Eine Gruppe von Forschern der University of Waterloo und der University of British Columbia hat einen möglichen „kosmischen Fehler“ in der Schwerkraft des Universums entdeckt, der sein seltsames Verhalten auf kosmischer Ebene erklärt.

Das Papier ist veröffentlicht Im Zeitschrift für Kosmologie und Astroteilchenphysik.

Seit 100 Jahren verlassen sich Physiker auf Albert Einsteins Theorie der „allgemeinen Relativitätstheorie“, um zu erklären, wie die Schwerkraft im gesamten Universum funktioniert. Die Allgemeine Relativitätstheorie, deren Richtigkeit sich durch unzählige Tests und Beobachtungen erwiesen hat, zeigt, dass die Schwerkraft nicht nur drei physikalische Dimensionen beeinflusst, sondern auch eine vierte Dimension: die Zeit.

„Dieses Gravitationsmodell war für alles von entscheidender Bedeutung, von der Urknalltheorie bis zur Abbildung von Schwarzen Löchern“, sagte Robin Wen, der Hauptautor des Projekts und Doktorand der mathematischen Physik an der University of Waterloo.

„Aber wenn wir versuchen, die Schwerkraft auf der kosmischen Ebene, auf der Ebene von Galaxienhaufen und darüber hinaus, zu verstehen, stoßen wir auf klare Widersprüche mit den Vorhersagen der Allgemeinen Relativitätstheorie. Es ist, als ob die Schwerkraft selbst völlig aufgehört hätte, mit Einsteins Theorie übereinzustimmen ein „kosmischer Fehler“: „Die Schwerkraft ist etwa ein Prozent schwächer, wenn es um Entfernungen von Milliarden Lichtjahren geht.“

Seit mehr als zwanzig Jahren versuchen Physiker und Astronomen, ein mathematisches Modell zu erstellen, das scheinbare Widersprüche in der Allgemeinen Relativitätstheorie erklärt. Viele dieser Bemühungen wurden in Waterloo unternommen, das auf eine lange Geschichte hochmoderner Gravitationsforschung zurückblickt, die aus der fortlaufenden interdisziplinären Zusammenarbeit zwischen angewandten Mathematikern und Astrophysikern resultiert.

„Vor fast einem Jahrhundert entdeckten Astronomen, dass sich unser Universum ausdehnte“, sagte Niayesh Afshordi, Professor für Astrophysik an der University of Waterloo und Forscher am Perimeter Institute.

„Je weiter die Galaxien entfernt sind, desto schneller bewegen sie sich, bis zu dem Punkt, dass sie sich scheinbar mit nahezu Lichtgeschwindigkeit bewegen, dem von Einsteins Theorie erlaubten Maximum. Unsere Ergebnisse legen nahe, dass Einsteins Theorie in denselben Maßstäben möglich ist auch nicht genug sein.“

Das neue Modell eines „kosmologischen Glitches“ des Forschungsteams modifiziert und erweitert Einsteins mathematische Formeln auf eine Weise, die die Inkonsistenz einiger kosmologischer Messungen auflöst, ohne bestehende erfolgreiche Anwendungen der Allgemeinen Relativitätstheorie zu beeinträchtigen.

„Betrachten Sie es als eine Fußnote zu Einsteins Theorie“, sagte Wen. „Sobald Sie das Kosmische Reich erreichen, gelten die Allgemeinen Geschäftsbedingungen.“

„Dieses neue Modell ist möglicherweise nur der erste Beweis im kosmischen Puzzle, das wir über Raum und Zeit hinweg zu entwirren beginnen“, sagte Afshordi.