نُشرت عام 1915 ، اجتازت نظرية النسبية العامة لأينشتاين أول اختبار كبير لها بعد بضع سنوات فقط ، عندما لوحظ انحراف الجاذبية المتوقع للضوء الذي يمر بالقرب من الشمس خلال كسوف الشمس عام 1919.
في عام 1960 ، اجتازت GR أول اختبار كبير لها في مختبر هنا على الأرض. تجربة باوند ريبكا. وعلى مدى العقود التسعة منذ نشرها ، اجتاز GR اختبارًا تلو الآخر ، دائمًا بألوان متطايرة (راجع هذه المراجعة للحصول على ملخص ممتاز).
لكن الاختبارات كانت دائمًا داخل النظام الشمسي ، أو بطريقة أخرى غير مباشرة.
الآن قام فريق بقيادة علماء جامعة برينستون باختبار GR لمعرفة ما إذا كان صحيحًا في المقاييس الكونية. وبعد عامين من تحليل البيانات الفلكية ، استنتج العلماء أن نظرية آينشتاين تعمل أيضًا على مسافات شاسعة كما هو الحال في المزيد من المناطق المحلية في الفضاء.
يوضح تحليل العلماء لأكثر من 70.000 مجرة أن الكون - على مسافة تصل إلى 3.5 مليار سنة ضوئية من الأرض - يلعب وفقًا للقواعد التي وضعها آينشتاين في نظريته الشهيرة. في حين تم قبول الموارد الوراثية من قبل المجتمع العلمي لأكثر من تسعة عقود ، لم يختبر أحد حتى الآن النظرية بشكل شامل وقوي على مسافات ومقاييس تتجاوز نطاق النظام الشمسي.
رينابيل رييس ، خريجة جامعة برينستون في قسم علوم الفيزياء الفلكية ، إلى جانب المؤلفين المشاركين راشيل ماندلبوم ، باحثة مشاركة ، وجيمس جان ، أستاذ يوجين هيغينز لعلم الفلك ، حددوا تقييمهم في إصدار 11 مارس من الطبيعة.
ومن بين العلماء الآخرين المتعاونين في البحث توبياس بالدوف ولوكاس لومبريسير وروبرت سميث من جامعة زيورخ وأوروس سيلجاك من جامعة كاليفورنيا-بيركلي.
وقالوا إن النتائج مهمة ، لأنها تدعم النظريات الحالية التي تشرح شكل الكون واتجاهه ، بما في ذلك الأفكار حول الطاقة المظلمة ، وتبديد بعض التلميحات من التجارب الحديثة الأخرى التي قد تكون النسبية العامة خاطئة.
وقال غان: "تستند جميع أفكارنا في علم الفلك على هذا الاستقراء الهائل حقًا ، لذا فإن أي شيء يمكننا القيام به لمعرفة ما إذا كان هذا صحيحًا أم لا في هذه المقاييس مهم للغاية". "إنها تضيف لبنة أخرى إلى الأساس الذي يقوم عليه ما نقوم به."
GR هي واحدة من اثنتين من النظريات الأساسية الكامنة وراء كل الفيزياء الفلكية وعلم الكون المعاصر (والآخر هو النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات ، نظرية الكم) ؛ يشرح كل شيء من الثقوب السوداء إلى الانفجار الكبير.
في السنوات الأخيرة ، تم اقتراح العديد من البدائل للنسبية العامة. تخرج نظريات الجاذبية المعدلة عن النسبية العامة على المقاييس الكبيرة للتحايل على الحاجة إلى الطاقة المظلمة أو المادة المظلمة أو كليهما. ولكن نظرًا لأن هذه النظريات قد تم تصميمها لتتناسب مع تنبؤات النسبية العامة حول تاريخ توسع الكون ، وهو عامل أساسي للعمل الكوني الحالي ، فقد أصبح من الضروري معرفة أي النظرية صحيحة ، أو على الأقل تمثل الواقع بأفضل صورة يمكن تقريبه.
قال رييس: "كنا نعلم أننا بحاجة إلى النظر إلى الهيكل الواسع للكون ونمو الهياكل الأصغر التي تؤلفه بمرور الوقت لمعرفة ذلك". استخدم الفريق بيانات من مسح Sloan Digital Sky Survey (SDSS) ، وهو مشروع تلسكوب طويل الأمد متعدد المؤسسات يرسم خريطة السماء لتحديد موضع وسطوع عدة مئات من المجرات والكوازارات.
من خلال حساب تجمع هذه المجرات ، التي تمتد ما يقرب من ثلث الطريق إلى حافة الكون ، وتحليل سرعاتها وتشويهها من المواد المتداخلة - بسبب ضعف العدسة ، في المقام الأول بواسطة المادة المظلمة - أظهر الباحثون أن آينشتاين تشرح النظرية الكون القريب أفضل من نظريات الجاذبية البديلة.
درس علماء جامعة برينستون آثار الجاذبية على مجرات SDSS ومجموعات المجرات على مدى فترات طويلة من الزمن. لاحظوا كيف أن هذه القوة الأساسية تدفع المجرات للتكتل في مجموعات أكبر من المجرات وكيف تشكل توسع الكون.
من الأهمية بمكان ، لأن النسبية تتطلب أن يكون انحناء الفضاء مساوياً للانحناء الزمني ، يمكن للباحثين حساب ما إذا كان الضوء قد تأثر بكميات متساوية من قبل كليهما ، كما يجب أن يكون إذا كانت النسبية العامة صحيحة.
وقال ماندلباوم "هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها إجراء هذا الاختبار على الإطلاق ، لذا فهي دليل على المفهوم". من المقرر إجراء مسوح فلكية أخرى للسنوات القليلة القادمة. الآن بعد أن علمنا أن هذا الاختبار يعمل ، سنكون قادرين على استخدامه مع بيانات أفضل ستكون متاحة قريبًا لتقييد نظرية الجاذبية. "
قال العلماء إن تعزيز القدرات التنبؤية لـ GR يمكن أن يساعد العلماء على فهم أفضل لما إذا كانت النماذج الحالية للكون منطقية.
وقال جون "إن أي اختبار يمكننا القيام به لبناء ثقتنا في تطبيق هذه الأشياء النظرية الجميلة للغاية ولكن لم يتم اختبارها على هذه المقاييس مهم للغاية". "من المؤكد أنه يساعد عندما تحاول القيام بأشياء معقدة لفهم الأساسيات. وهذا شيء أساسي للغاية. "
قال المؤلف المشارك أوروس سيلجاك ، أستاذ الفيزياء وعلم الفلك في جامعة كاليفورنيا في بيركلي: "الشيء الجميل في الانتقال إلى المقياس الكوني هو أنه يمكننا اختبار أي نظرية جاذبية بديلة كاملة ، لأنها يجب أن تتنبأ بالأشياء التي نلاحظها". وعالم هيئة التدريس في مختبر لورانس بيركلي الوطني وهو حاليًا في إجازة في معهد الفيزياء النظرية في جامعة زيوريخ. "إن تلك النظريات البديلة التي لا تتطلب مادة مظلمة تفشل في هذه الاختبارات."
المصادر: يقول علماء برينستون إن نظرية أينشتاين تنطبق خارج النظام الشمسي (جامعة برينستون) ، "دراسة تؤكد النسبية العامة على النطاق الكوني ، ووجود مادة مظلمة" (جامعة كاليفورنيا بيركلي) ، "تأكيد النسبية العامة على المقاييس الكبيرة من الضعيف العدسات وسرعات المجرات "(طبيعة ، طباعة arXiv)
