Alternativa la teoria gravitatiei – o noua perspectiva asupra celei mai puternice forte din Univers

Gravitatia este unul dintre cele mai mari mistere ale universului nostru. Desi oamenii de stiinta au incercat sa o inteleaga timp de secole, inca mai exista multe intrebari fara raspuns. Recent insa, o noua teorie a gravitatiei a aparut, care ar putea schimba modul in care privim aceasta forta fundamentala.

Noua ipoteza, publicata in jurnalul Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, sustine ca gravitatia ar putea exista fara prezenta masei. Acest concept provocator pune la indoiala existenta materiei intunecate, o forma ipotetica de materie pe care oamenii de stiinta au incercat sa o descopere de aproape un secol. Sa exploram mai in detaliu aceasta teorie alternativa a gravitatiei si ce ar putea insemna pentru intelegerea noastra asupra universului.

Gravitatia – forta suprema a universului

Inainte de a ne scufunda in complexitatea noii teorii, hai sa recapitulam notiunile de baza despre gravitatie si rolul sau esential in formarea si structura universului:

• Gravitatia este una dintre cele patru forte fundamentale din fizica, alaturi de forta electromagnetica, forta nucleara tare si forta nucleara slaba.
• Este forta care atrage obiectele unul spre celalalt, in functie direct de masele lor – cu cat masa este mai mare, cu atat atractia gravitationala este mai puternica.
• Pe Pamant, gravitatia face ca toate obiectele sa cada spre suprafata cu o acceleratie de aproximativ 9.8 m/s². In spatiu, gravitatia tine planetele pe orbita in jurul stelelor.
• Gravitatia este responsabila pentru formarea stelelor, planetelor si galaxiilor – norii de gaz si praf din cosmos se comprima sub actiunea gravitatiei, dand nastere la stele si sisteme planetare.

Teoria relativitatii generale a lui Einstein

• In secolul 20, Albert Einstein a propus o noua teorie a gravitatiei numita teoria relativitatii generale (TRG), care descrie gravitatia nu ca o forta, ci ca o curbura a spatiu-timpului cauzata de masa obiectelor.
• Cu cat masa unui obiect este mai mare, cu atat acesta curbeaza mai mult spatiu-timpul din jurul sau.
• TRG explica de ce obiectele se misca pe anumite traiectorii intr-un camp gravitational.

Deci pe scurt, gravitatia este o parte integranta a vietii noastre si a universului. Ea guverneaza miscarea planetelor, formarea stelelor si galaxiilor si ne influenteaza chiar si actiunile de zi cu zi. Intelegerea acestei forte fundamentale ne ajuta sa studiem structura lumii din jurul nostru.

Gravitatia si materia intunecata

Cu toate ca pare simpla la prima vedere, gravitatia reprezinta una dintre cele mai mari enigme ale stiintei moderne:

• Oamenii de stiinta inca propun diverse teorii despre gravitatie, de la acceleratia ca forta conducatoare la gravitoni – ipotetice particule elementare fara masa.
• Cele doua teorii fizice principale – TRG si mecanica cuantica – functioneaza perfect separat, dar intra in contradictie atunci cand sunt combinate.
• Oamenii de stiinta cauta inca o „teorie a tuturor” care sa explice functionarea universului nostru atat la scara macro, cat si micro, iar gravitatia este una din pietrele de poticnire.
• Multa vreme s-a crezut ca gravitatia tine exclusiv de domeniul materiei, dar daca nu ar fi asa? Daca aceasta forta uimitoare a naturii ar putea exista fara masa?

Oricat ar parea de neobisnuit, exact aceasta idee a atras atentia autorilor unui studiu recent publicat. Daca gravitatia poate exista fara masa, atunci nevoia de materie intunecata – o materie ipotetica propusa pentru a explica pana la 85% din masa universului – dispare complet.

Defectele topologice – cheia gravitatiei fara masa?

Astrofizicianul Richard Lieu de la Universitatea din Alabama din Huntsville, autorul principal al noului studiu, a sugerat ca in loc de materia intunecata care leaga galaxiile si alte corpuri ceresti, universul ar putea contine straturi subtiri, asemanatoare unor invelisuri, de „defecte topologice” care genereaza gravitatie fara vreo masa de baza.

• Defectele topologice sunt structuri macroscopice cu proprietati macroscopice. Scarile spatiale de influenta ale defectelor topologice pot fi comparate cu dimensiunea universului observabil.
• Lieu a incercat sa gaseasca o alta solutie la ecuatiile campului lui Einstein, care leaga curbura spatiu-timpului de prezenta materiei in acesta.
• Dupa cum a descris Einstein in TRG, spatiu-timpul se curbeaza in jurul aglomerarilor de materie si fluxurilor de radiatie din univers in functie de energia si impulsul lor.
• Aceasta energie este legata, desigur, de masa in faimoasa ecuatie a lui Einstein: E=mc2.

Deci masa unui obiect este legata de energia sa, care curbeaza spatiu-timpul – aceasta curbura a spatiu-timpului este ceea ce Einstein a numit gravitatie. Cu alte cuvinte, TRG spune ca gravitatia este inextricabil legata de masa, dar Lieu sustine ca nu este asa.

Corzile cosmice – o piesa in puzzle-ul gravitatiei?

In munca sa, astrofizicianul a inceput sa rezolve o versiune simplificata a ecuatiilor campului lui Einstein, care permit o forta finita de atractie in absenta oricarei mase detectabile. Lieu spune ca eforturile sale au fost „dictate de dezamagirea fata de starea actuala a lucrurilor, si anume opinia ca materia intunecata exista in pofida lipsei oricaror dovezi directe de-a lungul unui secol intreg”.

Solutia propusa de autorul lucrarii consta in identificarea defectelor topologice sub forma de invelisuri, care pot aparea in regiuni foarte compacte ale spatiului cu o densitate foarte mare a materiei:

• Aceste seturi de invelisuri concentrice contin un strat subtire de masa pozitiva ascuns in interiorul unui strat exterior de masa negativa.
• Cele doua mase se anuleaza reciproc, astfel incat masa totala a celor doua straturi este zero.
• Dar cand o stea se afla pe acest invelis, ea sufera o forta gravitationala mare care o atrage spre centru.

Corzile cosmice sunt un tip de defect topologic – zone foarte compacte ale spatiului cu o densitate foarte mare a materiei, de obicei prezentate sub forma de structuri liniare. Dar sunt posibile si structuri bidimensionale, cum ar fi invelisurile sferice.

O idee interesanta este ca gravitatia permite tuturor obiectelor, atat celor fara masa, cat si celorlalte, sa interactioneze intre ele, deoarece implica de fapt curbarea spatiu-timpului in sine. De exemplu, s-a stabilit anterior ca corpurile ceresti exercita o atractie gravitationala asupra fotonilor fara masa.

Desi astrofizicianul recunoaste ca solutia propusa de el este „provocatoare” si nu poate invalida ipoteza materiei intunecate prin ea insasi, lucrarea sa ar putea fi un exercitiu matematic interesant, deoarece ne permite sa privim universul si fortele care il guverneaza dintr-un alt unghi.

Totusi, concluziile publicate in articol sunt prima dovada matematica ca gravitatia poate exista fara masa. Și asta nu este putin lucru, nu-i asa?

Sursa imaginii: Getty Images

Subiecte abordate in articol: gravitatie teoria relativitatii generale materie intunecata defecte topologice

Articolul se bazeaza pe noul studiu publicat de astrofizicianul Richard Lieu in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, care propune o teorie alternativa a gravitatiei fara masa.