Eine Modifikation der Allgemeinen Relativitätstheorie macht sie konsistent mit beobachtbaren astronomischen Daten, ohne dass dunkle Energie benötigt wird.
Seit seiner Fertigstellung im Jahr 1915 Einsteins Theorie der Allgemeinen Relativitätstheorie war die Grundlage unseres Verständnisses der Gravitation. Diese Theorie hat viele experimentelle Tests bestanden und wird verwendet, um nicht nur die Physik im Maßstab von Planeten, Sternen und Galaxien zu erklären, sondern sogar die Entwicklung des Kosmos als Ganzes. Es hat jedoch einige Mängel.
Jüngste astronomische Beobachtungen haben gezeigt, dass die Siedas Universum dehnt sich aus eine Lohe Beschleunigungsrateund obwohl dies nicht unbedingt im Widerspruch zu den in der Allgemeinen Relativitätstheorie vorgebrachten Ideen steht, ist es notwendig, die Existenz einer Entität namens Dunkle Energie anzunehmen, ein mysteriöser Einfluss, der die beschleunigte Expansion verursacht
Der Ursprung der Dunklen Energie ist derzeit unklar und das Verständnis ihrer Eigenschaften fehlt noch. Daher ist für viele Physiker, für die Einfachheit und Minimalismus oft wichtige Kriterien für die Gültigkeit einer wissenschaftlichen Theorie sind, die Einbeziehung einer Substanz oder Entität, die bisher mit keinerlei experimentellen Mitteln beobachtbar war, etwas unerwünscht.
Um diesen Mangel zu beheben, schlug ein Team von Physikern des Birla Institute of Technology and Science in Pilani, Indien, vor, die allgemeine Relativitätstheorie zu modifizieren, wodurch es notwendiger wird, diese mysteriöse Energieform in Betracht zu ziehen, damit die Theorie mit den beobachtbaren astronomischen Beobachtungen übereinstimmt . Die Daten.
Beseitigen Sie die Notwendigkeit für dunkle Energie
Die Allgemeine Relativitätstheorie interpretiert die Schwerkraft als eine Verformung der Raumzeit durch Teilchen und Felder, deren Verhalten wiederum von diesen Änderungen in der Geometrie der Raumzeit beeinflusst wird. Die beiden Akteure beeinflussen sich gegenseitig, ähnlich wie beim Elektromagnetismus, wo ein elektrisches Feld die Bahnen geladener Teilchen modifiziert, die wiederum das elektrische Feld modifizieren. Einstein postulierte eine sehr spezifische Art und Weise, wie diese subtile gegenseitige Beeinflussung von Geometrie und Materie zustande kommt, und die Autoren der neuen Studie schlugen vor, die Details dieser Wechselwirkung zu ändern.
Die Gleichungen einer Gravitationstheorie können auf verschiedene physikalische Situationen angewendet werden, beispielsweise um die Geometrie des gesamten Universums zu untersuchen, wie es sich nach dem Urknall entwickelt hat. Unter Verwendung dieser kann man die Geschwindigkeit ermitteln, mit der sich der Raum ausdehnt, und die Lösung mit Beobachtungsdaten vergleichen. Die Anforderung, dass die Lösung von Einsteins Gleichungen mit Beobachtungen konsistent sein muss, erforderte die Einführung von Dunkler Energie in die Gleichungen.
In der neuen Studie lösten Physiker die Gleichungen der alternativen Gravitationstheorie, genannt „Torsionsgravitation im Quadrat“, und stellten fest, dass die Expansionsrate des Universums durch diese Theorie besser beschrieben wird als durch die allgemeine Relativitätstheorie, auch ohne dass dies erforderlich wäre “fehlende Komponenten” in Form von dunkler Energie in die allgemeine Relativitätstheorie einführen.
Die Änderung der Art und Weise, wie Gravitationsfelder mit Materie in diesen Gleichungen interagieren, führte zu einer Änderung des Einflusses der Materie auf die Geometrie der Raumzeit – ein Effekt ähnlich dem von hypothetischen Arten dunkler Energie, die als „Quintessenz“, ohne es zu brauchen.
Zukünftige Studien zur Dynamik der Expansion des Universums werden es sicherlich ermöglichen, die hier von Physikern erzielten theoretischen Ergebnisse zu verifizieren.
„Die Experimente sind noch nicht geplant, aber eine theoretische Validierung unserer Theorie kann mit Beobachtungsdaten erfolgen“, sagte Simran Arora, einer der Autoren der Studie.
Trotz der ermutigenden Ergebnisse stellen die Physiker fest, dass noch viel zu tun bleibt, um festzustellen, ob ihre Beschreibung der Schwerkraft tatsächlich korrekt ist. Neben einer globalen Expansionsrate muss eine robuste Gravitationstheorie auch andere Effekte korrekt berücksichtigen, etwa Schwankungen der Materiedichte, die während der kosmischen Evolution zur Entstehung von Sternen, Planeten und Galaxien geführt haben.
„Zukünftige Arbeiten umfassen die detailliertere theoretische Untersuchung der Dunklen Energie in unserem Torsionsquadrat F(J,T) Schwerkraft“, schloss Arora. “Wir planen, andere kosmologische Szenarien zu untersuchen, darunter Inflation, Spannungen in kosmologischen Parametern und Störungsanalysen.”
Referenz: Arora S., Bhat A., Sahoo PK, Torsionsgravitation f(T,T) im Quadrat und ihre kosmologischen ImplikationenFortschritte in der Physik (2022), DOI: 10.1002/prop.202200162
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