Paskelbta 1915 m., Einšteino bendrojo reliatyvumo teorija (GR) išlaikė savo pirmąjį didžiulį testą tik po kelerių metų, kai 1919 m. Saulės užtemimas buvo pastebėtas numatomas šviesos artėjimas prie Saulės.
1960 m. GR išlaikė savo pirmąjį didelį bandymą laboratorijoje, čia, Žemėje; „Pound-Rebka“ eksperimentas. Ir per devynis dešimtmečius nuo jo paskelbimo GR išlaikė testą po bandymo, visada su skraidančiomis spalvomis (puikią santrauką rasite šioje apžvalgoje).
Bet bandymai visada vyko Saulės sistemoje arba kitaip netiesiogiai.
Dabar Prinstono universiteto mokslininkų vadovaujama komanda išbandė GR, kad patikrintų, ar ji tinka kosminiu mastu. Po dvejų metų analizuodami astronominius duomenis, mokslininkai padarė išvadą, kad Einšteino teorija veikia taip pat dideliais atstumais, kaip ir daugiau vietos erdvės regionuose.
Mokslininkų atlikta daugiau nei 70 000 galaktikų analizė rodo, kad Visata - bent iki 3,5 milijardo šviesos metų atstumo nuo Žemės - žaidžia pagal taisykles, kurias Einsteinas išdėstė savo garsiojoje teorijoje. Nors GR buvo priimta daugiau kaip devynis dešimtmečius mokslo bendruomenės, iki šiol niekas nebuvo taip kruopščiai ir tvirtai išbandęs teorijos per Saulės sistemą peržengiančius atstumus ir svarstykles.
Reinabelle Reyes, Prinstono astrofizikos katedros magistrantė, kartu su bendraautoriais Rachel Mandelbaum, asocijuotų tyrimų tyrinėtoja, ir James Gunn, Jevgenija Higgins astronomijos profesorė, išdėstė savo vertinimą kovo 11 dienos leidinyje „Nature“.
Kiti mokslininkai, bendradarbiaujantys rengiant šį darbą, yra Tobiasas Baldaufas, Lucasas Lombriseris ir Robertas Smithas iš Ciuricho universiteto ir Urosas Seljakas iš Kalifornijos Berklio universiteto.
Rezultatai, pasak jų, yra svarbūs, nes jie atmeta dabartines teorijas, paaiškinančias visatos formą ir kryptį, įskaitant idėjas apie tamsiąją energiją, ir išsklaido keletą užuominų iš kitų naujausių eksperimentų, kad bendra reliatyvumas gali būti neteisingas.
„Visos mūsų astronomijos idėjos yra pagrįstos šia milžiniška ekstrapoliacija, todėl viskas, ką galime padaryti, kad pamatytume, ar tai teisinga, ar ne šiose skalėse, yra tiesiog nepaprastai svarbu“, - teigė Gunnas. „Tai prideda dar vieną plytą prie pamatų, kuriais grindžiamas tai, ką mes darome“.
GR yra viena iš dviejų pagrindinių teorijų, kuriomis grindžiama visa šiuolaikinė astrofizika ir kosmologija (kita yra standartinis dalelių fizikos modelis, kvantinė teorija); tai paaiškina viską nuo juodųjų skylių iki Didžiojo sprogimo.
Pastaraisiais metais buvo pasiūlytos kelios bendrojo reliatyvumo alternatyvos. Šios modifikuotos gravitacijos teorijos nukrypsta nuo bendrojo reliatyvumo didelėmis skalėmis, kad būtų išvengta tamsiosios energijos, tamsiosios medžiagos arba abiejų poreikio. Bet kadangi šios teorijos buvo sukurtos siekiant suderinti visatos išplėtimo istorijos bendrojo reliatyvumo prognozes, kurios yra esminis dalykas dabartiniame kosmologiniame darbe, tapo svarbu žinoti, kuri teorija yra teisinga ar bent jau atspindi realybę kuo geriau galima apytiksliai.
