به نقل از «فرارو»

دوران اینشتین به سر رسید؟

تاریخ انتشار: ۱۹ مهر ۱۴۰۲ | کد خبر: ۳۸۸۶۳۲۱۴

نظریه گرانش اینشتین یا همان نظریه نسبیت عام برای بیش از یک قرن بسیار موفق عمل کرده است، با این حال، دارای کاستی‌های نظری است و برخی پیشنهاد می‌دهند که باید به دنبال جایگزین‌هایی برای آن باشیم.

به گزارش ایسنا، این موضوع چندان تعحب‌آور نیست، زیرا این نظریه، شکست خود را در تکینگی‌های فضا-زمان درون سیاه‌چاله‌ها و خود مه‌بانگ را پیش‌بینی کرده است.

بیشتر بخوانید: اخباری که در وبسایت منتشر نمی‌شوند!

برخلاف نظریه‌های فیزیکی که سه نیروی بنیادی دیگر در فیزیک یعنی الکترومغناطیسی و برهمکنش‌های هسته‌ای قوی و ضعیف را توصیف می‌کنند، نظریه نسبیت عام فقط در گرانش ضعیف آزمایش شده است.

انحرافات و مکانیک کوانتومی

به گفته اینشتین، جهان ما در پی یک مه‌بانگ ایجاد شده است. تکینگی‌های دیگر درون سیاهچاله‌ها پنهان می‌شوند: مکان و زمان در آنجا معنایی ندارند، در حالی که مقادیری همچون چگالی انرژی و فشار در آنجا بی‌نهایت می‌شوند. این‌ها نشان می‌دهد که نظریه اینشتین در آنجا شکست می‌خورد و باید با نظریه‌ای اساسی‌تر جایگزین شود.

تکینگی‌های فضازمان باید توسط مکانیک کوانتومی که در مقیاس‌های بسیار کوچک اعمال می‌شود، حل شوند. فیزیک کوانتومی بر دو ایده ساده تکیه دارد: ذرات نقطه‌ای معنی ندارند؛ و اصل عدم قطعیت هایزنبرگ.

این اصل بیان می‌کند که هرگز نمی‌توان ارزش جفت‌های خاصی از کمیت‌ها را با دقت مطلق دانست. برای مثال، موقعیت و سرعت یک ذره را نمی‌توان با دقت مطلق دانست، زیرا که ذرات را نباید به عنوان نقطه، بلکه باید به عنوان امواج در نظر گرفت که در مقیاس‌های کوچک مانند امواج ماده رفتار می‌کنند.

این برای درک این نکته کافی است که نظریه‌ای که هم نسبیت عام و هم فیزیک کوانتومی را در بر می‌گیرد باید عاری از چنین ناهنجاری باشد. با این حال، تمام تلاش‌ها برای ترکیب نسبیت عام و فیزیک کوانتومی لزوما با انحرافاتی از نظریه اینشتین همراه است.

بنابراین، گرانش اینشتین نمی‌تواند نظریه نهایی گرانش باشد. در واقع، مدت زیادی پس از معرفی نسبیت عام توسط اینشتین در سال ۱۹۱۵ نگذشته بود که آرتور ادینگتون (Arthur Eddington)، که بیشتر به دلیل تایید این نظریه در خورشید گرفتگی سال ۱۹۱۹ شناخته شده بود، شروع به جستجوی جایگزینی برای آن کرد تا ببیند چگونه همه چیز می‌تواند متفاوت باشد.

نظریه اینشتین تا به امروز از تمام آزمایشات جان سالم به در برده است و به طور دقیق نتایج مختلفی را از سرعت حرکت مدار عطارد تا وجود امواج گرانشی پیش‌بینی می‌کند. بنابراین، این انحرافات از نسبیت عام در کجا پنهان شده است؟

کیهان‌شناسی مهم است

یک قرن تحقیقات مدل استاندارد کیهان شناسی را به ما ارائه کرده است که به عنوان مدل ماده تاریک (Λ-Cold Dark Matter) (ΛCDM) شناخته می‌شود. در اینجا Λ مخفف ثابت کیهانی معروف اینشتین یا انرژی تاریک مرموز با خواص مشابه است.

انرژی تاریک توسط اخترشناسان برای توضیح شتاب انبساط کیهانی معرفی شد. به رغم داده‌های بسیار مناسب کیهان شناسی تا همین اواخر، مدل ماده تاریک از نقطه نظر تئوری به طرز چشمگیری ناقص بود و رضایت بخش نبود.

در پنج سال اخیر نیز این مدل با تنش‌های رصدی شدیدی مواجه بوده است. ثابت هابل که سن و مقیاس فاصله در جهان را تعیین می‌کند را می‌توان در کیهان اولیه با استفاده از امواج پس‌زمینه مایکروویو کیهانی و در روز‌های اخیر جهان با استفاده از ابرنواختر‌ها اندازه‌گیری کرد.

دوران اینشتین به سر رسید؟

این دو اندازه‌گیری نتایج ناسازگاری ارائه می‌دهند. حتی مهم‌تر از آن، ماهیت اجزای اصلی مدل انرژی تاریک، ماده تاریک و آن چه انبساط اولیه جهان را ایجاد کرده است، همچنان یک راز باقی مانده است.

