Gli scienziati potrebbero presto testare la teoria della relatività generale di Einstein misurando la distorsione del tempo.
Secondo una nuova ricerca pubblicata il 22 giugno sulla rivista Nature Astronomy, il nuovo metodo proposto trasforma il bordo dello spazio e del tempo in un vasto laboratorio cosmico per indagare se la relatività generale può spiegare la materia oscura, una forma misteriosa e invisibile di materia che può essere solo dedotta dalla sua influenza gravitazionale sulla materia ed energia visibile dell’universo, così come l’espansione accelerata dell’universo dovuta all’energia oscura. Secondo gli autori dello studio, il metodo è pronto per essere testato su future indagini dell’universo profondo.
La relatività generale afferma che la gravità è il risultato della deformazione della trama dello spazio e del tempo causata dalla massa, che Einstein ha riunito in un’entità quadridimensionale chiamata spazio-tempo. Secondo la relatività, il tempo passa più lentamente vicino a un oggetto massivo rispetto a quanto avviene in un vuoto privo di massa. Questo cambiamento nel passaggio del tempo è chiamato distorsione del tempo.
Sin dalla sua introduzione nel 1915, la relatività generale è stata ampiamente testata ed è diventata la nostra migliore descrizione della gravità su scale enormi. Ma gli scienziati non sono ancora sicuri se possa spiegare la materia oscura invisibile e l’energia oscura, che insieme rappresentano circa il 95% dell’energia e della materia dell’universo.
“La distorsione del tempo prevista dalla relatività generale è già stata misurata molto precisamente a distanze ridotte”, ha detto Camille Bonvin, autrice principale dello studio e professore associato all’Università di Ginevra. “È stata misurata per gli aerei che volano intorno alla Terra, per le stelle nella nostra galassia e anche per i gruppi di galassie. Noi proponiamo un metodo per misurare la distorsione del tempo a distanze molto grandi”.
Il metodo suggerisce di testare la distorsione del tempo misurando lo spostamento verso il rosso, il cambiamento nella frequenza della luce emessa da un oggetto mentre si allontana da noi. Bonvin ha detto che la differenza qui è che questa tecnica misura lo spostamento verso il rosso causato dalla luce che cerca di uscire da un pozzo gravitazionale, una “deformazione” nello spazio-tempo creata da un oggetto massivo.
“Questo salire cambia la frequenza della luce perché il tempo passa a ritmi diversi all’interno e all’esterno del pozzo gravitazionale”, ha detto. “Di conseguenza, il colore della luce cambia; si sposta verso il rosso… Misurando lo spostamento verso il rosso gravitazionale, otteniamo una misura della distorsione del tempo”.
È tempo di testare la relatività generale
La distorsione del tempo suggerisce che il tempo non è assoluto nel nostro universo, ma passa a ritmi variabili a seconda dei campi gravitazionali. Questa idea non è esclusiva della relatività generale.
“La distorsione del tempo esiste in tutte le moderne teorie della gravità”
Lo ha affermato Bonvin, aggiungendo: “Tuttavia, l’ampiezza della distorsione del tempo
– quanto la presenza di un oggetto massivo rallenta il tempo – varia da teoria a teoria”.Nella relatività generale, le distorsioni del tempo e dello spazio sono previste essere le stesse; in altre teorie della gravità, questo non è sempre il caso. Ciò significa che misurando la distorsione del tempo e confrontandola con la distorsione dello spazio, i fisici possono testare la validità della relatività generale.
Anche la formula di Eulero sotto test
Il nuovo metodo del team potrebbe anche testare un’altra teoria principale del cosmo: la formula di Eulero, che gli astronomi utilizzano per calcolare il movimento delle galassie. In particolare, la misurazione proposta dal team della distorsione del tempo potrebbe dimostrare se la materia oscura obbedisce all’equazione di Euler, come hanno presumuto studi precedenti sulla distorsione del tempo.
“Non abbiamo mai osservato direttamente una particella di materia oscura. Ne abbiamo solo sentito la presenza gravitazionalmente”, ha detto Bonvin. “Di conseguenza, non sappiamo se la materia oscura obbedisce all’equazione di Eulero. Potrebbe benissimo essere che la materia oscura sia influenzata da forze o interazioni aggiuntive nel nostro universo oltre alla gravità. Se questo è il caso, allora la materia oscura non obbedirà all’equazione di Eulero”.
Il metodo del team potrebbe essere utilizzato da future missioni, tra cui il telescopio Euclid dell’Agenzia Spaziale Europea, che è pronto per il lancio a luglio, e lo Strumento Spettroscopico per l’Energia Oscura, che è a tre anni dalla sua indagine quinquennale dell’universo.
Einstein ed Eulero messi alla prova ai confini dell’Universo
“Sarà possibile misurare la distorsione del tempo con i dati forniti da queste indagini”, ha detto Bonvin. “Questo è molto interessante perché, per la prima volta, saremo in grado di confrontare la distorsione del tempo con quella dello spazio, per testare se la relatività generale è valida, e saremo anche in grado di confrontare la distorsione del tempo con la velocità delle galassie, per vedere se l’equazione di Eulero è valida. Con una nuova misurazione, saremo in grado di testare due leggi fondamentali”.