يمكن أن تضع التشوهات في الزمكان نظرية النسبية لأينشتاين في الاختبار النهائي
يمكن للعلماء قريبًا اختبار نظرية أينشتاين لـ النسبية العامة بقياس تشوه الوقت.
بحسب بحث جديد نشر في 22 حزيران في المجلة علم الفلك الطبيعي، الطريقة المقترحة حديثًا تحول حافة المكان والزمان إلى مختبر كوني واسع لاستكشاف ما إذا كانت النسبية العامة يمكن أن تفسر المادة المظلمة – شكل غامض وغير مرئي من المادة لا يمكن الاستدلال عليه إلا من خلال تأثير الجاذبية على المادة المرئية للكون و الطاقة – وكذلك التوسع المتسارع للكون بسبب الطاقة المظلمة. هذه الطريقة جاهزة للاختبار في المسوحات المستقبلية للكون العميق ، وفقًا لمؤلفي الدراسة.
متعلق ب: توصلت دراسة نظرية جديدة إلى أن توسع الكون قد يكون سرابًا
تنص النسبية العامة على أن الجاذبية هي نتيجة تشويه الكتلة لنسيج المكان والزمان ، والذي جمعه أينشتاين في كيان رباعي الأبعاد يسمى وقت فراغ. وفقًا للنسبية ، يمر الوقت بالقرب من جسم ضخم بشكل أبطأ مما يمر به في فراغ أقل كتلة. هذا التغيير في مرور الوقت يسمى تشويه الوقت.
منذ طرحها في عام 1915 ، تم اختبار النسبية العامة على نطاق واسع وأصبحت لدينا أفضل وصف للجاذبية في المقاييس الهائلة. لكن العلماء ليسوا متأكدين بعد مما إذا كان بإمكانه تفسير المادة المظلمة غير المرئية والطاقة المظلمة ، والتي تمثل معًا حوالي 95 ٪ من الطاقة والمادة في الكون.
“تشويه الوقت الذي تنبأت به النسبية العامة تم قياسه بالفعل بدقة شديدة على مسافات صغيرة ،” كميل بونفين، مؤلف الدراسة الرئيسي وأستاذ مشارك في جامعة جنيف ، لـ Live Science عبر البريد الإلكتروني. “لقد تم قياسه للطائرات التي تطير حول الأرض ، وللنجوم في مجرتنا ، وأيضًا لعناقيد المجرات. نقترح طريقة لقياس تشوه الوقت على مسافات كبيرة جدًا.”
تقترح الطريقة اختبار تشويه الوقت عن طريق قياس الانزياح الأحمر ، والتغير في تردد الضوء الذي يصدره جسم ما أثناء تحركه بعيدًا عنا. قال بونفين إن الاختلاف هنا هو أن هذه التقنية تقيس الانزياح نحو الأحمر الناتج عن محاولات الضوء للخروج من بئر الجاذبية ، وهو “انحناء” في الزمكان ناتج عن جسم ضخم.
وقالت “هذا التسلق يغير تردد الضوء لأن الوقت يمر بمعدلات مختلفة داخل وخارج بئر الجاذبية”. “نتيجة لذلك ، يتغير لون الضوء ؛ يتحول إلى اللون الأحمر. … عن طريق قياس الانزياح الأحمر الجاذبي ، نحصل على قياس تشوه الوقت.”
حان الوقت لاختبار النسبية العامة
يشير تشويه الوقت إلى أن الوقت ليس مطلقًا في كوننا ولكنه يمر بمعدلات متفاوتة اعتمادًا على مجالات الجاذبية ، وهذه الفكرة ليست مقصورة على النسبية العامة.
قال بونفين: “تشويه الزمن موجود في كل نظريات الجاذبية الحديثة”. “ومع ذلك ، فإن سعة تشويه الوقت – مقدار إبطاء وجود جسم ضخم للوقت – يختلف من نظرية إلى نظرية.”
في النسبية العامة ، من المتوقع أن تكون تشوهات الزمان والمكان هي نفسها ؛ في نظريات الجاذبية الأخرى ، هذا ليس هو الحال دائمًا. هذا يعني أنه من خلال قياس تشوه الوقت ومقارنته بتشويه الفضاء ، يمكن للفيزيائيين اختبار صحة النسبية العامة.
يمكن لطريقة الفريق الجديدة أيضًا اختبار نظرية رائدة أخرى عن الكون: صيغة أويلر ، التي يستخدمها علماء الفلك لحساب حركة المجرات. على وجه التحديد ، يمكن أن يثبت القياس الذي اقترحه الفريق لتشويه الوقت ما إذا كانت المادة المظلمة تطيع أم لا معادلة أويلر، كما افترضت الدراسات السابقة لتشويه الوقت.
قال بونفين: “لم نلاحظ قط جسيمًا من المادة المظلمة بشكل مباشر. لم نشعر بوجوده إلا من خلال الجاذبية”. “نتيجة لذلك ، لا نعرف ما إذا كانت المادة المظلمة تتبع معادلة أويلر. قد يكون جيدًا أن المادة المظلمة تتأثر بقوى أو تفاعلات إضافية في كوننا إلى جانب الجاذبية. إذا كان هذا هو الحال ، فلن تكون المادة المظلمة طاعة معادلة أويلر “.
يمكن استخدام طريقة الفريق في البعثات المستقبلية ، بما في ذلك تلسكوب Euclid التابع لوكالة الفضاء الأوروبية ، والذي من المقرر إطلاقه في يوليو ، و Dark Energy Spectroscopic Instrument ، والتي تستغرق ثلاث سنوات في مسحها للكون لمدة خمس سنوات.
وقال بونفين “سيكون من الممكن قياس تشويه الوقت بالبيانات التي تقدمها هذه الاستطلاعات”. “هذا مثير للاهتمام للغاية لأنه ، لأول مرة ، سنتمكن من مقارنة تشوه الوقت مع تشوه المكان ، لاختبار ما إذا كانت النسبية العامة صحيحة ، وسنكون قادرين أيضًا على مقارنة تشوه الوقت بالسرعة من المجرات ، لمعرفة ما إذا كانت معادلة أويلر صحيحة. بقياس واحد جديد ، سنتمكن من اختبار قانونين أساسيين. “