از دیدگاه رصدی، قانع‌کننده‌ترین انگیزه برای گرانش اصلاح‌شده، شتاب جهان است که در سال ۱۹۹۸ با ابرنواختر‌های نوع Ia کشف شد، که درخشندگی آن‌ها با این شتاب زیاد، کم می‌شود. مدل ماده تاریک بر اساس نسبیت عام، یک انرژی تاریک بسیار عجیب و غریب با فشار منفی در جهان را متصور می‌شود.

مشکل این است که این انرژی تاریک هیچ توجیه فیزیکی ندارد. ماهیت آن کاملا ناشناخته است، اگرچه مدل‌های زیادی پیشنهاد شده است. جایگزین پیشنهادی برای انرژی تاریک، یک ثابت کیهانی Λ است که طبق محاسبات مکانیکی کوانتومی باید عظیم باشد.

با این حال، ثابت کیهانی Λ باید به طور باورنکردنی به مقدار بسیار کوچکی تنظیم شود تا با مشاهدات کیهان شناسی مطابقت داشته باشد. اگر انرژی تاریک وجود داشته باشد، ناآگاهی ما از ماهیت آن عمیقا نگران کننده است.

جایگزین‌های نظریه انیشتین

آیا ممکن است این مشکلات، ناشی از تلاش نادرست ما برای گنجاندن مشاهدات کیهانی در نسبیت عام باشد، مانند قرار دادن یک فرد در یک شلوار خیلی تنگ؟ آیا ما اولین انحرافات را از نسبیت عام مشاهده می‌کنیم در حالی که انرژی تاریک مرموز وجود ندارد؟

این ایده که برای اولین بار توسط محققان دانشگاه ناپل ارائه شد، محبوبیت فوق العاده‌ای به دست آورد ...

انحراف از گرانش اینشتین توسط آزمایشات منظومه شمسی، مشاهدات اخیر امواج گرانشی و تصاویر نزدیک به افق سیاهچاله‌ها محدود می‌شود.

اکنون مقالات زیادی در مورد نظریه‌های گرانشی که می‌توانند جایگزین نسبیت عام شوند وجود دارد که به تحقیقات اولیه ادینگتون در سال ۱۹۲۳ برمی‌گردند. یک گروه بسیار محبوب از جایگزین‌ها، گرانش اسکالر تانسور (scalar-tensor) است. این نظریه از نظر مفهومی بسیار ساده است، زیرا فقط یک عنصر اضافی را به توصیف هندسی گرانش اینشتین اضافه می‌کند که میدان اسکالر مربوط به ساده‌ترین ذره بدون چرخش است.

یک پدیده قابل توجه «اثر آفتاب پرست» است که این واقعیت را شامل می‌شود که این نظریه‌ها می‌توانند خود را به عنوان نسبیت عام در محیط‌های با چگالی بالا مانند ستارگان یا منظومه شمسی جایگزین کنند در حالی که در محیط‌های کم چگالی کیهان شناسی به شدت از آن منحرف می‌شوند.

در نتیجه، میدان اضافی (گرانشی) به طور موثر در سیستم‌های نوع اول وجود ندارد و خود را مانند آفتاب پرست پنهان می‌کند و تنها در بزرگترین مقیاس (کیهان شناختی) احساس می‌شود.

وضعیت فعلی

امروزه طیف جایگزین‌های گرانش اینشتین به طور چشمگیری گسترش یافته است. حتی افزودن یک برانگیختگی اسکالر عظیم یعنی یک ذره اسپین صفر به گرانش اینشتین و «ساده» نگه داشتن معادلات حاصل برای جلوگیری از برخی ناپایداری‌های بسیار نامناسب شناخته شده منجر به ایجاد گروه بسیار گسترده‌تری از نظریه‌های هوندسکی (Horndeski) شده است.

نظریه‌پردازان دهه گذشته را صرف استخراج پیامد‌های فیزیکی از این نظریه‌ها کرده‌اند. کشف اخیر امواج گرانشی راهی برای محدود کردن گروه فیزیکی تغییرات مجاز گرانش اینشتین فراهم کرده است.

با این حال، هنوز کار زیادی باید انجام شود، با این امید که پیشرفت‌های آینده در نجوم منجر به کشف تغییرات نسبیت عام شود که در آن گرانش بسیار قوی است.

منبع: فرارو

کلیدواژه: انیشتن گرانش زمین قیمت طلا و ارز قیمت موبایل گرانش اینشتین انرژی تاریک کیهان شناسی جایگزین ها ماده تاریک نسبیت عام نظریه ای نظریه ها

درخواست حذف خبر:

«خبربان» یک خبرخوان هوشمند و خودکار است و این خبر را به‌طور اتوماتیک از وبسایت fararu.com دریافت کرده‌است، لذا منبع این خبر، وبسایت «فرارو» بوده و سایت «خبربان» مسئولیتی در قبال محتوای آن ندارد. چنانچه درخواست حذف این خبر را دارید، کد ۳۸۸۶۳۲۱۴ را به همراه موضوع به شماره ۱۰۰۰۱۵۷۰ پیامک فرمایید. لطفاً در صورتی‌که در مورد این خبر، نظر یا سئوالی دارید، با منبع خبر (اینجا) ارتباط برقرار نمایید.

