Pro ty z nás to nemusí být zřejmé, že se jen potýkají s více světskými obavami, ale pro kosmologové, kteří se snaží odemknout nejhlubší tajemství vesmíru, není nedostatek problémů, které je v noci udržují. „Dark Matter“ je zkratka vysvětlení pro hvězdy a galaxie, které se pohybují mnohem rychleji, než by měla umožnit gravitace jejich světelné hmoty. Nezapomeňte také „Dark Energy“ – preferované řešení k tajemství vesmíru se rozšiřuje rychleji, než kdokoli očekával, a činí tak zrychlenou rychlostí. Mezitím by hypotetizovaná „vyvíjející se“ forma temné energie mohla vyřešit něco, co se nazývá Hubbleová napětí-termín používaný pro velkou nesouhlas mezi vědci o současné míře kosmické expanze.
Kosmologové ztrácí spánek nad takovými quandary po generace a přemýšleli, jaké chybějící ingredience musí přidat ke svým modelům, aby napravili to, co se zdá být do očí bijící mezery v jejich porozumění. Ale co když odpověď na některé – možná i všechny – není z těchto problémů radikální novou teorií, ale spíše stará, navržená téměř před stoletím nikdo jiný než sám Albert Einstein? Říká se tomu teleparalelní gravitace a podle volné sbírky teoretiků, kteří ji studují, si tato teorie zaslouží bližší pohled širší vědecké komunity.
Temná hmota, temná energie, Hubbleová napětí: Podle důvodu těchto teorií je Einsteinova obecná teorie relativity, která považuje prostor a čas za sjednocený „prostorový“ a považuje gravitaci za zakřivení SpaceTime. Možná tedy odpovědí je upravit, změnit nebo aktualizovat relativitu sama ohledně nového porozumění gravitaci spíše než hypotézu záhadných tmavých látek a sil. V průběhu desetiletí však teoretici, kteří sledují tento obecný přístup, přinesli přinejlepším smíšené výsledky.
O podpoře vědecké žurnalistiky
Pokud se vám tento článek líbí, zvažte podporu naší oceněné žurnalistiky předplatné. Zakoupením předplatného pomáháte zajistit budoucnost působivých příběhů o objevech a myšlenkách, které dnes formují náš svět.
Nejlepším příkladem může být upravena newtonovská dynamika (Mond), snaha o vyloučení temné hmoty, které, Podle nějakého výzkumustále musí umožnit existenci nějaký Temná hmota. Novější přírůstek, nazvaný „Timescape“ kosmologieusiluje o zodpovědnost za temnou energii tím, že tvrdí, že gigantické „mezery“ v kosmosu jsou mnohem větší, než většina ostatních měření tvrdí, že mohou být. Žádná z těchto možných řešení nepřichází bez jejich vlastních problémů.
Pokud tedy tyto nové myšlenky nefungují, proč se nevrátit ke starému mistra? V roce 1928, asi deset let po dokončení svého největšího vědeckého úspěchu, obecné relativity, Einstein začal pracovat na alternativní formě této vážené myšlenky. Jeho snem bylo najít jedinou sadu rovnic, které by mohly popsat gravitační i elektromagnetismus. Jeho idol James Clerk Maxwell dosáhl takového výkonu na počátku šedesátých let a pomocí jediné sady rovnic popisoval elektřinu, magnetismus a záření a Einstein doufal, že bude následovat ve stopách Maxwell.
Zakřivení je hlavním konceptem obecné relativity. Hmota a energie říkají SpaceTime, jak se ohýbat, křivka a deformace. Toto ohýbání SpaceTime zase říká, jak se pohybovat. Einstein byl schopen použít tento matematický jazyk k popisu gravitace, což byl obrovský úspěch sám o sobě, ale nestačilo to pro něj. Teorie nemohla také popsat elektromagnetickou sílu. Otočil se tedy k dalšímu přístupu, který nabídl větší flexibilitu: torze. V této „teleparalelní“ verzi gravitace, hmoty a energie řekněte SpaceTime, jak na to kroutitA to kroucení vlnky směrem ven, aby ovlivnilo všechno ostatní.
Přestože Einstein doufal, že tento nový koncept může do stejné teorie přivést gravitaci i elektromagnetismus, nikdy nenašel cestu k jeho toužili-pro sjednocení a zdálo se, že teleparalelní gravitace s ním zemře, protože fyzikáři soustředili své úsilí na prozkoumání mocného a paradoxního kvantového světa.
