중력의 '우주 결함'

워털루 대학교와 브리티시 컬럼비아 대학교의 연구진은 우주 중력의 잠재적인 “우주 결함”을 발견하여 우주 규모에서 우주의 이상한 행동을 설명했습니다.

지난 100년 동안 물리학자들은 중력이 우주 전체에 어떻게 작용하는지 설명하기 위해 알베르트 아인슈타인의 “일반 상대성 이론”에 의존해 왔습니다. 수많은 테스트와 관찰을 통해 정확성이 입증된 일반 상대성 이론은 중력이 단순히 3차원의 물리적 차원뿐만 아니라 4차원인 시간에도 영향을 미친다는 것을 시사합니다.

“이 중력 모델은 빅뱅 이론화에서부터 블랙홀 사진 촬영에 이르기까지 모든 것에 필수적이었습니다.”라고 프로젝트의 주요 저자이자 최근 워털루 수학 물리학을 졸업한 Robin Wen이 말했습니다.

“그러나 우리가 우주 규모, 은하단 및 그 이상의 규모에서 중력을 이해하려고 할 때 일반 상대성 이론의 예측과 명백한 불일치에 직면하게 됩니다. 마치 중력 자체가 아인슈타인의 이론과 완벽하게 일치하지 않는 것과 같습니다. 우리는 이것을 불일치라고 부릅니다. ‘우주적 결함’: 수십억 광년 거리를 다룰 때 중력이 약 1% 약해집니다.

20년 넘게 물리학자들과 천문학자들은 일반 상대성 이론의 명백한 불일치를 설명하는 수학적 모델을 만들려고 노력해 왔습니다. 이러한 노력 중 많은 부분이 워털루에서 이루어졌습니다. 워털루는 응용 수학과 천체 물리학자 간의 지속적인 학제간 협력을 통해 최첨단 중력 연구의 오랜 역사를 갖고 있습니다.

워털루대학교 천체물리학 교수이자 페리미터 연구소 연구원인 니아예쉬 아프쇼르디(Niayesh Afshordi)는 “거의 100년 전 천문학자들은 우리 우주가 팽창하고 있다는 사실을 발견했다”고 말했다.

“멀리 떨어진 은하일수록 더 빠르게 움직이며, 아인슈타인의 이론이 허용하는 최대 속도인 거의 빛의 속도로 움직이는 것처럼 보입니다. 우리의 발견은 바로 그 규모에서 아인슈타인의 이론도 부족하다.”

연구팀의 새로운 “우주 결함” 모델은 일반 상대성 이론의 기존 성공적인 사용에 영향을 주지 않으면서 일부 우주 측정의 불일치를 해결하는 방식으로 아인슈타인의 수학 공식을 수정하고 확장합니다.

“그것을 아인슈타인 이론의 각주와 같다고 생각하세요”라고 Wen은 말했습니다. “우주 규모에 도달하면 이용 약관이 적용됩니다.”

Afshordi는 “이 새로운 모델은 우리가 시공간을 넘어 풀기 시작한 우주 퍼즐의 첫 번째 단서일 수 있습니다.”라고 말했습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/05/240501125809.htm