ตีพิมพ์ในปี 1915 ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (GR) ของ Einstein ผ่านการทดสอบครั้งใหญ่ครั้งแรกในอีกไม่กี่ปีต่อมาเมื่อการเบี่ยงเบนความโน้มถ่วงของการทำนายแสงผ่านใกล้ดวงอาทิตย์เกิดขึ้นในช่วงสุริยุปราคา 1919
ในปี 1960 GR ได้ผ่านการทดสอบครั้งแรกในห้องแล็บที่นี่บนโลก การทดลอง Pound-Rebka และตลอดเก้าทศวรรษที่ผ่านมานับตั้งแต่การตีพิมพ์ GR ได้ผ่านการทดสอบหลังการทดสอบหลังการทดสอบโดยใช้สีที่บินได้เสมอ (ดูรีวิวสำหรับการสรุปที่ยอดเยี่ยมนี้)
แต่การทดสอบนั้นอยู่ในระบบสุริยจักรวาลเสมอหรือโดยอ้อม
ตอนนี้ทีมที่นำโดยนักวิทยาศาสตร์มหาวิทยาลัยพรินซ์ตันได้ทดสอบ GR เพื่อดูว่ามันเป็นจริงในระดับจักรวาลหรือไม่ และหลังจากการวิเคราะห์ข้อมูลทางดาราศาสตร์เป็นเวลาสองปีนักวิทยาศาสตร์ได้สรุปว่าทฤษฎีของ Einstein นั้นทำงานได้ดีในระยะทางไกลเช่นเดียวกับในพื้นที่ท้องถิ่นอื่น ๆ
การวิเคราะห์ของนักวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับกาแลคซีมากกว่า 70,000 แห่งแสดงให้เห็นว่าเอกภพ - อย่างน้อยมากถึงระยะทาง 3.5 พันล้านปีแสงจากโลก - เล่นตามกฎที่กำหนดโดย Einstein ในทฤษฎีที่มีชื่อเสียงของเขา ในขณะที่ GR ได้รับการยอมรับจากชุมชนวิทยาศาสตร์มานานกว่าเก้าทศวรรษที่ผ่านมาจนถึงขณะนี้ยังไม่มีใครได้ทดสอบทฤษฎีนี้อย่างละเอียดถี่ถ้วนในระยะทางและเครื่องชั่งที่ไปไกลกว่าระบบสุริยะ
Reinabelle Reyes นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของพรินซ์ตันในภาควิชาดาราศาสตร์ฟิสิกส์พร้อมด้วยผู้เขียนร่วม Rachel Mandelbaum นักวิชาการวิจัยที่เกี่ยวข้องและ James Gunn ศาสตราจารย์ดาราศาสตร์แห่ง Eugene Higgins ได้สรุปการประเมินไว้ในฉบับวันที่ 11 มีนาคมของธรรมชาติ
นักวิทยาศาสตร์คนอื่นที่ทำงานร่วมกันบนกระดาษ ได้แก่ Tobias Baldauf, Lucas Lombriser และ Robert Smith แห่งมหาวิทยาลัยซูริคและ Uros Seljak จากมหาวิทยาลัยแห่งแคลิฟอร์เนีย - เบิร์กลีย์
ผลลัพธ์มีความสำคัญพวกเขากล่าวเพราะพวกเขาสนับสนุนทฤษฎีในปัจจุบันที่อธิบายถึงรูปร่างและทิศทางของจักรวาลรวมถึงแนวคิดเกี่ยวกับพลังงานมืดและปัดเป่าคำแนะนำบางส่วนจากการทดลองอื่น ๆ ที่สัมพัทธภาพทั่วไปอาจผิด
“ ความคิดทั้งหมดของเราเกี่ยวกับดาราศาสตร์ขึ้นอยู่กับการคาดการณ์ครั้งใหญ่นี้จริง ๆ ดังนั้นสิ่งที่เราสามารถทำได้เพื่อดูว่าสิ่งนี้ถูกต้องหรือไม่บนเครื่องชั่งเหล่านี้มีความสำคัญอย่างมาก” กันน์กล่าว “ มันเพิ่มอิฐอีกก้อนให้กับรากฐานที่สนับสนุนสิ่งที่เราทำ”
GR เป็นหนึ่งในสองทฤษฎีแกนหลักที่เกี่ยวกับดาราศาสตร์ฟิสิกส์ร่วมสมัยและจักรวาลวิทยาทั้งหมด (อีกทฤษฎีหนึ่งคือแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาค, ทฤษฎีควอนตัม); มันอธิบายทุกอย่างจากหลุมดำไปจนถึงบิ๊กแบง
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาได้มีการเสนอทางเลือกหลายทางสำหรับสัมพัทธภาพทั่วไป ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงที่ได้รับการดัดแปลงเหล่านี้ออกจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปในเครื่องชั่งขนาดใหญ่เพื่อหลีกเลี่ยงความต้องการพลังงานมืดสสารมืดหรือทั้งสองอย่าง แต่เนื่องจากทฤษฎีเหล่านี้ได้รับการออกแบบมาให้ตรงกับการทำนายสัมพัทธภาพทั่วไปเกี่ยวกับประวัติศาสตร์การขยายตัวของเอกภพซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้งานจักรวาลวิทยาในปัจจุบันกลายเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องรู้ว่าทฤษฎีใดที่ถูกต้อง สามารถประมาณได้
