Saken er produsert og finansiert av Universitetet i Oslo - Les mer
Et øyeblikksbilde fra en simulering av samme type som arbeidet til Hammami (uten modifisert gravitasjon vel å merke), hvor den mørke materien er synlig til venstre mens gassen er synlig til høyre.

Jakter på alternative gravitasjonsteorier

Kan man forstå universet bedre om man justerer litt på Einsteins generelle relativitetsteori? Ny doktorgradsavhandling ser på mulige effekter av ulike gravitasjonsteorier.

11.1 2017 04:00

Einsteins generelle relativitetsteori har i over hundre år regjert som den beste teorien for å forklare hvordan gravitasjon fungerer i universet.

Men er det elementer i Einsteins teori som kan endres på for å beskrive universet enda bedre?

Denne problemstillingen har vært sentral i doktorgradsarbeidet til Amir Hammami, som nylig forsvarte sin avhandling på Institutt for teoretisk astrofysikk ved Universitetet i Oslo. 

– Her på jorden og i solsystemet vårt stemmer Einsteins teori veldig bra. Den har klare prediksjoner, og de er testet godt.

– Men på større skala, i områder i universet med lavere tetthet og avstander på flere hundre lysår, kan det være at teorien ikke fungerer like bra, forklarer Hammami.

Ikke alle liker mørk energi

Det er observasjoner som for eksempel universets akselererende utvidelse, som har gjort at man de siste tiårene har begynt å stille spørsmål ved den generelle relativitetsteoriens gyldighet på større skalaer. 

Dersom Einsteins teori skal brukes slik som den fremstår i dag, må nemlig materie- og energiinnholdet i universet domineres av såkalte mørke komponenter.

For å forklare hvordan universet ekspanderer fortere og fortere, introduserer teoretikere en mørk energi som har en effekt som virker motsatt av gravitasjon.

Problemet er bare at ingen helt vet hva mørk energi egentlig er.


Amir Hammami. (Foto: Privat)

– Ikke alle liker at man bare innfører en mystisk mørk energi for å få budsjettet til å gå opp, sier Hammami.

– Det vi har gjort er å studere alternative gravitasjonsteorier, teorier hvor en modifisererer Einsteins teori, som kan gjøre det slik at vi slipper å bruke denne mørke energien.

Den femte kraften

Ett eksempel på en slik modifikasjon er å introdusere en ekstra gravitasjonskraft, den såkalte femte kraften.

Denne litt mystiske betegnelsen høres kanskje ikke stort bedre ut enn mørk energi, men den fungerer som et tillegg til de fire fundamentale kreftene som fysikere bruker få å beskrive virkeligheten:

  • De svake kjernekreftene
  • De sterke kjenekreftene
  • Elektromagnetisme
  • Gravitasjon

Innføring av den femte kraften kan dermed sees på som introduksjon av ny fysikk.

Simulerer galakser for å teste teoriene

For å teste de alternative gravitasjonsteoriene har Hammami og hans kolleger brukt simuleringer av galakser og galaksehoper for å se hvordan de alternative teoriene påvirker gassene. Simuleringene sammenlignes deretter med observasjoner av ekte galakser og galaksehoper.

Ved å sammenligne massen og temperaturen til galaksehopene finner Hammami gode signaturer på alternative gravitasjonsteorier, som forskerne deretter kan se etter når de sammenligner med observasjoner.

Ingen av de alternative teoriene som Hammami studerer er realistiske modeller, men heller såkalte leketøy-modeller som fremhever visse karakteristiske signaturer.

Skjebnen til universet

På sikt er håper forskerne at simuleringene også kan brukes sammen med fremtidige astronomiske observasjoner. Potensielt kan kunnskap om alternative gravitasjonsteorier bidra til å predikere den ultimate skjebnen til universet.

– Nå er vi i en fase hvor vi ser at universet utvider seg akselererende. Men det kan jo hende at en alternativ gravitasjonsteori vil predikere at universet vil ekspandere først, for så å trekke seg sammen.

Ønsker åpenhet rundt forskningen

Kodene som er utviklet under doktorgradsarbeidet er unike på verdensbasis, og Hammami jobber nå med å gjøre dem offentlig. 

– Koden kan gi mye innsikt rundt modifiserte gravitasjonsteorier, men ville muligens forsvunnet når jeg forlater akademia. Med å gjøre den offentlig, gjør jeg den tilgjengelig til forskere verden over som måtte være interessert.

– Det er slik jeg føler vitenskapen burde fungere. Vi deler våre verktøy og kunnskap så flere sett med øyne kan få sett på like problemstillinger, og at vi kollektivt kan komme kjappere frem til ny vitenskap .

Referanse:

Amir Hammami: Probing gravity theories beyond general relativity using hydrodynamic N-body simulations. Doktorgradsavhandling ved UiO. 2016. Sammendrag.

forskning.no ønsker en åpen og saklig debatt. Vi forbeholder oss retten til å fjerne innlegg. Du må bruke ditt fulle navn. Vis regler

Regler for leserkommentarer på forskning.no:

  1. Diskuter sak, ikke person. Det er ikke tillatt å trakassere navngitte personer eller andre debattanter.
  2. Rasistiske og andre diskriminerende innlegg vil bli fjernet.
  3. Vi anbefaler at du skriver kort.
  4. forskning.no har redaktøraransvar for alt som publiseres, men den enkelte kommentator er også personlig ansvarlig for innholdet i innlegget.
  5. Publisering av opphavsrettsbeskyttet materiale er ikke tillatt. Du kan sitere korte utdrag av andre tekster eller artikler, men husk kildehenvisning.
  6. Alle innlegg blir kontrollert etter at de er lagt inn.
  7. Du kan selv melde inn innlegg som du mener er upassende.
  8. Du må bruke fullt navn. Anonyme innlegg vil bli slettet.

Saker fra våre eiere

Norges Handelshøyskole

Dersom en ansatt får en bonus ut ifra flaks og ikke ferdigheter, er det urettferdig, mener nordmenn. Amerikanerne synes det er helt greit.

Universitetet i Oslo

Appen skal gi helsepersonell rask tilgang på oppdaterte retningslinjer for behandling. 

Høgskolen i Oslo og Akershus

Mange demente har lite muskler, mindre bevegelighet og dårlig kondisjon. Forskere etterlyser tilrettelagte treningsprogram.

Saker fra våre eiere

NTNU

Verden spiser mer og mer sushi. Bare i Norge er forbruket tredoblet på ti år. Men den største delikatessen er i fare.

Senter for internasjonalisering av utdanning

Synet på barn, lek og læring varierer sterkt mellom ulike land i Europa. Dette påvirker hverdagen til de ansatte i norske barnehager.

Høgskulen på Vestlandet

Ein ny studie tyder på at du faktisk kan velja å oversjå dei skrikande musklane dine.

Kronikk:

– Vi forventer at antall terrorangrep i Europa vil holde seg der de er eller kanskje øke litt, sa sjef for Etterretningstjenesten, Morten Haga Lunde, til NRK. Men hvorfor angriper IS egentlig europeiske mål?

Alkohol dreper og skader og gir oss skallebank. Hvorfor er menneskets historie likevel full av fyll?

Energi fra trær og planter skal på sikt erstatte oljen. Men å hente ut godsakene fra gran og furu er en omstendelig prosess. Nå finner forskere svar hos brunråtesoppen.

Likevel virker ikke legemiddelindustrien særlig interessert. – Industrien er ikke alltid veldig opptatt av sykdommer som stort sett er et problem i Den tredje verden, sier forsker.