Mô phỏng siêu máy tính của các thiên hà cho thấy lý thuyết tương đối tổng quát Einstein Einstein có thể không phải là cách duy nhất để giải thích lực hấp dẫn hoạt động hay cách thức các thiên hà hình thành. Lý thuyết Chameleon mới là một sự thay thế có thể.
Từ nghiên cứu mới, một hình ảnh mô phỏng trên máy tính của một thiên hà, nhìn từ phía bên. Ở bên phải, với màu đỏ-xanh, bạn đang thấy mật độ khí trong đĩa của thiên hà, với các ngôi sao được hiển thị dưới dạng các chấm sáng. Ở bên trái, bạn thấy lực thay đổi trong khí trong đĩa, trong đó các vùng trung tâm tối tương ứng với các lực giống như Thuyết tương đối rộng tiêu chuẩn và các vùng màu vàng sáng tương ứng với các lực được tăng cường (lực được sửa đổi). Hình ảnh qua Christian Arnold / Baojiu Li / Đại học Durham.
Từ đầu những năm 1900, thuyết hấp dẫn Einstein Einstein - được gọi là lý thuyết tương đối tổng quát - đã chi phối các lý thuyết và tính toán của các nhà vũ trụ học, những người giải thích toàn bộ hoạt động của vũ trụ của chúng ta. Thuyết tương đối rộng đã được chứng minh hết lần này đến lần khác, gần đây nhất là với hình ảnh lỗ đen trực tiếp đầu tiên. Bây giờ, các nhà vật lý tại Đại học Durham ở Hoa Kỳ nói rằng thuyết tương đối rộng Einstein Einstein có thể không phải là chỉ có cách để giải thích trọng lực hoạt động hoặc cách các thiên hà hình thành. Họ đã thành công trong nghiên cứu với một mô hình thay thế cho lực hấp dẫn - f (R)-gravity - được gọi là Lý thuyết Tắc kè hoa, bởi vì, theo cách nói của họ, nó thay đổi hành vi theo môi trường. Họ nói rằng Lý thuyết Tắc kè hoa này là một thay thế cho thuyết tương đối rộng trong việc giải thích sự hình thành các cấu trúc trong vũ trụ. Nó cũng có thể giúp hiểu thêm về năng lượng tối, một chất bí ẩn được cho là đang đẩy nhanh tốc độ giãn nở của vũ trụ.
Những hình ảnh trên trang này được phát hành vào ngày 8 tháng 7 năm 2019, bởi các nhà vật lý Christian Arnold, Matteo Leo và Baojiu Li, tất cả thuộc Viện Vũ trụ Điện toán của Đại học Durham. Họ đã kết quả các mô phỏng máy tính gần đây chạy trên Hệ thống trung tâm dữ liệu DiRAC tại Đại học Durham. Các mô phỏng cho thấy các thiên hà như Dải Ngân hà của chúng ta vẫn có thể hình thành trong vũ trụ ngay cả với các định luật hấp dẫn khác nhau. Công trình trước đây đã chỉ ra rằng các tính toán lý thuyết sử dụng Lý thuyết Chameleon tái tạo sự thành công của thuyết tương đối rộng trên tương đối quy mô nhỏ của hệ mặt trời của chúng ta. Nhóm nghiên cứu của Durham đã chỉ ra rằng lý thuyết này cho phép mô phỏng thực tế về cấu trúc quy mô lớn như dải ngân hà của chúng ta Đồng tác giả nghiên cứu Christian Arnold, cho biết:
Thuyết Tắc kè hoa cho phép thay đổi định luật hấp dẫn để chúng ta có thể kiểm tra tác động của những thay đổi trong trọng lực đối với sự hình thành thiên hà. Thông qua các mô phỏng của chúng tôi, lần đầu tiên chúng tôi đã chỉ ra rằng ngay cả khi bạn thay đổi trọng lực, nó sẽ không ngăn các thiên hà đĩa với các nhánh xoắn ốc hình thành.
Nghiên cứu của chúng tôi chắc chắn không có nghĩa là thuyết tương đối rộng là sai, nhưng nó cho thấy rằng nó không phải là cách duy nhất để giải thích vai trò của lực hấp dẫn trong sự tiến hóa của vũ trụ.
