Објављена 1915. године, Аинстеинова теорија опште релативности (ГР) прошла је свој први велики тест само неколико година касније, када је током 1919. године примећено предвиђено гравитационо одступање светлости које пролази близу Сунца.
1960. године ГР је прошао свој први велики тест у лабораторији, овде на Земљи; експеримент Поунд-Ребка. И током девет деценија од свог објављивања, ГР је прошао тест за тестом после испитивања, увек са летећим бојама (погледајте ову рецензију за одличан резиме).
Али тестови су увек били у Сунчевом систему или на неки други начин индиректни.
Сада је тим који предводе научници са Универзитета Принцетон тестирао ГР да би утврдио да ли то важи у космичким размерама. И након две године анализирања астрономских података, научници су закључили да Аинстеинова теорија функционише исто тако на огромним растојањима, као иу већини локалних региона.
Научна анализа више од 70.000 галаксија показује да свемир - барем на удаљености од Земље од 3,5 милијарди светлосних година - игра по правилима која је Еинстеин поставио у својој чувеној теорији. Док је ГР научна заједница прихватала више од девет деценија, до сада нико није тако темељито и робусно тестирао теорију на растојањима и скалама које надилазе пут Сунчевог система.
Реинабелле Реиес, дипломирана студентица Принцетона на Одељењу за астрофизичке науке, заједно са коауторима Рацхел Манделбаум, ванредним истраживачем, и Јамесом Гунном, професором астрономије Еугене Хиггинс, изнијела је њихову оцену у издању Натуре, објављеном 11. марта.
Остали научници који сарађују на раду су Тобиас Балдауф, Луцас Ломбрисер и Роберт Смитх са Универзитета у Цириху и Урос Сељак са Калифорнијско-Беркелеи универзитета.
Резултати су важни, рекли су, зато што приказују тренутне теорије које објашњавају облик и правац универзума, укључујући идеје о тамној енергији и разилазе неке наговештаје из других недавних експеримената да општа релативност можда није у праву.
"Све наше идеје из астрономије засноване су на овој заиста огромној екстраполацији, тако да је све што можемо да учинимо да бисмо видели да ли је то исправно или не на овим размерама изузетно важно", рекао је Гунн. "То додаје још једну циглу у подлогу која је основа онога што радимо."
ГР је једна, две, основне теорије која стоји у основи савремене астрофизике и космологије (друга је Стандардни модел физике честица, квантна теорија); објашњава све, од црних рупа до Великог праска.
Последњих година је предложено неколико алтернатива општој релативности. Ове модификоване теорије гравитације одступају од опште релативности на великим размерама да би заобишле потребу за тамном енергијом, тамном материјом или обоје. Али с обзиром да су те теорије дизајниране да одговарају предвиђањима опште релативности о историји ширења универзума, фактору који је кључан за тренутни космолошки рад, постало је пресудно знати која је теорија тачна, или бар представља стварност као најбољу може се апроксимирати.
„Знали смо да требамо сагледати велику структуру свемира и раст мањих структура које га састављају током времена да бисмо то сазнали“, рекао је Реиес. Тим је користио податке из Слоан Дигитал Ски Сурвеи (СДСС), дугорочног мулти-институцијског пројекта телескопа који пресликава небо да би одредио положај и светлост неколико стотина милиона галаксија и квазара.
Израчунавањем групирања ових галаксија, које се протежу на готово трећини пута до ивице свемира, и анализом њихових брзина и изобличења из материјала који интервенира - услед слабог сочива, пре свега тамне материје - истраживачи су показали да су Ајнштајнови теорија објашњава оближњи универзум боље од алтернативних теорија гравитације.
Научници из Принцетона проучавали су утицаје гравитације на СДСС галаксије и кластере галаксија током дужих временских периода. Они су посматрали како та темељна сила покреће галаксије да би се спојиле у веће колекције галаксија и како она обликује ширење универзума.
Критично, с обзиром да релативност захтева да закривљеност простора буде једнака закривљености времена, истраживачи су могли израчунати да ли су светлост под једнаком количином утицала, као што би требало да буде и ако општа релативност важи.
„Ово је први пут да се овај тест уопште извршава, па је то доказ концепта“, рекао је Манделбаум. „Постоје и друга астрономска истраживања планирана у наредних неколико година. Сада када знамо да овај тест функционише, моћи ћемо да га користимо са бољим подацима који ће ускоро бити доступни за снажније ограничавање теорије гравитације. “
Јачање предиктивних моћи ГР може помоћи научницима да боље схвате да ли тренутни модели свемира имају смисла, рекли су научници.
„Било који тест који можемо направити у изградњи нашег самопоуздања у примени ових веома лепих теоријских ствари, али које нису тестиране на овим размерама, је врло важан“, рекао је Гунн. „То сигурно помаже када покушавате да радите сложене ствари како бисте разумели основе. А ово је врло, веома, веома фундаментална ствар. "
„Лепа ствар у одласку на космолошке размере је што можемо да тестирамо било коју потпуну, алтернативну теорију гравитације, јер она треба да предвиди оно што опажамо“, рекао је коаутор Урос Сељак, професор физике и астрономије на УЦ Беркелеи и факултетски научник у Националној лабораторији Лавренце Беркелеи који је тренутно на одсуству на Институту за теоријску физику на Универзитету у Цириху. „Оне алтернативне теорије за које није потребна тамна материја пропадају ове тестове.“
Извори: „Научници са Принцетона кажу да се Еинстеинова теорија примењује изван Сунчевог система“ (Универзитет Принцетон), „Студија потврђује општу релативност у космичком обиму, постојање тамне материје“ (Универзитет у Калифорнији Беркелеи), „Потврда опште релативности на великим скалама од слабих сочива и брзине галаксије “(природа, претисак арКсив)
