صحت نظریه نسبیت عام اینشتین برای خارج از منظومه شمسی هم اثبات شد

در سال 1915 اینشتین نظریه نسبیت عام را مطرح کرد که به مفهوم گرانش می پرداخت و درک ما از جهان هستی را متحول کرد. در سال های پس از آن دانشمندان تأیید کرده بودند که این تئوری در منظومه خورشیدی صادق است ولی تا پیش از این صحت آن در فراتر از منظومه ما تأیید نشده بود، تا اینکه برای اولین بار این موضوع تأیید شده است.

نظریه نسبیت عام در سال 1919 با دقت در منظومه شمسی آزمایش شده بود. در آن سال یک ماه گرفتگی اتفاق افتاده بود که به واسطه آن خمش فضا در نزدیکی خورشید اندازه گیری شده بود. به طور خلاصه، نظریه نسبیت عام پیشبینی می کند که اجرام بسیار بزرگ می توانند فضا-زمان را خم کنند. به عنوان نمونه هنگامی که نور از کنار یک کهکشان با اندازه بزرگ عبور می کند، می تواند به واسطه جرم بالای آن منحرف شود.

بر اساس نتایج پژوهشی منتشر شده در مجله ساینس و به نقل از وبسایت نیوز ویک، گروهی از محققان به سرپرستی «توماس کالِت» از دانشگاه پورتسموث بریتانیا موفق شده اند دقیق ترین آزمایش نسبیت عام را در خارج از منظومه شمسی انجام دهند.

محققان، اخیراً از داده های تلسکوپ فضایی هابل و تلسکوپ VLT رصد خانه جنوبی اروپا بهره برده اند تا جاذبه یک کهکشان دوردست را مشاهده کرده و صحت نسبیت عام را بررسی کنند.

به منظور آزمایش کردن جاذبه، تیم محققان اثری که به نام همگرایی گرانشی شناخته می شود را بررسی کردند. این اثر به واسطه کهشکشان های نزدیکی از جمله «ESO 325-G004» ایجاد می شود و به این ترتیب انحراف نوری در هنگام مشاهده نور دریافت شده از کهکشان های دورتری ایجاد می کند که از دید ما در پشت آن قرار دارند.

به گفته محققان این پروژه به عبارت دیگر اگر دو کهکشانی را داشته باشیم که در یک خط مستقیم نسبت به دید ما از زمین قرار گرفته اند، این موضوع می تواند منجر به یک پدیده شود: همگرایی گرانشی قوی. به واسطه این اثر می توانیم چندین تصویر از کهکشانی که در پشت کهکشان نزدیکتر قرار گرفته را مشاهده کنیم.

اگر از جرم کهشکان نزدیکتر مطلع باشیم، به این تریب فاصله ایجاد شده بین چندین تصویر مشاهده شده می تواند به ما بگوید که آیا نظریه نسبیت عام را می توان به عنوان یک تئوری گرانشی صحیح در ابعاد کهکشانی در نظر گرفت یا خیر.

برای یافتن جرم «ESO 325-G004» (کهکشان نزدیکتر)، دانشمندان حرکت ستاره های آن را با استفاده از تلسکوپ VLT بررسی کرده و به این ترتیب محاسبه کردند که این کهکشان چه میزان جرمی باید داشته باشد تا ستاره های داخلش بتوانند همچنان به گردش ادامه دهند.

سپس این میزان جرم با اثر همگرایی گرانشی ناشی از ESO 325-G004 مشاهده شده توسط تلسکوپ هابل مقایسه شد تا قدرت جاذبه آن اندازه گیری شده و نتیجه با نسبیت عام تطبیق داده شود. در نهایت نتایج حاصله، با نسبیت عام در تطابق بود.

در این بین باید اشاره کرد که محققان تنها چند صد کهکشان با همگرایی گرانشی قوی را یافته اند، ولی مشکل بیشتر آنها این است که آن قدر از زمین دور هستند که نمی توان جرم آنها را به دقت اندازه گیری کرد. در بین آنها ESO 325-G004 یکی از نزدیکترین های آنهاست و تنها 450 میلیون سال نوری از زمین فاصله دارد.

آزمایش خصوصیات جاذبه از راه دور، برای تأیید مدل فعلی کیهان یک مورد حیاتی به حساب می آید. به گفته محققان، یافته اخیر می تواند به تئوری های جایگزینی در مورد جاذبه منجر شود. این تئوری ها پیشبینی می کنند که جاذبه در سطح کیهانی به گونه متفاوتی با آنچه در ابعاد کوچکتر در منظومه شمسی اتفاق می افتد رفتار می کند.

لازم است اشاره کنیم که در سال 1929 مشخص شد که کیهان در حال انبساط است و در سال 1998 دانشمندان دریافتند که سرعت این انبساط در حال شتاب گرفتن است و به عبارتی هر چه زمان می گذرد، بر سرعت انبساط کیهان افزوده می شود. این موضوع تنها در صورتی منطقی به نظر می رسد که بخش هایی از کیهان با ماده ای مرموز پر شده باشد؛ ماده ای که نام «انرژی تاریک» بر آن نهاده شده است.

کالِت در نهایت در  این باره گفته:

«نتایج ما نسبیت عام را تا 6 هزار سال نوری معتبر می شناسد»

«انبساط جهان سرعت می گیرد. با فرض اینکه نسبیت عام صحیح باشد، ما این را به عنوان مدرکی دال بر [وجود] انرژی تاریکی تصور می کنیم که دلیل شتاب گرفتن [انبساط جهان] است».

«به عنوان یک جایگزین برای نسبیت عام پیشهادی مطرح شده که بر اساس آن انبساط جهان بدون انرژی تاریک صورت می گیرد. این تئوری انحرافی از نسبیت عام را در فاصله های طولانی پیشبینی می کند. ما هیچ مدرکی در این باره پیدا نکردیم. به این ترتیب یا انرژی تاریک حقیقت دارد یا نسبیت عام در مقیاس بالاتر از 6 هزار سال نقض می شود».