ОТО верна в масштабах Вселенной

Автор: admin   
марта 11,
2010

Общая теория относительности (ОТО) Альберта Эйнштейна, законы которой были сформулированы и опубликованы 95 лет назад в 1915—1916 годах, верна и в космологических масштабах. Ученые получили доказательство этого утверждения, исследуя крупномасштабную структуру Вселенной.

ОТО — лучшая на данный момент теория гравитации. Одним из фундаментальных положений ОТО является способность сил гравитации искривлять пространство и время, в результате чего лучи света, проходя мимо массивного небесного тела, должны искривлять свои прямолинейные траектории.

Развитие ОТО в результате астрономических наблюдений, несколько десятилетий назад привело ученых к необходимости постулировать наличие во Вселенной некоторой материи, так называемой «темной материи». Это было вызвано тем, что движение, вращение и взаимодействие массивных вселенских объектов — галактик и звездных скоплений, как показали наблюдения, происходит с нарушением законов гравитации.

Такой факт мог означать либо неверность теории гравитационного взаимодействия, описываемого ОТО, либо недостаточность человеческих знаний о распределении массы во Вселенной и существовании некоторой дополнительной субстанции, не фиксируемой непосредственными космическими наблюдениями, однако обладающей значительной массой. Иными словами, наличие темной материи.

В результате, на свет появилось несколько альтернативных теорий гравитации, разработанных учеными, со скепсисом относившимися к существованию темной материи, и описывающих астрономические наблюдения без нее.

За время  существования теории ОТО получила ряд наблюдательных подтверждений, в частности три  известных классических эффекта:

  • смещение перигелия орбиты Меркурия,
  • отклонение световых лучей в гравитационном поле Солнца,
  • замедление времени в гравитационном поле.

Все эти эффекты были зафиксированы в пределах Солнечной системы.

И вот теперь проведена первая проверка ОТО в  масштабах Вселенной.

О проверке подробно рассказывается в статье, опубликованной в журнале Nature. В ней представлены результаты работы международной группы ученых из США, Швейцарии и Кореи под руководством Рейнабеля Рейеса из американской обсерватории Принстонского университета.

Крупномасштабную структуру Вселенной можно исследовать методом слабого гравитационного линзирования на основе статистики слабых искажений формы далеких галактик. Эти искажения возникают в результате притягивания света элементами крупномасштабной структуры.

Три года назад в журнале Physical Review Letters была опубликована теоретическая работа Пен Цзе Цжана (Pengjie Zhang) и других, которая была посвящена возможности проверок ОТО и альтернативных ей теорий. В этой работе был введен параметр EG, характеризующий крупномасштабную структуру Вселенной. В целом этот параметр пропорционален средней плотности Вселенной и обратно пропорционален темпам роста структур во Вселенной. Согласно ОТО параметр EG должен иметь значение 0,408±0,029.

Определив значение этого параметра из наблюдений, можно сделать выводы о справедливости ОТО или других теорий.

Задача Рейеса и его коллег как раз заключалась в том, чтобы посчитать EG. Для этого они использовали данные обзора The Sloan Digital Sky Survey. Этот обзор был выполнен уже в двух версиях, в настоящее время ведутся работы по созданию его третьей версии. Данные обзора представляют собой многоцветные изображения с большим разрешением, охватывающие более четверти неба, куда попадает почти миллион галактик. Для определения EG использовались 70 205 галактик, находящихся в пределах красного смещения z=0,309 (напомним, что этим параметром в астрономии характеризуется расстояние до далеких объектов: z показывает изменение длины волны излучения объекта в результате расширения Вселенной). Это соответствует стадии жизни Вселенной 3,5·109 лет назад.

Распределение галактик по данным SDSS до z=0,5 ( M. Blanton and the Sloan Digital Sky Survey)

В результате обработки данных обзора SDSS ученые получили среднее наблюдательное значение EG, равное 0,392±0,065.

Оно совпадает с тем значением, которое предсказывала ОТО, которая таким образом получила еще одно доказательство своей справедливости.

«Это очень хорошо, что мы с помощью наблюдений можем протестировать любую, в том числе и альтернативную, теорию гравитации, – говорит Урош Селяк, один из авторов работы в Nature. – Получается, что альтернативные теории, которые не требуют существования темной материи, в большинстве своем не прошли наше испытание».

По результатам данной работы полный крах потерпела скалярно-тензорно-векторная теория гравитации, которая была разработана как альтернатива «темной материи».

Ученые продолжат проверки теорий гравитации, используя еще большее количество галактик (около миллиона). Проверки начнутся после выхода третьей версии обзора SDSS, работа над которым будет продолжаться до 2014 года.

По материалам  Nature News.

Tags: , ,

Эта статья была опубликована: Четверг, марта 11, 2010 в 22:37 в категории Физика. Вы можете читать любые ответы через RSS 2.0 feed. You can leave a response, or trackback from your own site.

Ваш комментарий

Имя (*)
email (*)
вебсайт
Комментарий
Перед отправкой формы:
Human test by Not Captcha