آزمایشی عظیم که گفته‌های نیوتن و اینشتین را تایید کرد

ایسنا: یک آزمایش عظیم کیهانی نشان می‌دهد که نیوتن و اینیشتین، گرانش را به طور دقیق توضیح داده‌اند و گرانش همانطور که انتظار می‌رود در سراسر جهان عمل می‌کند و نظریه ماده تاریک را تقویت می‌کند.

دانشمندان گرانش را در برخی از بزرگترین ساختارهای جهان آزمایش کرده‌اند و دریافته‌اند که دقیقاً همانطور که توسط قوانین فیزیکی دیرینه پیش‌بینی شده است، رفتار می‌کند.

محققان به رهبری دانشگاه پنسیلوانیا از داده‌های تلسکوپ کیهان‌شناسی آتاکاما برای بررسی چگونگی حرکت خوشه‌های کهکشانی در فواصل کیهانی وسیع استفاده کردند.

نتایج آنها نشان می‌دهد که گرانش با فاصله، مطابق با قانون مربع معکوس که ابتدا توسط «ایزاک نیوتن» توصیف شد و بعداً در نظریه نسبیت عام «آلبرت اینشتین» گنجانده شد، ضعیف می‌شود.

این یافته‌ها نظریه‌های جایگزینی را که تغییرات گرانش را در مقیاس‌های بزرگ نشان می‌دهند، به چالش می‌کشند و در عوض این ایده را تقویت می‌کنند که یک جزء نامرئی به نام «ماده تاریک»، حرکت کیهانی را شکل می‌دهد.

گرانش در مقیاس ثابت است

پاتریسیو گالاردو(Patricio Gallardo) از اعضای این تیم تحقیقاتی گفت: اخترفیزیک با یک اختلاف عظیم در دفتر کل کیهانی مواجه شده است. وقتی به چگونگی گردش ستارگان در کهکشان‌ها یا چگونگی حرکت کهکشان‌ها در خوشه‌های کهکشانی نگاه می‌کنیم، به نظر می‌رسد که برخی از آنها با سرعتی بیش از حد معمول نسبت به مقدار ماده مرئی موجود در آنها حرکت می‌کنند.

برای آزمایش اینکه آیا خود گرانش ممکن است مسئول باشد، محققان اعوجاج‌های ظریف در تابش زمینه کیهانی را هنگام عبور از خوشه‌های کهکشانی عظیم تجزیه و تحلیل کردند.

این اعوجاج‌ها که ناشی از حرکت گاز داغ در اطراف خوشه‌ها هستند، به محققان اجازه دادند تا سرعت حرکت خوشه‌ها به سمت یکدیگر را در فواصلی به طول صدها میلیون سال نوری اندازه‌گیری کنند.

نتایج با پیش‌بینی‌های فیزیک کلاسیک و نسبیت مطابقت نزدیکی داشت و هیچ مدرکی مبنی بر تضعیف متفاوت گرانش نسبت به آنچه در این مقیاس‌ها انتظار می‌رود، نشان نداد.

گالاردو گفت: قابل توجه است که قانون مربع معکوس که توسط نیوتن در قرن هفدهم پیشنهاد شد و سپس در نظریه نسبیت عام اینشتین گنجانده شد، هنوز در قرن بیست و یکم جایگاه خود را حفظ کرده است.

تقویت نظریه ماده تاریک

این مطالعه به یک معمای دیرینه در کیهان‌شناسی می‌پردازد. مشاهدات به طور مداوم نشان داده‌اند که ستاره‌ها در لبه‌های کهکشان‌ها و کهکشان‌های درون خوشه‌ها سریع‌تر از آنچه ماده مرئی به تنهایی می‌تواند توضیح دهد، حرکت می‌کنند.

گالاردو توضیح داد: این معمای اصلی است. یا گرانش در مقیاس‌های بسیار بزرگ متفاوت رفتار می‌کند یا جهان حاوی یک ماده اضافی است که ما نمی‌توانیم مستقیماً ببینیم.

از آنجا که اندازه‌گیری‌های جدید تأیید می‌کنند که گرانش مطابق انتظار رفتار می‌کند، نتایج، فرضیه ماده تاریک را به عنوان جزء گمشده تقویت می‌کند.

گالاردو گفت: این مطالعه شواهدی را مبنی بر وجود جزئی از ماده تاریک در جهان تقویت می‌کند، اما ما هنوز نمی‌دانیم که آن جزء از چه چیزی ساخته شده است.

این کار همچنین محدودیت‌هایی را بر نظریه‌هایی مانند دینامیک نیوتنی اصلاح‌شده اعمال می‌کند که سعی دارند حرکت کیهانی را با تغییر قوانین گرانش توضیح دهند.

این تحقیق با گسترش آزمایش‌های گرانش به فواصل بسیار فراتر از مقیاس کهکشان‌های منفرد، یکی از جامع‌ترین اعتبارسنجی‌های مدل‌های استاندارد کیهان‌شناسی را تا به امروز ارائه می‌دهد.

مشاهدات آینده با استفاده از نقشه‌های دقیق‌تر از تابش پس‌زمینه کیهانی و بررسی‌های کهکشان‌های بزرگتر می‌تواند این اندازه‌گیری‌ها را بیشتر اصلاح کند و گرانش را با دقت بیشتری آزمایش کند.

گالاردو در پایان گفت: با وجود این همه پرسش بی‌پاسخ، گرانش همچنان یکی از جذاب‌ترین حوزه‌های تحقیقاتی است. این حوزه به طور طبیعی جذاب است.

این مطالعه در مجله Physical Review Letters منتشر شده است.