„Mes žinojome, kad tam reikia išsiaiškinti didelio masto Visatos struktūrą ir mažesnių struktūrų, sudarančių ją ilgainiui, augimą“, - teigė Reyesas. Komanda naudojo „Sloan Digital Sky Survey“ (SDSS), ilgalaikio kelių institucijų teleskopo projekto, kuriame žemėlapiai apžvelgia dangų, duomenis, kad nustatytų kelių šimtų milijonų galaktikų ir kvazarų padėtį ir ryškumą.
Apskaičiavę šių galaktikų, susidedančių iš beveik trečdalio kelio iki Visatos krašto, grupavimą ir išanalizavę jų greitį bei iškraipymus, atsirandančius dėl įsikišimo medžiagos - dėl silpno lęšio, pirmiausia dėl tamsiosios medžiagos, tyrėjai parodė, kad Einšteino teorija paaiškina netoliese esančią visatą geriau nei alternatyvios gravitacijos teorijos.
Prinstono mokslininkai tyrė gravitacijos poveikį SDSS galaktikoms ir galaktikų klasteriams ilgą laiką. Jie stebėjo, kaip ši pagrindinė jėga verčia galaktikas susiburti į didesnes galaktikų kolekcijas ir kaip ji formuoja Visatos plėtimąsi.
Kritiškai, kadangi dėl reliatyvumo reikia, kad erdvės kreivumas būtų lygus laiko kreivumui, tyrėjai galėjo apskaičiuoti, ar šviesa vienodai paveikta abiejų, kaip turėtų būti, jei bendroji reliatyvumas yra teisingas.
„Tai yra pirmas kartas, kai šis testas buvo atliktas iš viso, taigi tai yra koncepcijos įrodymas“, - teigė Mandelbaumas. „Yra keletas ateinančiais metais planuojamų astronominių tyrimų. Dabar, kai mes žinome, kad šis testas veikia, galėsime jį naudoti su geresniais duomenimis, kurie netrukus bus prieinami, kad būtų griežčiau apribota sunkio teorija. “
Sutvirtinę numatomąsias GR galias, mokslininkai gali padėti geriau suprasti, ar dabartiniai visatos modeliai turi prasmę, teigė mokslininkai.
„Bet koks testas, kurį galime padaryti stiprindami pasitikėjimą savimi taikydami šiuos labai gražius teorinius dalykus, bet kurie nebuvo išbandyti šiomis skalėmis, yra labai svarbus“, - sakė Gunnas. „Tai neabejotinai padeda, kai bandai atlikti sudėtingus dalykus, kad suprastum pagrindus. Tai yra labai, labai, labai svarbus dalykas “.
„Mielas dalykas, einant į kosmologinį mastą, yra tai, kad galime išbandyti bet kokią išsamią, alternatyvią gravitacijos teoriją, nes ji turėtų nuspėti tai, ką stebime“, - teigė UC Selke bendraautorius Uros Seljak, fizikos ir astronomijos profesorius iš UC Berkeley. ir fakulteto mokslininkas Lawrence'o Berkeley nacionalinėje laboratorijoje, kuris šiuo metu atostogauja Ciuricho universiteto Teorinės fizikos institute. „Tos alternatyvios teorijos, kurioms nereikia tamsiosios medžiagos, neatlieka šių bandymų“.
Šaltiniai: „Prinstono mokslininkai sako, kad Einšteino teorija taikoma ne tik už saulės sistemos“ (Prinstono universitetas), „Tyrimas patvirtina bendrąjį reliatyvumą kosminiu mastu, tamsiosios medžiagos egzistavimą“ (Kalifornijos Berklio universitetas), „Bendrojo reliatyvumo patvirtinimas didelėmis skalėmis nuo silpno lęšių ir galaktikų greičiai “(„ Nature “,„ arXiv “priešspausdinimas)
