Lo studio.
Negli ultimi 100 anni, innumerevoli studi hanno dimostrato che la più grande teoria di Albert Einstein – la sua teoria della relatività generale – è praticamente a prova di proiettile, capace di tutto, dalla previsione dei buchi neri alla guida della tecnologia GPS. Tuttavia, man mano che gli scienziati si dotano di tecnologie più potenti e sofisticate, in grado di scrutare il cosmo con dettagli senza precedenti, vedono fenomeni che non possono spiegare con la teoria di Einstein . La teoria generale della relatività di Einstein afferma che la curvatura dello spazio-tempo provoca la gravità. Ma se si arriva a scale enormi come ammassi di galassie che si estendono per miliardi di anni luce, le leggi della teoria della gravità di Einstein sembrano cambiare. “È quasi come se la gravità stessa smettesse di corrispondere perfettamente alla teoria di Einstein”, ha detto Robin Wen, un neolaureato dell’Università di Waterloo, in un comunicato stampa universitario . Wen fa parte di una collaborazione tra l’Università di Waterloo e l’Università della British Columbia che sono alla ricerca di risolvere il mistero, definendo questa discrepanza nella teoria di Einstein un “problema tecnico cosmico”. Il loro nuovo studio, pubblicato sul Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, suggerisce che la gravità diventa circa l’1% più debole su scale molto grandi. Se la gravità si comportasse secondo la teoria di Einstein, questa differenza dell’1% non dovrebbe esistere. I cosmologi non elimineranno presto la relatività generale . È ancora un quadro sorprendentemente accurato per comprendere la gravità su scala più piccola. “Non stiamo distruggendo il modo in cui funziona il tuo GPS, o un buco nero . Stavamo solo cercando di vedere se c’è qualche deviazione su scala più ampia possibile”, ha detto Wen a Business Insider. Se questo problema tecnico esistesse davvero, potrebbe aiutare i cosmologi a spiegare alcuni dei più grandi misteri dell’universo .
Il gruppo di ricerca stava esaminando i dati del fondo cosmico a microonde quando ha scoperto questo apparente problema tecnico. Lo sfondo cosmico a microonde è una vasta distesa di radiazioni persistenti lasciate indietro dal Big Bang . Gli scienziati lo usano per comprendere le prime fasi dell’universo, come si sono formate le prime galassie e cosa è successo immediatamente dopo il Big Bang. Wen e i suoi colleghi hanno utilizzato un modello – basato su leggi fisiche fondamentali come la teoria della relatività generale di Einstein – e hanno confrontato la previsione del loro modello su come dovrebbero apparire i dati della CMB con i dati osservativi della CMB. Il loro modello scientifico non corrispondeva alle osservazioni, ovvero a ciò che effettivamente vediamo nell’universo lontano. Tuttavia, quando hanno modificato la teoria di Einstein per tenere conto di un deficit di gravità dell’1%, il loro modello si è allineato più strettamente ai dati osservativi , ha detto Wen a BI tramite e-mail. Un aggiustamento dell’1% potrebbe non sembrare un grosso problema, ma è sufficiente per suggerire che la teoria di Einstein potrebbe aver bisogno di un ripensamento. E per di più, questo problema tecnico potrebbe aiutarci a comprendere meglio alcuni comportamenti confusi nell’universo . Un diagramma dell’espansione dell’universo a partire dal Big Bang. I dati osservativi provenienti dalla nostra regione cosmica locale suggeriscono che l’universo vicino si sta espandendo più velocemente dell’universo distante, il che non dovrebbe essere il caso secondo le leggi standard della fisica. (NASA). Il cosmo, come lo intendiamo noi, è pieno di tensioni. A volte, misurazioni diverse dello stesso fenomeno non concordano tra loro. Un esempio di ciò è la tensione di Hubble , un problema che ha lasciato perplessi gli astronomi per anni. La tensione di Hubble si riferisce a misurazioni contrastanti del tasso di espansione dell’universo. Secondo il nostro modello fisico standard , il tasso di espansione dell’universo dovrebbe essere lo stesso ovunque. Tuttavia, le osservazioni dell’universo vicino suggeriscono che il tasso di espansione è più veloce rispetto alle regioni dell’universo lontano. Gli astronomi hanno proposto molteplici possibili spiegazioni ma non ne hanno ancora stabilita una. Ora, con questo problema tecnico cosmico, c’è una nuova spiegazione sul tavolo. Una gravità più debole dell’1% su larga scala potrebbe ridurre la tensione di Hubble avvicinando il tasso di espansione dell’universo alle misurazioni delle osservazioni locali, ha affermato Niayesh Afshordi, coautore dello studio e professore di astrofisica all’Università di Waterloo, in una recente intervista su YouTube . Il fatto che questo problema tecnico cosmico possa potenzialmente aiutare gli astronomi a risolvere la tensione di Hubble è un buon segno che potrebbe esistere davvero. Ma questo studio non offre la prova definitiva di un deficit di gravità dell’1% su larga scala, ha detto Wen. Per ora, c’è ancora la possibilità che questo problema tecnico possa essere il risultato di un errore statistico. “Con i dati futuri nei prossimi 10 anni, dovremmo aspettarci di vedere se si tratta effettivamente di un rilevamento reale o semplicemente di una fluttuazione dovuta al potere statistico”, ha detto Wen. Valerio Faraoni, professore di fisica e preside ad interim della Bishop’s University, ha detto a BI che è ragionevole pensare che il problema possa esistere perché la relatività generale non è stata testata nell’universo lontano . Quindi, “è del tutto possibile, almeno in linea di principio, che non comprendiamo la gravità su scala più ampia”, ha detto Faraoni, che non ha preso parte allo studio. Pensa che per risolvere i conflitti tra previsioni e osservazioni del nostro universo, dobbiamo pensare fuori dagli schemi. E questo studio sui problemi cosmici fa esattamente questo. “Probabilmente abbiamo bisogno di qualcosa di scandaloso”, ha detto. “Sembra esotico, sembra strano. Ma penso che dobbiamo essere assolutamente aperti a tutte queste strane idee.” Successivamente, Wen e i suoi colleghi esamineranno da vicino i nuovi dati del Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) . DESI misura gli effetti dell’energia oscura sul tasso di espansione dell’universo e ha creato la più grande mappa 3D del cosmo mai realizzata fino ad oggi. Inoltre, DESI ha scoperto che, come la gravità, l’energia oscura non si comporta come gli astronomi si aspettano su larga scala cosmologica. Wen vuole scoprire se questi due “difetti tecnici” sono in qualche modo collegati, il che fornirebbe ancora più prove della necessità di modificare la relatività generale. Ma anche lui è scettico riguardo ai limiti della relatività generale. “Se mi chiedessero di scommettere su qualcosa, potrei scommettere ancora su GR. GR funziona così bene, giusto? Per i modelli alternativi, è difficile dirlo in questa fase”, ha detto.
