وقتی دانشمندان با اینشتین درمی‌افتند

فیزیکدانان دانشگاه ژنو سوئیس (UNIGE)و دانشگاه پل ساباتیه فرانسه بعد از مطالعه داده‌های یک بررسی نقشه‌برداری از شکل صدها میلیون کهکشان از نقاط مختلف تاریخ کیهانی، به این نتیجه رسیده‌اند.

اعضای این تیم پس از تجزیه‌وتحلیل این موضوع که چگونه جرم این کهکشان‌ها فضا-زمان را تحریف می‌کند، انحرافی جزئی از پیش‌بینی اینشتین در مورد ظهور آن‌ها بین ۵ تا ۶ میلیون سال پیش یافتند که این تغییر با شتاب در سرعت انبساط کیهان مصادف است و درنتیجه ممکن است به روشن شدن این پدیده مبهم کمک کند.

نظریه نسبت عام اینشتین چه می‌گوید؟

براساس نظریه نسبیت عام اینشتین، اجسام دارای جرم، فضا و زمان را منحرف می‌کنند؛ چیزی شبیه به تغییر شکل تشک، وقتی‌که یک توپ بولینگ را روی تخت قرار دهید. این تغییر شکل بافت جهان که اینشتین آن را پیشنهاد کرد، دقیقاً همان چیزی است که ما به‌عنوان گرانش تجربه می‌کنیم.

اعوجاج فضا-زمان اطراف اجسام، مثلاً در سیارات یا ستاره‌ها، در چاهه‌های گرانشی کوچک آن‌ها قرار می‌گیرد و وقتی نور از میان این چاه‌ها عبور می‌کند، به نحوی خم می‌شود که انگار از یک ذره‌بین عبور کرده. این فرآیند، به‌عنوان عدسی گرانشی شناخته می‌شود.

چهار سال بعد از انتشار مفهوم نظریه نسبیت عام اینشتین و در سال ۱۹۱۹ بود که این جنبه از این نظریه از طریق آزمایش‌هایی که تا حدی در طی یک خورشیدگرفتگی انجام شد، تأیید گردید.

در آن زمان، آرتور استنلی ادینگتون و فرانک واتسون دایسون، ستاره‌شناسان بریتانیایی نشان دادند که گرانش خورشید به‌خوبی نور ستارگان دوردست (که در طول کسوف قابل‌رؤیت بودند) را منحرف می‌کند؛ دقیقاً همان‌طور که نسبیت عام پیش‌بینی کرده بود. این تقریباً دو برابر انحراف پیش‌بینی‌شده توسط فیزیک نیوتنی بود که انحنای زمان و مکان را در نظر نمی‌گرفت.

بااین‌وجود، این سؤال باقی ماند که آیا پیش‌بینی‌های اینشتین در مقیاس جهانی درست باقی خواهد ماند؟

مطالعات جدید برای به چالش کشیدن نظریه اینشتین

حالا محققان در مطالعه خود از داده‌های بررسی انرژی تاریک استفاده کردند. آن‌ها در این پروژه سرعت انبساط جهان که گمان می‌رود توسط یک نیروی مرموز و نامرئی به نام انرژی تاریک هدایت می‌شود را اندازه‌گیری کردند. کامیل بونوین، نویسنده مقاله و پروفسور کیهان‌شناس UNIGE دراین‌باره گفت: «تاکنون از داده‌های بررسی انرژی تاریک برای اندازه‌گیری توزیع ماده در کیهان استفاده‌شده است. ما در مطالعه خود از این داده‌ها برای اندازه‌گیری مستقیم اعوجاج زمان – مکان استفاده کردیم و بدین ترتیب این امکان برایمان فراهم شد تا یافته‌های خود را با پیش‌بینی‌های اینشتین مقایسه کنیم.»

از آنجایی‌که نور برای سفر در فضا به زمان نیاز دارد، نگاه کردن به جهان دور، مثل نگاه کردن به میلیاردها سال گذشته در زمان است.

محققان با بهره‌گیری از این واقعیت، ۱۰۰ میلیون کهکشان را از چهار نقطه مختلف در طول عمر کیهان مورد تجزیه‌وتحلیل قراردادند: کهکشان‌هایی متعلق به ۳.۵، ۵، ۶ و ۷ میلیارد سال پیش و این‌گونه این فرصت را یافتند تا چگونگی تغییر چاه‌های گرانشی در بیش از نیمی از تاریخ کیهانی را بررسی کنند.

ایزاک توتوسائوس، نویسنده مقاله و استاد اخترفیزیک‌دان دانشگاه پل ساباتیه دراین‌باره گفت: «ما درگذشته‌های دور (۶ و ۷ میلیارد سال پیش) کشف کردیم که عمق چاه‌ها به‌خوبی با پیش‌بینی‌های اینشتین مطابقت دارد؛ اما درگذشته‌های نزدیک‌تر به امروز (۳.۵ و ۵ میلیارد سال پیش) عمق چاه‌ها کمی کم‌عمق‌تر از پیش‌بینی اینشتین هستند.»

طبق گفته محققان در طول دومین دوره، انبساط جهان شروع به‌شتاب گرفتن کرده است. بر این اساس، ممکن است که هر دو راز، علت یکسانی داشته باشند؛ به‌ویژه اینکه گرانش ممکن است در مقیاس بزرگ، کمی متفاوت از آنچه نظریه اینشتین پیش‌بینی کرده بود عمل کند.

نظریه اینشتین باطل نمی‌شود

ناستاسیا گریم، نویسنده مقاله و فیزیکدان نظری UNIGE توضیح داد: «نتایج ما نشان می‌دهد که میزان ناسازگاری پیش‌بینی‌های اینیشتین با اندازه‌گیری‌ها، ۳ سیگما است. ۳ سیگما به این معناست که این تفاوت، جالب‌توجه و مستلزم بررسی‌های بیشتر است. البته این ناسازگاری در این مرحله، آن‌قدر بزرگ نیست که نظریه اینشتین را باطل کند. برای اینکه این اتفاق بیفتد، باید به آستانه ۵ سیگما برسیم؛ بنابراین ضروری است که اندازه‌گیری‌های دقیق‌تری برای تأیید یا رد این نتایج داشته باشیم و بفهمیم که آیا این نظریه در جهان ما در فواصل بسیار زیاد معتبر است یا خیر.»

بعد از تکمیل مطالعات اولیه، اعضای این تیم در حال آماده شدن برای تجزیه‌وتحلیل داده‌های تلسکوپ فضایی اقلیدس آژانس فضایی اروپاست که سال گذشته به فضا پرتاب شد و اندازه‌گیری دقیق‌تری از عدسی گرانشی را ارائه می‌دهد.