האם התגלתה "תקלה קוסמית" בכוח הכבידה של היקום? במשך 100 השנים האחרונות, הפיזיקאים הסתמכו על "תורת היחסות הכללית" של אלברט איינשטיין וראו בה את עמוד השדרה של הפיזיקה המודרנית, כדי להסביר כיצד פועל כוח הכבידה על כדור הארץ וברחבי היקום בכלל.
על פי תורת היחסות הכללית, תאוריה גאומטרית של תופעת הכבידה אשר פורסמה על ידי אלברט איינשטיין ב-11 במאי 1916 והוכחה כמדויקת על ידי אינספור בדיקות ותצפיות, משפיע כוח הכבידה לא רק על שלושה ממדים פיזיים, אלא גם על ממד רביעי: זמן.
2 צפייה בגלריה
ערפילית הפליטה NGC 6357, סוג של ערפילית המורכבת מענן גז הקורן כספקטרום פליטה
(צילום: NASA)
שתי גלקסיות בצורת פנים
(צילום: נאס"א)
"מודל הכבידה הזה היה חיוני לכל דבר, החל מהתיאוריה של המפץ הגדול ועד לחיזוי קיומם של חורים שחורים", אמר רובין וון מהמחלקה למתמטיקה יישומית באוניברסיטת ווטרלו ומהמכון הטכנולוגי של קליפורניה. "אבל כשאנחנו מנסים להבין את כוח הכבידה בקנה מידה קוסמי, בקנה מידה של צבירי גלקסיות ומחוצה לו, אנחנו נתקלים בחוסר עקביות לכאורה עם התחזיות של תורת היחסות הכללית - כמעט כמו שכוח הכבידה יפסיק להתאים באופן מושלם לתיאוריה של איינשטיין. אנחנו קוראים לחוסר העקביות הזה 'תקלה קוסמית', כאשר כוח הכבידה נחלש באחוז אחד במרחקים של מיליארדי שנות אור".
מזה יותר מ-20 שנה, פיזיקאים ואסטרונומים מנסים ליצור מודל מתמטי המסביר את חוסר העקביות לכאורה של תורת היחסות הכללית. רבים מהמאמצים הללו נעשו על ידי חוקרים מאוניברסיטת ווטרלו, לה היסטוריה ארוכה של מחקרי כבידה חדשניים הנובעים משיתוף פעולה בין-תחומי מתמשך בין מתמטיקאים יישומיים ואסטרופיזיקאים.
"לפני כמעט 100 שנה, אסטרונומים גילו שהיקום שלנו מתרחב", אמר נייאיש אפשורדי, פרופ' לאסטרופיזיקה באוניברסיטת ווטרלו וחוקר במכון פרימטר לפיזיקה תאורטית - מכון מחקר עצמאי המוקדש לסוגיות יסוד בפיזיקה תאורטית, שנמצא גם הוא בעיר ווטרלו שבמחוז אונטריו בקנדה. "ככל שהגלקסיות רחוקות יותר, כך הן נעות מהר יותר, עד כדי כך שנראה שהן נעות כמעט במהירות האור, המקסימום המותר על ידי התיאוריה של איינשטיין. הממצא שלנו מצביע על כך בקנה מידה זה עשויה התיאוריה של איינשטיין לא להספיק".
2 צפייה בגלריה
רובין וון ועמיתיו חקרו מודל שמשנה את תורת היחסות הכללית בקנה מידה קוסמולוגי, במיוחד על ידי "תקלה קוסמולוגית", בקבועי הכבידה של אלברט איינשטיין ואייזק ניוטון
(איור: M. Weiss / Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics)
המודל החדש של צוות המחקר, משנה ומרחיב את הנוסחאות המתמטיות של איינשטיין באופן שפותר את חוסר העקביות של חלק מהמדידות הקוסמולוגיות, מבלי להשפיע על השימושים המוצלחים הקיימים בתורת היחסות הכללית. במחקר זה, שהתפרסם בכתב העת Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, בדקו החוקרים את האפשרות שעוצמת הכבידה השולטת ביקום כולו (קבוע הכבידה הקוסמולוגי) שונה מקבוע הכבידה האוניברסלי של אייזק ניוטון, שנוגע, למשל, לכוח הכבידה של מסלול כוכבי הלכת סביב השמש.
וון ועמיתיו הציגו פרמטר חדש בשם Omega_g המכמת את ההבדל בין קבועי הכבידה של איינשטיין וניוטון, בהסתמך על תצפיות של טלסקופ החלל פלאנק - טלסקופ חלל של סוכנות החלל האירופית המודד את קרינת הרקע הקוסמית, עם רזולוציה אופטית גבוהה במיוחד. "יש לראות בכך מעין הערת שוליים לתיאוריה של איינשטיין" אמר וון. "ברגע שמגיעים לקנה מידה קוסמי, חלים תנאים והגבלות. המודל החדש שלנו עשוי להיות רק החלק הראשון בפאזל קוסמי אותו אנו מתחילים לפתור, על פני חלל וזמן", הוסיף פרופ' אפשורדי.
