https://bodybydarwin.com
Slider Image

Deze 'kameleontheorie' verklaart dingen over de zwaartekracht die Einstein niet kon

2020

Meer dan 100 jaar nadat Albert Einstein voor het eerst zijn ideeën schetste over hoe zwaartekracht in het weefsel van ruimte-tijd verweven is, hebben we nog steeds geen ander model dat beter definieert hoe objecten in het universum bewegen en zich gedragen. Algemene relativiteitstheorie is niet alleen een soepelere verklaring dan enig voorgesteld alternatief; het wordt beter bewezen, met name in de afgelopen jaren door de detectie van zwaartekrachtgolven die door de kosmos golven, en in de allereerste foto die ooit van een zwart gat is genomen.

Maar de algemene relativiteitstheorie is niet onberispelijk. Hoewel het de overgrote meerderheid van wat we door het universum waarnemen verklaart, laat het zijn behoorlijke aandeel aan scheuren. Dit heeft aanleiding gegeven tot alternatieve modellen van zwaartekracht die proberen deze kennislacunes op te vullen. Een van deze modellen is een 'kameleontheorie' genaamd f (R) zwaartekracht, en een nieuwe studie die deze week in Nature Astronomy is gepubliceerd suggereert dat het mogelijk een bruikbaar model is om te beschrijven hoe zwaartekracht enkele van de grootste objecten in het bekende universum heeft beïnvloed.

"Deze studie is de eerste die aantoont dat een alternatieve zwaartekrachttheorie, ondanks het gecompliceerde gedrag van zwaartekracht, nog steeds realistische sterrenstelsels kan maken", zegt Baojiu Li, een professor in de natuurkunde aan de Universiteit van Durham in het VK en co-auteur van de nieuwe paper . "Studies als deze zullen ons helpen de haalbaarheid van een theorie te controleren en plaatsen te identificeren waar we de verschillende zwaartekrachttheorieën kunnen testen met behulp van toekomstige observatiegegevens."

Kameleontheorie is een verzamelnaam voor een klasse van zwaartekrachttheorieën die afwijken van de algemene relativiteitstheorie. Standaardfysica schetst het bestaan ​​van vier fundamentele krachten (zwaartekracht, elektromagnetisme en sterke en zwakke interacties die op subatomair niveau werken). Maar de kameleontheorie beschouwt het bestaan ​​van een extra, "vijfde kracht" verborgen in dichte gebieden van de ruimte zoals het zonnestelsel, maar veel invloedrijker in gebieden met lage dichtheid.

"Zo'n omgevingsafhankelijk gedrag van de theorie verdient het de naam 'kameleontheorie', " zegt Li. Het grootste deel van het universum bestaat in instellingen met een lage dichtheid, wat betekent dat er een groot potentieel is om handtekeningen van deze vormveranderende kracht te vinden en het te gebruiken om kameleontheorieën te testen.

f (R) zwaartekracht is een van die zogenaamde kameleontheorieën. Volgens Li is het sinds begin 1970 als een alternatief voor de algemene relativiteitstheorie getrapt, bestudeerd in verschillende contexten als een zwaartekrachtmodel om zowel de vroege kinderjaren van het universum als de huidige toestand te verklaren.

In de jaren negentig en het begin van de jaren 2000 vond het een opleving bij wetenschappers, toen kosmologische gegevens begonnen aan te tonen dat de uitbreiding van het universum in feite versnelde. Li zegt dat, terwijl algemene relativiteitstheorie Het het zeer goed praktisch praktisch beschrijft om deze versnelde expansie via donkere energie te beschrijven, er zijn enkele discrepanties tussen wat dit model voorspelt dat er zou moeten gebeuren, en wat wetenschappers daadwerkelijk hebben waargenomen in de gegevens. En het feit dat we nooit donkere energie hebben waargenomen, is altijd een kosmologische doorn geweest in de algemene relativiteitstheorie.

