آیا نقص کیهانی در گرانش، بزرگ‌ترین نظریه اینشتین را به چالش می‌کشد؟

نظریه‌ نسبیت عام بهترین توصیف ما از جهان در مقیاس‌های بزرگ است؛ اما نقص گرانشی در اطراف ساختارهای باستانی ممکن است ما را ناگزیر به اصلاح آن کند.

یک «نقص کیهانی» عجیب در گرانش می‌تواند رفتار عجیب جهان در مقیاس‌های کلان را توجیه کند. نظریه‌ی نسبیت عام که برای اولین بار توسط آلبرت اینشتین در سال ۱۹۱۵ منتشر شد، همچنان بهترین و دقیق‌ترین شناخت ما از نحوه‌ی عملکرد گرانش در مقیاس‌های متوسط تا بزرگ محسوب می‌شود.

بااین‌حال با بزرگ‌نمایی بیشتر و تماشای گروه‌های بزرگی از کهکشان‌ها که ازنظر گرانشی به یکدیگر وصل هستند، ناسازگاری‌هایی دیده می‌شوند. به همین دلیل می‌توان گفت گرانش که ازنظر تئوری در کل زمان‌ها و مقیاس‌ها ثابت در نظر گرفته می‌شود، در واقعیت می‌تواند در فاصله‌های کیهانی اندکی ضعیف‌تر شود.

بر اساس پژوهشی که ۲۰ مارس در مجله‌ی کیهان‌شناسی و فیزیک اخترذره منتشر شد، پژوهشگرها این ناسازگاری را نوعی «نقص کیهانی» توصیف می‌کنند و بر این باورند که راه‌حل پیشنهادی آن‌ها می‌تواند به ما در درک رازهای دیرینه‌ی جهان کمک کند. نیایش افشردی، استاد اخترفیزیک دانشگاه واترلو اونتاریو و یکی از مؤلفان پژوهش می‌گوید:

این مسئله درست به ساخت یک پازل روی سطح یک کره و سپس قرار دادن قطعات پازل روی یک میز تخت و تلاش برای انطباق آن‌ها با یکدیگر شبیه است. در مقطعی، مشاهده می‌کنیم که قطعه‌های روی میز به‌خوبی با یکدیگر تطبیق پیدا نمی‌کنند، زیرا در حال استفاده از چارچوب نادرست هستیم. اشکال مورد بحث مدرک مسلم برای نقض بنیادین اصل هم‌ارزی اینشتین یا تقارن لورنتز است و می‌تواند به ایده‌های کاملا متفاوتی برای گرانش کوانتومی، بیگ‌بنگ یا سیاه‌چاله‌ها اشاره کند.

نظریه‌ی نسبیت عام اینشتین در توصیف جهان فراتر از مقیاس‌های کوانتومی عملکرد بسیار خوبی دارد و حتی ابعاد دیگری از کیهان ما ازجمله سیاه‌چاله‌ها، همگرایی گرانشی نور، امواج گرانشی و بیگ‌بنگ را پیش‌بینی کرده است.

با این‌حال اختلاف‌های بین نظریه و واقعیت به قوت خود باقی مانده‌اند. اول از همه، تلاش برای کاهش مقیاس نسبیت عام به‌منظور توصیف عملکرد گرانش در مقیاس‌های کوانتومی، معادله‌های پایدار آن را به عبارات بی‌معنا و غیرقابل درک تبدیل می‌کند.

علاوه بر این، برای تکمیل مدل فعلی جهان به درک دو ویژگی اسرارآمیز دیگر، یعنی ماده‌ تاریک و انرژی تاریک نیاز داریم که با وجود تشکیل‌دادن بخش زیادی از محتوای جهان، هرگز به‌طور مستقیم شناسایی نشده‌اند. مؤلفان پژوهش جدید در واکنش به مشکلات یادشده به پیشنهاد ساده‌ای رسیدند: اصلاح نظریه‌ی اینشتین در مقیاس‌های فاصله‌ای متفاوت. به گفته‌ی افشردی:

تغییر بسیار ساده است. فرض می‌کنیم ثابت جهانی گرانش در مقیاس‌های کیهانی در مقایسه با مقیاس‌های کوچک‌تری مثل منظومه شمسی یا کهکشانی، متفاوت است. به این رویکرد، نقص کیهانی می‌گوییم.

به گفته‌ی افشردی، اصلاح یادشده می‌تواند الگوهای موجود در تابش پس‌زمینه‌ی کیهانی (تابش به‌جامانده در جهان که ۳۸۰ هزار سال پس از بیگ‌بنگ تولید شد) و ساختار و انبساط جهان را تغییر دهد. این تغییرات کوچک هستند، اما این مفهوم که قوانین گرانش در مقیاس‌های فاصله تغییر می‌کند، می‌تواند اثرگذار باشد. افشردی می‌افزاید:

ما شواهدی برای این نقص پیدا کردیم: گرانش کیهانی تقریبا یک درصد ضعیف‌تر از گرانش منظومه‌ی شمسی و کهکشانی است.

به گفته‌ی پژوهشگرها، وجود نقص را می‌توان با نسل بعدی پژوهش‌های کهکشانی به‌ویژه تلسکوپ اقلیدس آژانس فضایی اروپا و ابزار طیف‌سنجی انرژی تاریک و رصدخانه‌ی سیمونز تأیید کرد. آن‌ها می‌گویند این ابزارها اندازه‌گیری‌های نقص را چهار برابر دقیق‌تر از اندازه‌گیری‌های فعلی انجام خواهند داد و بنابراین می‌توانند این نظریه را تأیید کنند.

با این‌حال برخی دانشمندان بر این باورند که شاید دست‌کاری نسبیت عام کافی نباشد. در واقع با توجه به ناسازگاری‌هایم وجود در رصدها شاید لازم باشد به‌طورکلی در درک خود نسبت به کیهان بازنگری کنیم. به گفته‌ی اسکاد دودلسون، استاد فیزیک:

عجیب نیست که این مدل سازگاری بهتری با داده‌ها دارد، اما شاید پیامی برایمان داشته باشد. شاید به این معنی است که ما درک کمتری از جهان اطراف خود داریم. در واقع به جای اضافه کردن موارد جدید‌تر نیاز به الگوی جدیدی داریم.

به قلم : سرکار خانم سارا ارجمند

منبع : زومیت