Những phát hiện được công bố trên tạp chí đánh giá ngang hàng Thiên văn học thiên nhiên.
Từ nghiên cứu mới, một hình ảnh mô phỏng trên máy tính của một thiên hà, nhìn từ trên cao. Hình ảnh thông qua Christian Arnold / Baojiu Li / Đại học Durham.
Một tuyên bố từ các nhà nghiên cứu đã giải thích thêm về nghiên cứu gần đây của họ:
Các nhà nghiên cứu đã xem xét sự tương tác giữa lực hấp dẫn trong Thuyết Chameleon và các lỗ đen siêu lớn nằm ở trung tâm của các thiên hà. Lỗ đen đóng vai trò quan trọng trong sự hình thành thiên hà vì nhiệt và vật chất mà chúng phóng ra khi nuốt vật chất xung quanh có thể đốt cháy khí cần thiết để hình thành sao, ngăn chặn hiệu quả sự hình thành sao.
Lượng nhiệt phun ra từ các lỗ đen được thay đổi bằng cách thay đổi trọng lực, ảnh hưởng đến cách các thiên hà hình thành. Tuy nhiên, các mô phỏng mới cho thấy rằng ngay cả khi tính đến sự thay đổi trọng lực gây ra bằng cách áp dụng Thuyết Chameleon, các thiên hà vẫn có thể hình thành.
Các nhà vật lý này cho biết công trình của họ cũng có thể làm sáng tỏ sự hiểu biết của chúng ta về sự giãn nở đang gia tăng của vũ trụ. Các nhà khoa học tin rằng sự mở rộng này đang được thúc đẩy bởi năng lượng tối, và các nhà nghiên cứu của Durham cho biết phát hiện của họ có thể là một bước nhỏ để giải thích các tính chất của chất này. Đồng trưởng nhóm nghiên cứu Baojiu Li nhận xét:
Trong thuyết tương đối rộng, các nhà khoa học giải thích sự giãn nở nhanh chóng của vũ trụ bằng cách đưa ra một dạng vật chất bí ẩn gọi là năng lượng tối - dạng đơn giản nhất có thể là hằng số vũ trụ, có mật độ là hằng số theo không gian và thời gian. Tuy nhiên, các lựa chọn thay thế cho hằng số vũ trụ giải thích sự giãn nở tăng tốc bằng cách sửa đổi định luật hấp dẫn, như trọng lực f (R), cũng được xem xét rộng rãi khi biết rất ít về năng lượng tối.
Các nhà nghiên cứu của Durham là các nhà vật lý lý thuyết, như Einstein đã từng. Khi thuyết tương đối rộng Einstein Einstein lần đầu tiên được chứng minh - trong lần nhật thực toàn phần năm 1919 - Einstein đã bị biến thành ngôi sao nhạc rock. Bây giờ thuyết tương đối rộng là nền tảng cho vũ trụ học hiện đại. Bước tiếp theo của Lý thuyết Chameleon cũng sẽ là kiểm tra và hy vọng xác nhận nó thông qua các quan sát. Không có nghi ngờ gì nữa, nhưng các nhà thiên văn học quan sát sẽ sớm thực hiện công việc, tạo ra các thử nghiệm của riêng họ cho Lý thuyết Chameleon mới, và có lẽ chứng minh điều đó. Nếu và khi điều đó xảy ra, nó sẽ cực kỳ thú vị!
Albert Einstein vào năm 1912. Ông đã công bố lý thuyết tương đối tổng quát của mình vào năm 1915. Lý thuyết này đã được xác nhận vào năm 1919.
Điểm mấu chốt: Lý thuyết Chameleon mới có tiềm năng trở thành một lý thuyết hấp dẫn xen kẽ, hoạt động cùng với lý thuyết thuyết tương đối rộng của Einstein. Các mô phỏng máy tính gần đây cho thấy lý thuyết này có thể được sử dụng để tái tạo các cấu trúc quy mô lớn (các thiên hà) trong vũ trụ của chúng ta.