С момента своего создания в 1915 году общая теория относительности Альберта Эйнштейна, описывающая гравитацию как эффект искривления пространства-времени, в значительной степени подтверждалась экспериментами. Эта теория успешно предсказывала такие явления, как черные дыры и гравитационные волны. Но аномалия под названием «космический сбой», при которой сила притяжения оказывается примерно на 1 процент слабее, чем предсказывается теорией, может указать на неточность Эйнштейна.
На протяжении десятилетий исследователи пытались создать математическую модель, которая помогла бы общей теории относительности преодолеть ее противоречия, и прикладные математики и астрофизики из Университета Ватерлоо были основными разработчиками в этих поисках.
В настоящий момент ученые предлагают скорректировать стандартную космологическую модель, в частности, изменив гравитационную постоянную, чтобы устранить несоответствия, не ставя под сомнение успех теории относительности в других областях. Этот подход предполагает расширение теории, но не отменяет ее.
Однако, как и ньютоновская теория тяготения, которую она превзошла, общая теория относительности не дает полной картины загадочных космических взаимодействий.
«Эта модель гравитации была необходима для всего — от теоретизирования Большого взрыва до фотографирования черных дыр, — объясняет Робина Вена из Программы математической физики Университета Ватерлоо. — Но, когда мы пытаемся понять гравитацию в космическом масштабе, в масштабах скоплений галактик и за их пределами, мы сталкиваемся с очевидными несоответствиями с предсказаниями общей теории относительности».
Космический сбой потребует внесения изменений в значения гравитационной постоянной. Это изменение может произойти как расчет подхода «superhorizon», или максимальное расстояние, которое свет может пройти с момента зарождения Вселенной.
По словам команды, эта корректировка может быть осуществлена путем добавления одного дополнения к стандартной космологической модели. Эта модель известна как лямбда-модель холодной темной материи. После завершения работы над дополнением должны быть устранены несоответствия в измерениях на космологических масштабах, не затрагивающие существующие методы успешного использования общей теории относительности.
Эта необходимость в пересмотре не является беспрецедентной. Сам Эйнштейн был вынужден изменить свою теорию вскоре после ее первой формулировки, добавив так называемую «космологическую постоянную», чтобы предсказать статичность Вселенной, что в то время было популярной гипотезой. После того как эта константа была устранена, она была пересмотрена и позже вновь введена для объяснения ускоренного расширения Вселенной, открытого в конце XX века.
Будущие наблюдения крупномасштабной структуры Вселенной и космического микроволнового фона могут подтвердить эту гипотезу о «космическом сбое». Это достижение представляет собой значительный шаг в понимании Вселенной, указывающий на то, что даже в самых фундаментальных областях физики по-прежнему необходимы корректировки для согласования теории и наблюдений.