Ale v průběhu let, teoretici zde a tam revidovali Einsteinův model, který se prohrával skrz zbytky za něco zajímavého pohřbeného ve výpočtech. Zjistili, že pokud opustili Einsteinův pokus začlenit elektromagnetismus, mohli by formulovat verze teleparalelismu, které byly ekvivalentní typickému matematickému jazyku zakřivení v obecné relativitě. Jinými slovy, pokud se pokoušíte vyřešit nějaký problém v gravitaci, můžete si vybrat základní model, zakřivení nebo torze a získat stejné výsledky.
A co víc, v roce 2017 jediné pozorování houpalo svět upravených gravitačních teorií. Ten rok Pozorování sloučení neutronové hvězdy odhalil, že gravitační vlny a elektromagnetické vlny dorazily na Zemi do tří sekund od sebe—Prosování vzdálenosti 130 milionů světelných let. To silně znamená, že cestování gravitace a světla v podstatě stejnou rychlostí. Protože mnoho teorií modifikované gravitace předpovídalo malé, ale významné rozdíly mezi těmito rychlostmi, byly vyloučeny téměř okamžitě.
Teleparalelismus však přežil, protože umožňuje gravitaci pohybovat se rychlostí světla.
Ve srovnání s Einsteinovým magnum opusem má teleparalelní gravitace mnohem bohatší a komplikovanější matematická struktura. A to opravdu říká něco, vzhledem k tomu, že obecná relativita se skládá z 10 ďábelsky složitých propojených rovnic. Numerická složitost teleparalelismu je požehnáním i kletbou. Na jedné straně nabízí mnoho příležitostí k vytvoření vylepšení a úpravy gravitace – osvědčení, které mohou přežít všechny současné experimentální testy, ale stále se projevují způsoby, které vysvětlují temnou hmotu a temnou energii.
Na druhé straně složitost nastavuje brutální křivku učení pro aspirující nové teoretiky a zároveň ztěžuje teorii generovat životaschopné a testovatelné předpovědi. A pro širší komunitu to všechno dělá rozlišování, co je dobrý nápad založený na teleparalelech a Co je odpadky mimořádně obtížné. A extra složitost na vrcholu relativity dává teorii Nějaká znepokojující nejednoznačnost. Není vždy jasné, že bohaté matematické struktury se mohou spolehlivě připojit k fyzické realitě – jinými slovy, že matematika Nebude vám jen vyhodit do povětří Když se pokusíte použít na realistické scénáře. To je pravděpodobně důvod, proč většina dnešního výzkumu o teleparalelní gravitaci existuje převážně mimo hlavní proud.
Ale přesto byl dosažen pokrok. Dotazy na teleparalelní gravitaci sledují dvě základní větve. Jedna větev zkoumá samotnou teorii a její spojení s obecnou relativitou. Einsteinova teorie přežila řadu experimentálních ověření, od oběžné dráhy planet ve sluneční soustavě po chování černých děr. Lze teleparalelismus skutečně považovat za stejně životaschopného? Pod záštitou proveďte černé díry Stále vypadají jako černé díry? Dělá Velký třesk stále postupuje? Dělejte stále hvězdy a galaxie Chovejte se jako hvězdy a galaxie?
Doposud se zdá, že odpověď je ano, což řídí druhou odvětví teleparalelního výzkumu: použití teleparalelismu k vysvětlení aspektů vesmíru, které zůstávají záhadné při vanilkové obecné relativitě. Například by mohlo být možné formulovat verzi teleparalelní gravitace, která prochází každý experimentální test potřeba temné hmoty– nebo ten, který vysvětluje zrychlené rozšíření vesmíru. nebo vyřeší Hubble napětí.
Tyto pokusy jsou pouze v jejich počátečních fázích. Existuje obrovské množství důkazů o existenci temné hmoty a zrychlující se rozšíření vesmíru a realitu napětí Hubble. Nalezení vysvětlení pro všechno, zatímco se ujistíte, že všechna pozorování zůstávají konzistentní a poslouchaná, je obtížné – zejména při řešení složité, špatně pochopené teorie.
A pak je tu ještě větší výzva: přesvědčit konečné skeptiky – vědce sami -, že je to platný přístup. To by vyžadovalo obrovské úsilí, s přírodou samotnou jako konečný arbitter. Existuje však silná výplata: Pokud se objeví slibná teorie, že hladce se hodí k našemu převládajícímu velkému obrazu vesmíru a zároveň eliminuje alespoň jeden z odpovídajících kosmologických hádanek – a co je nejdůležitější, a co je nejdůležitější, a zároveň by také učinil opravdu testovatelnou novou předpovědi – to by bylo přinejmenším stejně jako okamžik jako Einstein, když nejprve navrhl bojovou mezeru. To je vysoká objednávka, mírně řečeno.
Ale kdo ví? Určitě ne ty nebo já – ještě ne. Možná měl Einstein po celou dobu pravdu – i když si to v té době neuvědomil. A všechno, co trvalo, bylo trochu zvrat.
