過去 1 世紀にわたって、数え切れないほどの研究がアルバート アインシュタインの一般相対性理論の堅牢性を確認してきました。この理論は、ブラック ホールや GPS テクノロジーの日常的な使用などの現象を予測します。最近の技術の進歩のおかげで、科学者は宇宙をかつてないほど詳細に観察することができ、アインシュタインの理論に大規模に挑戦する可能性のある現象を発見することができます。
大規模な相対性理論
相対性理論は、重力は時空の湾曲から生じると述べています。しかし、数十億光年にわたる銀河団の場合、この曲率はアインシュタインの予測から逸脱しているように見えます。ウォータールー大学のロビン・ウェン氏は、このような巨大なスケールでは、重力はもはやアインシュタインの理論と完全に一致しているようには見えないと指摘した。
ウェン氏はウォータールー大学とブリティッシュコロンビア大学の共同研究に参加しています。研究者たちはこの「宇宙の不具合」を解決しようとしている。 Journal of Cosmology and Astroparticle Physics に掲載された彼らの研究は、これらの巨大なスケールでは重力が約 1% 弱くなることを示唆しています。この矛盾により、アインシュタインの理論の正確さに疑問が生じます。
この結果にもかかわらず、宇宙学者は一般相対性理論を放棄するつもりはありません。 「この重力モデルは、ビッグバン理論からブラックホール写真に至るまで、あらゆるものの基礎となっています」とウェン氏はプレスリリースで説明した。アインシュタインの研究は、依然として、より小さなスケールで重力を理解するための非常に正確な枠組みとなっています。ウェン氏は、自身の研究がGPSなどのテクノロジーの機能やブラックホールに関する私たちの理解を損なうものではないと強調した。可能な限り最大のスケールで考えられる逸脱を調べるだけです。
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現在のステータスは「不十分」である可能性があります
研究チームは、ビッグバンの残光である宇宙マイクロ波背景放射のデータを調査しているときにこの異常を発見した。彼らは、アインシュタインの発見を含む基本的な物理法則に基づいたモデルを使用し、予測データを実際の観測結果と比較しました。 1% の重力ペナルティを考慮して理論を調整することで、モデルは観測データとよりよく一致しました。
「ほぼ1世紀前、天文学者たちは私たちの宇宙が膨張していることを発見しました」とウォータールー大学の天体物理学教授でペリメーター研究所の研究者でもあるニアエシュ・アフショーディ氏は付け加えた。 「銀河は遠ざかるほど速く動き、アインシュタインの理論が認める最大光速とほぼ同じ速度で動いているように見えます。私たちの結果は、アインシュタインの理論もこれらの規模では不十分である可能性を示唆しています。」
通常、宇宙の膨張速度は均一であるはずですが、局所的な観測では、遠方の領域に比べて膨張速度が速いことが示唆されています。大規模なスケールで重力を 1% 弱めると、この不一致が減少する可能性があります。
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「アインシュタインの理論の脚注」
この宇宙のグリッチが存在する可能性は、研究者が宇宙についての私たちの理解におけるさまざまな緊張を調整するのに役立つ可能性があります。それにもかかわらず、この研究は決定的な証拠を提供していません。今後 10 年間に予想される将来のデータは、これが実際の発見なのか統計的な異常なのかを判断する上で非常に重要になります。
「これはアインシュタインの理論の脚注だと考えてください」とウェン氏は言う。 「宇宙規模に達すると、さまざまな条件が適用されます。」とアフショーディ氏は、この新しいモデルは、時空を超えて解決しようとしている宇宙のパズルの最初の手がかりになるかもしれないと付け加えた。
ウェン氏と彼のチームは、宇宙最大の三次元地図を作成したダークエネルギー分光装置 (DESI) からの新しいデータを調査する予定です。 DESI の結果は、ダーク エネルギーは重力と同様、大規模では予想どおりに動作しないことを示しています。研究者らは、これらの異常が関連しているかどうかを調べたいと考えており、それによって一般相対性理論を修正する必要性を示すさらなる証拠が得られる可能性がある。