Unde au greșit Einstein și Newton – un nou studiu pare să contrazică teoria generală a relativității și a gravitației

De mai bine de trei secole, legile lui Newton și teoria relativității generale formulată de Einstein au stat la baza modului în care înțelegem gravitația și dinamica Universului. Ele au explicat de la mișcarea planetelor și formarea galaxiilor până la fenomene extreme precum undele gravitaționale și găurile negre. Cu toate acestea, un nou studiu publicat în The Astrophysical Journal ridică semne de întrebare serioase. Cercetătorii de la Universitatea Sejong din Coreea de Sud au analizat mișcarea unor sisteme stelare speciale, numite binare largi, și au ajuns la concluzia că modelele lui Newton și Einstein ar putea fi incomplete în condiții de accelerație foarte scăzută.

Dacă aceste rezultate vor fi confirmate prin observații suplimentare, ar putea fi vorba despre una dintre cele mai mari provocări aduse fizicii moderne în ultimele decenii, cu implicații asupra felului în care definim gravitația și chiar materia întunecată.

Ce sunt stelele binare largi și de ce pun probleme teoriilor clasice

Binarele largi sunt sisteme formate din două stele care orbitează una în jurul celeilalte, dar la distanțe foarte mari. Spre deosebire de sistemele binare obișnuite, unde atracția gravitațională este puternică, aici accelerația orbitală scade până la niveluri extrem de mici, de ordinul nanometrilor pe secundă la pătrat.

Analizând peste 26.500 de astfel de sisteme aflate la maximum 650 de ani-lumină, astronomul Kyu-Hyun Chae a descoperit că, la aceste accelerații foarte scăzute, mișcarea observată era cu aproximativ 30–40% mai rapidă decât ceea ce ar fi prezis modelele bazate pe Newton și Einstein. În schimb, atunci când accelerația depășea un anumit prag, predicțiile teoriilor clasice se confirmau. Cu alte cuvinte, ceva pare să se schimbe fundamental în regimul de accelerații foarte mici.

Această discrepanță ridică întrebări majore. Dacă gravitația se comportă diferit la valori extrem de reduse, asta ar putea explica și de ce la nivel galactic apar anomalii pe care oamenii de știință le-au atribuit până acum existenței materiei întunecate.

MOND, alternativa care câștigă teren în fața materiei întunecate

Pentru a explica deviațiile observate, studiul a apelat la o teorie mai veche, propusă în 1983 de fizicianul israelian Mordehai Milgrom: Modified Newtonian Dynamics (MOND). Aceasta presupune că legile gravitației trebuie modificate atunci când accelerațiile sunt foarte mici, fără a fi nevoie de materie întunecată.

Ceea ce face acest nou studiu surprinzător este că datele obținute coincid cu predicțiile unei variante matematice a MOND, numită AQUAL (A Quadratic Lagrangian). Practic, accelerația suplimentară observată în aceste sisteme stelare se aliniază cu ceea ce această teorie anticipa. Pentru Chae și echipa sa, aceasta ar fi o dovadă directă a faptului că gravitația clasică se „rupe” în zona de accelerații scăzute.

Totuși, deși MOND pare o explicație elegantă, ea are propriile limitări și nu poate descrie toate fenomenele cosmologice cunoscute. În plus, materia întunecată rămâne un element esențial în modelul standard al Universului, chiar dacă încă nu a fost detectată direct.

Ce înseamnă aceste descoperiri pentru viitorul fizicii

Dacă rezultatele de la Sejong University vor fi confirmate prin noi observații și analize independente, fizica ar putea intra într-o nouă eră. Un astfel de pas ar însemna nu doar ajustarea teoriilor lui Einstein și Newton, ci și regândirea întregului model cosmologic care include materia și energia întunecată.

Pentru moment, însă, teoria relativității generale rămâne fundamentul principal al fizicii moderne, aplicată cu succes în majoritatea situațiilor. Studiul condus de Chae oferă mai degrabă o provocare științifică decât un verdict final. Ca în multe alte cazuri din istoria științei, va fi nevoie de timp, observații mai precise și confirmări independente pentru a ști dacă ne aflăm în fața unei revoluții sau doar a unei corecții locale în înțelegerea Universului.