با استناد به ماده ۷۴ قانون تجارت الکترونیک مصوب ۱۳۸۲/۱۰/۱۷ مجلس شورای اسلامی و با عنایت به اینکه سایت «خبربان» مصداق بستر مبادلات الکترونیکی متنی، صوتی و تصویر است، مسئولیت نقض حقوق تصریح شده مولفان در قانون فوق از قبیل تکثیر، اجرا و توزیع و یا هر گونه محتوی خلاف قوانین کشور ایران بر عهده منبع خبر و کاربران است.

خبر بعدی:

یک فرضیه در مورد چگونگی حرکت موجودات فضایی بین سیارات

دانشمندان در جستجوی حیات فرازمینی، تفکر سنتی را کنار گذاشته و نظریه‌های جدیدی ارائه می‌کنند.

به گزارش لایو ساینس، دو ستاره شناس، به نام هریسون پی اسمیت و لانا سینابایان، می‌گویند که بیگانگانی که در سیارات فراخورشیدی زندگی می‌کنند، می‌توانند بر روی شهاب سنگ‌ها سوار شوند تا سیارات از جمله زمین را مستعمره کنند.

این به مفهومی به نام "پانسپرمیا" مربوط می‌شود، نظریه‌ای که نشان می‌دهد اشکال حیات می‌توانند با "سواری" بر روی شهاب سنگ‌ها از سیاره‌ای به سیاره دیگر حرکت کنند. این نظریه همچنین نشان می‌دهد که ما ممکن است از ورود آنها آگاه نباشیم.

این دو دانشمند طرحی را منتشر کردند که در آن جزئیات چگونگی شناسایی چنین پدیده‌هایی را توضیح می‌داد. اگر پان اسپرمی امکان پذیر باشد، به این معنی است که دانشمندان از نظر تئوری می‌توانند جستجوی خود را برای حیات فرازمینی محدود کنند، حتی اگر به طور خاص ندانند به دنبال چه هستند.

طبق گفته اسمیتد و سینابایان، اگر بیگانگان می‌توانستند بر اساس پراکندگی جهانی سفر کنند، احتمالاً سعی می‌کردند تغییرات مشابهی را در هر سیاره‌ای که به آن سفر می‌کنند ایجاد کنند.

اگر زندگی در یک سیاره فراخورشیدی کمتر قابل زندگی باشد، حیات بیگانه با قابلیت بذر انبوه در جای دیگری تلاش خواهد کرد. بر اساس این مطالعه جدید که در انتظار بررسی همتایان است، این اتفاق می‌تواند با سوار شدن بر روی شهاب سنگ‌ها یا دیگر اجرام آسمانی انجام شود.

همه چیز در مورد یافتن شرایط "خفیف" برای زنده ماندن است. اگر شرایط مناسب باشد، زندگی ممکن است شکوفا شود.

گونه‌های حیات فرازمینی که قادر به بذرپاشی انبوه هستند، تلاش می‌کنند تا تغییرات یکسانی را در هر سیاره‌ای که با آن روبرو می‌شوند ایجاد کنند و سعی می‌کنند آن را شبیه به سیاره اصلی خود کنند.

هدف اسمیت و سینابین شناسایی نشانه‌های زیستی بالقوه است که دانشمندان می‌توانند از آنها برای تشخیص حیات در سیارات دیگر از دور استفاده کنند.

گونه‌های فرازمینی که قادر به بذرپاشی انبوه هستند، سعی می‌کنند در هر سیاره‌ای که با آن روبرو می‌شوند، تغییرات مشابهی ایجاد کنند.

همانطور که حیات روی زمین شرایط و جو سیاره ما را تغییر داد، از جمله افزودن اکسیژن بیشتر، اشکال حیات بیگانه نیز خواص سیارات فراخورشیدی را تغییر خواهند داد.

دانشمندان می‌توانند این را از طریق آزمایش‌های آماری روی گروهی از سیارات که ویژگی‌های مشابهی دارند اندازه گیری کنند.

اگر سیاره‌های منفرد شباهت‌هایی با سیارات دیگر این گروه نشان دهند، این می‌تواند نشان دهد که حیات بیگانه به آنجا سفر و استعمار را آغاز کرده است یا حداقل چیزی عجیب در فضا در حال وقوع است.

با این حال، این تیم تأکید کرد که این مطالعه محدودیت‌هایی دارد، که مهمترین آنها این است که نظریه سیارات فراخورشیدی جرمی یک فرضیه آزمایش‌نشده است و تکنیک‌های آنها تن‌ها در صورتی عمل می‌کنند که داده‌های کافی در مورد تعداد زیادی از سیارات فراخورشیدی وجود داشته باشد.

منبع: The Sun

باشگاه خبرنگاران جوان علمی پزشکی علوم فضایی و نجوم