida tumeenergia, tumeda aine või mõlema vajadust. Kuid kuna need teooriad olid kavandatud vastama üldrelatiivsuse prognoosidele universumi paisumisajaloo kohta, mis on praeguses kosmoloogilises töös keskne tegur, on muutunud ülioluliseks teada, milline teooria on õige või vähemalt esindab reaalsust nii hästi kui saab ühtlustada.
"Teadsime, et peame välja uurima universumi suuremahulise struktuuri ja seda moodustavate väiksemate struktuuride kasvu aja jooksul," sõnas Reyes. Meeskond kasutas taeva kaardistamise pikaajalise mitme asutuse teleskoobi projekti Sloan Digital Sky Survey (SDSS) andmeid, et määrata mitmesaja miljoni galaktika ja kvaasari asukoht ja heledus.
Arvutades nende galaktikate klastrid, mis ulatuvad peaaegu ühe kolmandiku teest universumi servani, ja analüüsides nende kiirusi ja moonutusi sekkuvast materjalist - nõrga läätse tõttu, peamiselt tumeaine abil -, on teadlased näidanud, et Einsteini teooria seletab lähedalasuvat universumit paremini kui alternatiivsed gravitatsiooniteooriad.
Princetoni teadlased uurisid gravitatsiooni mõju SDSS galaktikatele ja galaktikate klastritele pika aja jooksul. Nad vaatasid, kuidas see fundamentaalne jõud ajendab galaktikaid kogunema suurematesse galaktikate kogudesse ja kuidas see kujundab universumi laienemist.
Kriitiliselt, kuna relatiivsustegur nõuab, et ruumi kumerus oleks võrdne aja kumerusega, võisid teadlased arvutada, kas valgust mõjutasid mõlemad võrdsetes osades, nagu peaks olema siis, kui üldine relatiivsus peab paika.
"See on esimene kord, kui see test üldse läbi viidi, seega on see kontseptsiooni tõestus," ütles Mandelbaum. „Lähiaastateks on kavandatud ka muid astronoomilisi uuringuid. Nüüd, kui me teame, et see test töötab, saame seda kasutada paremate andmetega, mis varsti saadaval on, et gravitatsiooniteooriat tihedamalt piirata. ”
GR ennustamisvõime tugevdamine võib aidata teadlastel paremini mõista, kas praegustel universumi mudelitel on mõtet, ütlesid teadlased.
"Iga test, mida saame teha oma enesekindluse suurendamiseks nende väga ilusate teoreetiliste asjade rakendamisel, kuid mida pole nendel skaaladel katsetatud, on väga oluline," sõnas Gunn. „Kindlasti on sellest abi, kui proovite põhialuste mõistmiseks keerulisi asju teha. Ja see on väga, väga, väga põhimõtteline asi. ”
"Tore asi kosmoloogilise skaala juurde minnes on see, et saame katsetada mis tahes täielikku, alternatiivset gravitatsiooniteooriat, sest see peaks ennustama asju, mida me vaatleme," ütles kaastöö autor Uros Seljak, UC Berkeley füüsika ja astronoomiaprofessor. ja Lawrence Berkeley riikliku labori teaduskonna teadlane, kes on praegu puhkusel Zürichi ülikooli teoreetilise füüsika instituudis. "Need alternatiivsed teooriad, mis ei vaja tumeainet, ei suuda neid teste läbi lüüa."
Allikad: “Princetoni teadlased väidavad, et Einsteini teooria kehtib väljaspool päikesesüsteemi” (Princetoni ülikool), “Uuring valideerib üldist relatiivsusteraapiat kosmilises mastaabis, tumeaine olemasolu” (California Berkeley ülikool), “Üldise relatiivsusteooria kinnitamine nõrgalt suures mahus läätsede ja galaktikate kiirused ”(Nature, arXiv preprint)
