Время - это резинка: как ученые хотят измерить его искажение в далеких галактиках

Ученые хотят измерить искажение времени в древних далеких галактиках, чтобы решить фундаментальные загадки нашей реальности, включая потенциальное существование «пятой силы», выходящей за рамки установленной физики, сообщает новое исследование.

Исследователи надеются обнаружить признаки эффекта, называемого гравитационным красным смещением, когда свет становится краснее после того, как он вырывается из гравитационного притяжения массивных объектов. Этот красносмещенный свет содержит подсказки о том, как гравитационные поля массивных объектов искажают время, что может ограничить ряд неотвеченных вопросов о нашей вселенной.

Например, измерения искажения времени могут раскрыть, меняются ли законы гравитации на экстремальных масштабах способами, которые не предсказываются теорией относительности Альберта Эйнштейна или уравнениями Леонарда Эйлера, описывающими небесные движения. Эта концепция «модифицированной гравитации» может оценить, является ли таинственная сила под названием темная энергия причиной ускорения расширения нашей вселенной и пролить свет на темную материю - неопознанное вещество, которое составляет подавляющее большинство массы в космосе. Она также может исследовать существование неоткрытой пятой силы, которая действует только на частицы темной материи, а не на частицы, из которых состоят планеты, звезды и люди.

Камиль Бонвен, доцент космологии в Женевском университете, разрабатывает математический метод для измерения искажениявремени уже несколько лет. Теперь Бонвен и Левон Погосян, профессор физики в Университете Саймона Фрейзера, предложили план по получению «прямого измерения искажения времени» и поиску «возможного дымящегося ружья для модифицированной гравитации», согласно исследованию , опубликованному в четверг в журнале Nature Astronomy.

«Причина, по которой мы хотим проверить уравнения Эйнштейна, заключается в том, что есть одна большая загадка в нашей вселенной, которую мы пока не знаем как объяснить», - сказал Бонвен. «Мы наблюдали, что примерно через 8 миллиардов лет после большого взрыва, расширение вселенной начинает ускоряться, и мы не знаем причины этого. Такое ускоренное расширение невозможно, если гравитация описывается общей теорией относительности (теорией гравитации Эйнштейна) и если в нашей вселенной есть только материя и излучение».

«Кроме того, причина, по которой мы хотим проверить уравнение Эйлера, заключается в том, что мы никогда не проверяли его справедливость для темной материи», - продолжил он. «Уравнение Эйлера описывает движение материи во вселенной. Оно было проверено и подтверждено очень точно для обычной (видимой) материи. Однако мы считаем, что помимо обычной материи во вселенной есть большое количество (85%) темной невидимой материи».

Для измерения искажения времени ученые планируют использовать данные от космического телескопа «Джеймс Уэбб», который запустят в конце этого года. Этот телескоп сможет наблюдать за светом от самых далеких и древних галактик во вселенной. Сравнивая красное смещение света от этих галактик с красным смещением света от более близких объектов, ученые смогут определить степень искажения времени.

«Мы хотим измерить разницу между красным смещением света от галактики и красным смещением света от сверхновой или квазара в этой же галактике», - объяснил Бонвен. «Эта разница зависит от того, насколько время замедляется под действием гравитации».

Если измерения покажут, что время искажается больше или меньше, чем предсказывают стандартные теории физики, это может указывать на то, что гравитация работает по-другому на космических масштабах. Это может также подтвердить или опровергнуть гипотезу о пятой силе, которая влияет на темную материю.

«Пятая сила - это гипотетическая сила, которая действует только на темную материю, а не на обычную материю», - сказал Погосян в электронном письме . «Если она существует, то она может быть ответственна за ускорение расширения вселенной».

Погосян добавил, что измерения искажения времени могут также помочь ученым понять природу темной энергии - гипотетической силы, которая, по мнению некоторых, вызывает ускорение расширения вселенной. Однако он отметил, что темная энергия и пятая сила - это не взаимоисключающие гипотезы, и обе могут быть реальными.

«Темная энергия - это общее название для любого механизма, который может вызывать ускорение расширения вселенной», - сказал он. «Пятая сила может быть одним из таких механизмов».

Ученые надеются, что их метод измерения искажения времени поможет им протестировать эти гипотезы и раскрыть тайны нашей реальности.

«Мы хотим понять, какова природа темной материи и темной энергии», - сказал Бонвен. «Это два самых больших вопроса в космологии сегодня».