Dit is het addertje onder het gras: als je sleutelt aan de zwaartekracht, zit je eigenlijk te rotzooien met al het andere in het universum. Zwaartekracht bepaalt hoe materie zich ophoopt in rotsen, asteroïden, sterren, sterrenstelsels letterlijk krijgt alles vorm. Als f (R) zwaartekracht aannemelijk is, zou het een universum moeten bevorderen dat op het onze lijkt, waar sterrenstelsels eruit zien als spiralen en ellipsen, en niet als een reeks hemelse rorschachtesten.

Li en zijn team hebben supercomputersimulaties uitgevoerd van een universum geleid door f (R) zwaartekracht, en ontdekten dat realistische sterrenstelsels, zoals onze Melkweg, zich kunnen vormen met eigenschappen die we eerder hebben waargenomen, zelfs te midden van het gecompliceerde gedrag van de vijfde kracht, zegt hij. Dit was ondanks het feit dat een gewijzigd zwaartekrachtmodel veranderingen veroorzaakte in de hoeveelheid warmte die zwarte gaten produceren als ze materie opslorpen een dynamiek die de vorming van sterrenstelsels enorm kon verstoren, maar op de een of andere manier niet.

Hoewel de bevindingen zeker de indruk wekken dat er iets anders dan algemene relativiteit de wereld runt, benadrukken Li en zijn team dat ze zeker niet beweren dat f (R) zwaartekracht echt is, of algemene relativiteit weerleggen. De simulaties van de studie zijn precies dat: simulaties. Een vijfde kracht kan echt bestaan ​​en beïnvloeden hoe dingen in het universum worden gevormd, maar totdat we waarnemingen of gegevens hebben die bewijzen dat dergelijke interacties echt zijn, zijn we gewoon aan het theoretiseren. De simulaties zelf zijn gebouwd op basis van de gegevens die we tot nu toe hebben verzameld en one moet in gedachten houden dat de vorming van sterrenstelsels een actief voortschrijdend onderzoeksveld is, en er zijn nog dingen die onzeker zijn, zegt Li. Valse signalen die we hebben gemeten, gaten in gegevens en andere onzekere variabelen kunnen gemakkelijk onjuiste simulaties produceren. En alleen omdat we nog nooit donkere energie hebben waargenomen, betekent dit nog niet dat het is geannuleerd.

We zullen nooit echt weten of algemene relativiteit de laars verdient of niet, tenzij we f (R) zwaartekracht en andere kameleontheorieën in de echte wereld kunnen testen en dat s duidelijk veel gemakkelijker gezegd dan gedaan . We weten dat kameleons hun kleuren veranderen omdat we het in het echt hebben zien gebeuren. Maar hoe moeten we de wetten van de zwaartekracht zien veranderen? Hoe is zoiets waarneembaar? Er is geen eenvoudig antwoord op die vraag.

De onderzoekers van Durham hopen die taak te starten met behulp van de aanstaande Square Kilometer Array, ingesteld om in 2020 met observaties te beginnen. Het zal de grootste radiotelescoop ter wereld zijn, verspreid over twee continenten, en krachtig genoeg zijn om ver in de ruimte te turen en observeer sterren en sterrenstelsels die zich kort na de oerknal vormden. In slechts een paar jaar kunnen we gegevens verzamelen die iets onthullen over donkere energie en algemene relativiteitstheorie, of dat er een kameleontheorie speelt om het universum te beïnvloeden. Eerlijk gezegd klinkt de invloed van Einstein niet vervangen door een soort hagedis.

Bekijk voor het eerst een digitaal verbeterde Black Hawk-helikoptervlieg

Bekijk voor het eerst een digitaal verbeterde Black Hawk-helikoptervlieg

Een 50 miljoen jaar oude school vissen is voor altijd in dit zeldzame fossiel geëtst

Een 50 miljoen jaar oude school vissen is voor altijd in dit zeldzame fossiel geëtst

Hier is hoe wetenschappers je misleiden om je groenten op te eten

Hier is hoe wetenschappers je misleiden om je groenten op te eten