아인슈타인의 방정식은 우주의 신비와 충돌하다

우리 우주의 확장은 왜 가속되고 있을까요? 발견된 지 25년이 지난 지금도 이 현상은 여전히 ​​가장 큰 과학적 미스터리 중 하나로 남아 있습니다. 이를 해결하려면 알베르트 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 포함한 물리학의 기본 법칙을 시험해야 합니다.

제네바 대학(UNIGE)과 툴루즈 3대학의 폴 사바티에 팀은 아인슈타인의 예측을 암흑 에너지 조사의 데이터와 비교했습니다. 과학자들은 우주 역사의 다른 시기에 따라 달라지는 약간의 불일치를 발견했습니다. Nature Communications 에 게재된 이 결과는 우리 태양계를 넘어 우주적 규모에서 현상을 설명하는 아인슈타인 이론의 타당성에 도전합니다.

알버트 아인슈타인의 이론에 따르면, 우주는 크고 유연한 시트처럼 물질에 의해 변형됩니다. 천체의 중력에 의해 발생하는 이러한 변형을 ''중력 우물''이라고 합니다. 빛이 이 불규칙한 틀을 통과할 때, 그 궤적은 유리 렌즈의 효과와 유사하게 이러한 우물에 의해 구부러집니다. 그러나 이 경우 빛을 휘게 하는 것은 유리가 아니라 중력입니다. 이 현상을 ''중력 렌즈''라고 합니다.

이를 관찰하면 우주의 구성 요소, 역사, 확장에 대한 통찰력을 얻을 수 있습니다. 1919년 일식 중에 이루어진 첫 번째 측정은 아이작 뉴턴이 예측한 것보다 두 배나 큰 빛의 굴절을 예측한 아인슈타인의 이론을 확인했습니다. 이 차이는 아인슈타인이 공간의 변형에 더해 시간의 변형이라는 핵심적인 새로운 요소를 도입하여 빛의 정확한 곡률을 달성한 데서 비롯됩니다.

이론 대 데이터

이러한 방정식은 우주의 끝에서 여전히 유효할까요? 이 질문은 우주의 물질 밀도를 정량화하고 그 팽창의 가속도를 이해하려는 많은 과학자들이 탐구하고 있습니다. 수억 개의 은하 모양을 매핑하는 프로젝트인 Dark Energy Survey의 데이터를 사용하여 제네바(UNIGE)와 툴루즈 3대학의 팀인 Paul Sabatier가 새로운 통찰력을 제공하고 있습니다.

''지금까지 Dark Energy Survey 데이터는 우주의 물질 분포를 측정하는 데 사용되었습니다. 저희 연구에서는 이 데이터를 사용하여 시간과 공간의 왜곡을 직접 측정하여 저희의 연구 결과를 아인슈타인의 예측과 비교할 수 있었습니다.''라고 연구를 이끈 UNIGE 과학부 이론 물리학과의 준교수인 카밀 봉빈이 말했습니다.

약간의 불일치

Dark Energy Survey 데이터는 과학자들이 우주의 깊은 곳, 따라서 먼 과거를 들여다볼 수 있게 해줍니다. 프랑스-스위스 팀은 우주 역사의 네 가지 다른 시점, 즉 35억, 50억, 60억, 70억 년 전의 1억 개의 은하를 분석했습니다. 이러한 측정은 중력 우물이 시간이 지남에 따라 어떻게 진화했는지를 보여주었고, 우주 역사의 절반 이상을 포괄했습니다.

''우리는 먼 과거, 60억~70억 년 전에 우물의 깊이가 아인슈타인의 예측과 잘 일치한다는 것을 발견했습니다. 그러나 오늘날에 더 가까운 35억~50억 년 전에는 아인슈타인이 예측한 것보다 약간 얕았습니다.'' 툴루즈 3대학의 천체물리학 및 행성학 연구소(IRAP/OMP)의 조수 천문학자이자 연구의 주저자인 폴 사바티에가 밝혔습니다.

오늘날에 더 가까운 이 시기에 우주의 확장이 가속화되기 시작했습니다. 따라서 두 가지 현상, 즉 우주의 가속과 중력 우물의 느린 성장에 대한 답은 같을 수 있습니다. 중력은 아인슈타인이 예측한 것과는 다른 대규모 물리 법칙에 따라 작동할 수 있습니다.

아인슈타인에게 도전?

''저희의 결과는 아인슈타인의 예측이 측정치와 3 시그마의 불일치를 가지고 있음을 보여줍니다. 물리학의 언어로, 이러한 불일치 한계는 우리의 관심을 불러일으키고 추가 조사를 요구합니다. 하지만 이 불일치는 현재 단계에서 아인슈타인의 이론을 무효화하기에 충분히 크지 않습니다. 그렇게 되려면 5 시그마의 한계에 도달해야 합니다. 따라서 이러한 초기 결과를 확인하거나 반박하고 이 이론이 매우 먼 거리에서 우리 우주에서 유효한지 확인하기 위해 보다 정확한 측정이 필수적입니다.'' UNIGE 이론 물리학과의 박사후 연구원이자 이 연구의 공동 저자인 나스타시아 그림은 강조합니다.

이 팀은 1년 전에 발사된 유클리드 우주 망원경의 새로운 데이터를 분석할 준비를 하고 있습니다. 유클리드는 우주에서 우주를 관찰하기 때문에 중력 렌즈 측정이 훨씬 더 정확해질 것입니다. 또한, 임무 6년 동안 약 15억 개의 은하를 관찰할 것으로 예상됩니다. 이를 통해 시공간 왜곡을 더 정확하게 측정할 수 있어 시간을 더 거슬러 올라가 궁극적으로 아인슈타인 방정식을 테스트할 수 있습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/11/241111123136.htm