Per più di un secolo, la teoria della gravità di Albert Einstein, la relatività generale, è stata la descrizione più accurata della gravità su scala galattica, come dimostrano regolarmente gli esperimenti. Tuttavia, quando i loro effetti vengono valutati su lunghe distanze, la teoria rappresenta ancora una contraddizione. Secondo recenti scoperte, pubblicate in Giornale di cosmologia e fisica delle astroparticelleLa gravità stessa potrebbe subire una “spaccatura cosmica” a causa di queste differenze.

Le basi della relatività generale

La relatività generale, formulata da Einstein nel 1915, è stata utilizzata per prevedere le proprietà dell'universo che da allora sono state verificate. Questi includono il Big Bang, l’esistenza dei buchi neri, la riflessione della luce dovuta alle forze gravitazionali e le onde gravitazionali, che sono piccole increspature nello spaziotempo.

La teoria della relatività generale era così rivoluzionaria da proporre che la gravità fosse causata dalla curvatura dello spazio e del tempo stessi, che si combinano per formare un’unica entità chiamata “spazio-tempo”, invece di spiegare la gravità come una forza misteriosa. Einstein scoprì che gli oggetti contenenti massa formano questa curvatura.

La teoria della gravitazione di Newton fu sostituita da quella di Einstein, che rimase altamente pratica sulla Terra e sufficientemente precisa da lanciare razzi sulla Luna. Ma alcune cose, come la strana orbita di Mercurio attorno al Sole, erano fuori dalla portata della teoria di Newton e potevano essere spiegate solo dalla teoria di Einstein. Newton non aveva completamente torto riguardo alla gravità, ma aveva torto riguardo alla scala dei pianeti, delle stelle e delle galassie.

Limiti della relatività generale

Tuttavia, la relatività generale potrebbe non fornirci una comprensione completa di questa forza misteriosa. Secondo Robin Wynn del Programma di Fisica Matematica dell'Università di Waterloo, sembrano esserci incongruenze tra le previsioni della relatività generale e la gravità quando cerchiamo di comprenderle a livello cosmico, cioè su scala di gruppi di galassie al di là.

Come teoria, la relatività generale ha dimostrato di essere estremamente accurata nel prevedere le proprietà dell’universo. Tuttavia, gli scienziati si rendono conto che alcuni aspetti della relatività generale devono essere rivisti. L’ipotesi è in conflitto, ad esempio, con la meccanica quantistica, che fornisce la spiegazione più precisa della fisica su scala subatomica fondamentale. Il motivo principale è che la gravità non è stata ancora descritta nella teoria quantistica.

Pertanto, sembra che alla fine saranno necessarie modifiche alla relatività generale per “estendere” il suo campo di applicazione alla scala più grande e più piccola dell'universo. Per decenni, i matematici applicati e gli astrofisici dell’Università di Waterloo sono stati profondamente impegnati nella ricerca di un modello matematico che aiutasse la relatività generale a superare le sue contraddizioni.

Alla ricerca di una nuova teoria

Wen ha detto che la gravità si indebolisce di circa l’1% quando le distanze raggiungono miliardi di anni luce. Questo divario è chiamato “spaccatura cosmica”. La teoria della gravità di Einstein sembra aver perso la sua perfetta aderenza. La costante gravitazionale deve essere modificata per tenere conto della spaccatura cosmica descritta dal team. Questo cambiamento avverrà quando i calcoli si avvicineranno all’“iperorizzonte”, la distanza più lontana che la luce è stata in grado di raggiungere dall’inizio dell’universo.

Il team afferma che questa modifica può essere ottenuta incorporando una semplice aggiunta al modello cosmologico standard. Il modello Lambda della materia oscura fredda è il nome dato a questo modello. Una volta completata, si prevede che la modifica eliminerà le discrepanze nelle misurazioni su scala cosmica, lasciando intatte le attuali applicazioni effettive della relatività generale.

Il team di Waterloo propone che esista una “anomalia cosmica” che altera la gravità su distanze molto lunghe e utilizzano estensioni matematiche delle formule di Einstein per correggere questo fenomeno senza “invertire” la teoria. Il signor Wayne ha spiegato: “Questa è una specie di nota a piè di pagina della teoria di Einstein.”

I sostenitori della teoria dell’errore cosmico suggeriscono che le future osservazioni della struttura su larga scala dell’universo e del fondo cosmico a microonde (CMB) potrebbero aiutare a determinare se gli errori cosmici nella gravità siano la causa delle “tensioni cosmiche” che esistono oggi.