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Ein neuer Ansatz zum Verständnis der Schwerkraft hilft dabei, einige der Allgemeinen Relativitätstheorie innewohnende Diskrepanzen zu beseitigen.
Die Allgemeine Relativitätstheorie, 1915 von Albert Einstein formuliert, revolutionierte unser Verständnis der Schwerkraft. Nach dieser Theorie ist die Raumzeit kein fester Bereich, in dem alle physikalischen Prozesse stattfinden, sondern eine dynamische Einheit, deren Form auf die Bewegung, Wechselwirkung und Transformation von Teilchen und Strahlung reagiert.
Einsteins Theorie veränderte nicht nur unsere Vorstellung von Raum, Zeit und Schwerkraft auf theoretischer Ebene, sondern lieferte auch viele überprüfbare Vorhersagen und erklärte viele beobachtete Phänomene, wie z. B. die Zeitdilatation in einem Gravitationsfeld, die Ablenkung von Lichtstrahlen durch massive Körper usw Bildung von Schwarzen Löchern und sogar die Expansion des Universums im Laufe seiner Evolution.
Diese außergewöhnliche und erfolgreiche Theorie hat jedoch ihre Grenzen. Wenn wir beispielsweise im Zusammenhang mit der Expansion des Universums die „mathematische Maschinerie“ der Allgemeinen Relativitätstheorie nutzen, um die Geschichte des Universums theoretisch bis zu ihrem Anfang zurückzuspulen, landen wir bei der Urknall-Singularität, in der Die Dichten von Materie und Energie sind unendlich groß.
Die gesamte Geschichte der Physik hat uns gelehrt, dass es in der natürlichen Welt keine Unendlichkeiten gibt. Wenn sie in Berechnungen auftreten, ist dies ein Hinweis darauf, dass die Theorie nicht ganz korrekt ist und geändert werden muss, um sie zu eliminieren und sie durch endliche, wenn auch große Größen zu ersetzen.
Eine nicht singuläre Geburt
Es ist diese Suche, die eine aktuelle Studie veröffentlicht in der Fortschritt der Physik hat darüber berichtet. In ihrer Arbeit gelang es einem Team theoretischer Physiker aus Indien und Brasilien, die Gleichungen von Einsteins Theorie so zu ändern, dass der Zustand des Universums zum Zeitpunkt seiner Geburt nicht singulär erscheint.
Die Studie behält die von Einstein vorgeschlagene Interpretation der Schwerkraft als Verformung der Raumzeit bei, modifiziert jedoch die Mechanismen, durch die Materie, die sich im Raum bewegt, diese Verformung verursacht.
Infolgedessen stimmen ihre Vorhersagen über die Entwicklung des Universums fast genau mit denen der Allgemeinen Relativitätstheorie (und Beobachtungsdaten) überein, mit Ausnahme des Moments des Urknalls, in dem die unendliche Dichte der Materie, die in Einsteins Theorie entsteht, durch ersetzt wird eine endliche Menge.
Neben der Lösung des Paradoxons der Urknall-Singularität scheint ihre modifizierte Gravitationstheorie in der Lage zu sein, ein weiteres Problem der allgemeinen Relativitätstheorie zu lösen: das Problem der dunklen Energie.
Dunkle Energie, die 70 % der Energie im Weltraum ausmacht, ist eine notwendige Einbeziehung in die Allgemeine Relativitätstheorie, um die Theorie mit der beobachteten beschleunigten Expansion des Universums in Einklang zu bringen.
Dieses mysteriöse Wesen wurde noch nie in Laborexperimenten beobachtet oder reproduziert, und seine Ursprünge und Natur bleiben unklar. Verständlicherweise gibt die Dunkle Energie Wissenschaftlern seit vielen Jahren Anlass zur Sorge und Anlass zur Sorge.
Aus diesem Grund könnten die Ergebnisse der aktuellen Studie von Bedeutung sein, da sie die beobachtete Expansionsrate des Universums erklären, ohne dass irgendeine Art von nicht beobachtbarer Energie eingeführt werden muss.
Obwohl die Ergebnisse ermutigend sind, geben die Wissenschaftler an, dass sie noch viel Arbeit vor sich haben, um zu bestätigen, ob ihre Gravitationstheorie tatsächlich genauer ist als die allgemeine Relativitätstheorie. Dazu sind genaue Vorhersagen über die Dynamik der Raumausdehnung und anderer abgelaufener Prozesse notwendig.
Die Autoren hoffen auch, dass ihre modifizierte Schwerkraft das Rätsel der Dunklen Materie lösen kann, die ebenso wie die Dunkle Energie bisher in keiner experimentellen Studie nachgewiesen wurde und nur durch ihre Gravitationswirkung auf andere Felder und Teilchen entdeckt wurde.
Das Team sagt, dass es plant, diese Wechselwirkung in seiner Theorie zu analysieren und hoffentlich in der Lage sein wird, die Beobachtungsdaten zu erklären.
Referenz: BS Gonçalves, PHRS Moraes, B. Mishra, Kosmologie aus nicht-minimaler Geometrie-Materie-Kopplung, Fortschritt der Physik (2023). DOI: 10.1002/prop.202200153.
Bildnachweis des Beitrags: FLY:D auf Unsplash
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