“ เรารู้ว่าเราจำเป็นต้องดูโครงสร้างขนาดใหญ่ของจักรวาลและการเติบโตของโครงสร้างขนาดเล็กที่ประกอบขึ้นเป็นระยะเวลาหนึ่งเพื่อค้นหา” เรเยสกล่าว ทีมใช้ข้อมูลจาก Sloan Digital Sky Survey (SDSS) โครงการกล้องโทรทรรศน์ระยะยาวแบบหลายสถาบันทำแผนที่ท้องฟ้าเพื่อกำหนดตำแหน่งและความสว่างของกาแลคซีและควาซาร์หลายร้อยล้านแห่ง
โดยการคำนวณการรวมกลุ่มของกาแลคซีเหล่านี้ซึ่งขยายไปเกือบหนึ่งในสามของทางจนถึงขอบของจักรวาลและวิเคราะห์ความเร็วและการบิดเบี้ยวของพวกมันจากการแทรกแซงของวัสดุ - เนื่องจากเลนส์ที่อ่อนแอเป็นหลักโดยสสารมืด - นักวิจัยได้แสดงให้เห็นว่า ทฤษฎีอธิบายจักรวาลใกล้เคียงดีกว่าทฤษฎีทางเลือกของแรงโน้มถ่วง
นักวิทยาศาสตร์ของพรินซ์ตันได้ศึกษาผลกระทบของแรงโน้มถ่วงต่อกาแลคซี SDSS และกระจุกกาแลคซีในช่วงระยะเวลายาวนาน พวกเขาสังเกตเห็นว่าแรงพื้นฐานนี้ผลักดันกาแลคซีให้กระจุกเข้าไปในคอลเลกชันขนาดใหญ่ของกาแลคซีและวิธีที่มันสร้างการขยายตัวของเอกภพ
อย่างยิ่งเนื่องจากทฤษฎีสัมพัทธภาพเรียกร้องให้ความโค้งของอวกาศเท่ากับความโค้งของเวลานักวิจัยสามารถคำนวณได้ว่าแสงนั้นได้รับอิทธิพลในปริมาณที่เท่ากันโดยทั้งคู่ตามที่ควรจะเป็นถ้าสัมพัทธภาพทั่วไปถือเป็นจริง
“ นี่เป็นครั้งแรกที่การทดสอบนี้ดำเนินการเลยเป็นข้อพิสูจน์ถึงแนวคิด” Mandelbaum กล่าว “ มีการสำรวจทางดาราศาสตร์อื่น ๆ ที่วางแผนไว้ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า ตอนนี้เรารู้ว่าการทดสอบนี้ใช้งานได้เราจะสามารถใช้กับข้อมูลที่ดีกว่าซึ่งจะมีในไม่ช้าเพื่อ จำกัด ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงให้แน่นยิ่งขึ้น”
การยกระดับพลังการทำนายของ GR ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจได้ดีขึ้นว่าแบบจำลองในปัจจุบันของจักรวาลเหมาะสมหรือไม่นักวิทยาศาสตร์กล่าว
“ การทดสอบใด ๆ ที่เราสามารถทำได้ในการสร้างความเชื่อมั่นของเราในการประยุกต์ใช้ทฤษฎีที่สวยงามเหล่านี้ แต่สิ่งที่ยังไม่ได้ทดสอบบนเครื่องชั่งเหล่านี้มีความสำคัญมาก” กันน์กล่าว “ แน่นอนว่ามันช่วยได้เมื่อคุณพยายามทำสิ่งที่ซับซ้อนเพื่อทำความเข้าใจพื้นฐาน และนี่คือสิ่งพื้นฐานที่สำคัญมาก ๆ ”
“ สิ่งที่ดีเกี่ยวกับการเข้าสู่ระดับจักรวาลคือเราสามารถทดสอบทฤษฎีแรงโน้มถ่วงทางเลือกใด ๆ ก็ได้เพราะมันควรจะทำนายสิ่งที่เราสังเกตเห็น” Uros Seljak ผู้เขียนร่วมศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ที่ UC Berkeley และนักวิทยาศาสตร์ของคณะที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอเรนซ์บาร์กลีย์ซึ่งปัจจุบันได้เดินทางไปที่สถาบันฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่มหาวิทยาลัยซูริค “ ทฤษฎีทางเลือกที่ไม่ต้องการสสารมืดล้มเหลวในการทดสอบเหล่านี้”
แหล่งที่มา:“ นักวิทยาศาสตร์ของพรินซ์ตันกล่าวว่าทฤษฎีของไอน์สไตน์ใช้นอกเหนือจากระบบสุริยจักรวาล” (มหาวิทยาลัยพรินซ์ตัน),“ การศึกษาตรวจสอบความสัมพันธ์ทั่วไปในระดับจักรวาล, การดำรงอยู่ของสสารมืด” (มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียเบิร์กลีย์),“ การยืนยันสัมพัทธภาพทั่วไป เลนส์และกาแลคซีความเร็ว” (ธรรมชาติ, arXiv preprint)
