Zrozumienie ciężaru sytuacji
Możliwości w zakresie obserwacji, pomiarów i modelowania zjawisk kosmologicznych na wielką skalę znacznie się poprawiły w ciągu kilku ostatnich dekad, co zaowocowało bogactwem nowych danych. Analiza zwraca uwagę na ważne rozbieżności w istniejących teoriach cząstek elementarnych i siły ciężkości. Podjęto wiele prób wyjaśnienia zjawiska brakującej materii i brakującej energii, zwane także rozbieżnością masy i energii. W ramach finansowanego przez UE projektu "Cosmological tests of gravity" (COSMOGRAV) zespół opracował ramy analityczne przeznaczone do testowania hipotez związanych z tą kluczową otwartą kwestią w dziedzinie kosmologii. Zgodnie z założeniem, zimna ciemna materia stanowi brakujący element materii niewidzialnej dla fotonów. Ta prosta zmiana w ogólnej teorii względności Einsteina wiele wyjaśnia, jednak przewiduje istnienie większej ilości struktury niż w rzeczywistości. Ukazuje także, że proces rozszerzania się wszechświata spowalnia, podczas gdy, zgodnie z dotychczasową wiedzą, przyspiesza. Aby rozwiązać ten problem, naukowcy zaproponowali istnienie ciemnej materii, jednak jej charakter pozostaje tajemnicą. Ani zimna ciemna materia, ani ciemna energia nie zostały dotychczas bezpośrednio odkryte, jednak obie opierają się na teorii Einsteina. Zespół projektu COSMOGRAV postanowił zbadać, czy potrzebna jest nowa teoria ciężkości czy może nowa teoria materii. Nowa teoria ciężkości mogłaby obejmować jedno rozwiązanie dla obu problemów. Aby zbadać alternatywne teorie ciężkości, naukowcy stworzyli odchylenia parametryczne od ogólnej względności na skalę kosmiczną. Ramy z powodzeniem wykorzystano do opisania licznych teorii ciężkości. Naukowcy opracowali także techniki pomiaru odchyleń od ogólnej względności oraz oceny ciemnej energii przy użyciu obserwacji kosmologicznych. Analizy doprowadziły do ważnych ograniczeń dotyczących teorii ciężkości w oparciu o pola skalarne, nie zaś wektorowe. Wreszcie naukowcy zbadali prawdopodobieństwo, że ciemna materia i ciemna energia są sprzężone, ukazując nowe hipotetyczne rozwiązania. Ramy projektu COSMOGRAV torują drogę ku nowym badaniom interakcji między ciemną materią, ciemną energią i siłą ciężkości, z których wiele jest już w toku. Wyniki będą miały dalekosiężne skutki dla procesu formowania się, natury i ostatecznego losu wszechświata.
Słowa kluczowe
Grawitacja, wszechświat, względność, ciemna materia, ciemna energia, zjawisko kosmologiczne, rozbieżność masy i energii, teoria względności, teoria grawitacji, teoria materii
