Diterbitkan pada tahun 1915, teori relativiti umum (GR) Einstein lulus ujian besar pertama hanya beberapa tahun kemudian, ketika ramalan pesongan cahaya graviti yang melintas di dekat Matahari diperhatikan semasa gerhana matahari tahun 1919.
Pada tahun 1960, GR lulus ujian besar pertama di makmal, di Bumi; eksperimen Pound-Rebka. Dan selama sembilan dekad sejak penerbitannya, GR telah lulus ujian demi ujian demi ujian, selalu dengan warna terbang (lihat ulasan ini untuk ringkasan yang sangat baik).
Tetapi ujian selalu ada dalam sistem suria, atau tidak langsung.
Kini pasukan yang diketuai oleh saintis Universiti Princeton telah menguji GR untuk melihat apakah ia berlaku pada skala kosmik. Dan, setelah dua tahun menganalisis data astronomi, para saintis telah membuat kesimpulan bahawa teori Einstein berfungsi dengan baik dalam jarak yang jauh seperti di kawasan ruang yang lebih banyak.
Analisis saintis lebih dari 70.000 galaksi menunjukkan bahawa alam semesta - sekurang-kurangnya hingga jarak 3,5 miliar tahun cahaya dari Bumi - bermain dengan peraturan yang ditetapkan oleh Einstein dalam teorinya yang terkenal. Walaupun GR telah diterima oleh komuniti ilmiah selama lebih dari sembilan dekad, hingga sekarang tidak ada yang menguji teori tersebut dengan begitu teliti dan kuat pada jarak dan skala yang melampaui sistem suria.
Reinabelle Reyes, seorang pelajar siswazah Princeton di Jabatan Sains Astrofizik, bersama dengan pengarang bersama Rachel Mandelbaum, seorang sarjana penyelidikan bersekutu, dan James Gunn, Profesor Astronomi Eugene Higgins, menggariskan penilaian mereka dalam edisi Nature edisi 11 Mac.
Saintis lain yang berkolaborasi di atas kertas tersebut termasuk Tobias Baldauf, Lucas Lombriser dan Robert Smith dari University of Zurich dan Uros Seljak dari University of California-Berkeley.
Hasilnya penting, kata mereka, kerana mereka mengemukakan teori semasa yang menjelaskan bentuk dan arah alam semesta, termasuk idea mengenai tenaga gelap, dan menghilangkan beberapa petunjuk dari eksperimen lain yang baru-baru ini bahawa relativiti umum mungkin salah.
"Semua idea kami dalam astronomi didasarkan pada ekstrapolasi yang sangat besar ini, jadi apa sahaja yang dapat kita lakukan untuk melihat apakah ini betul atau tidak pada skala ini sangat penting," kata Gunn. "Ini menambah batu bata lain untuk asas yang mendasari apa yang kita lakukan."
GR adalah satu, daripada dua, teori teras yang mendasari semua astrofizik dan kosmologi kontemporari (yang lain ialah Model Piawai fizik zarah, teori kuantum); ia menerangkan segalanya dari lubang hitam hingga Big Bang.
Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, beberapa alternatif untuk relativiti umum telah dicadangkan. Teori graviti yang diubah ini bertolak dari kerelatifan umum pada skala besar untuk mengelakkan keperluan tenaga gelap, bahan gelap, atau kedua-duanya. Tetapi kerana teori-teori ini dirancang untuk menyamai ramalan relativiti umum mengenai sejarah pengembangan alam semesta, faktor yang menjadi inti dari karya kosmologi semasa, menjadi penting untuk mengetahui teori mana yang betul, atau paling tidak mewakili kenyataan dengan sebaik-baiknya boleh dihampiri.
"Kami tahu kami perlu melihat struktur alam semesta berskala besar dan pertumbuhan struktur yang lebih kecil yang menyusunnya dari masa ke masa untuk mengetahuinya," kata Reyes. Pasukan ini menggunakan data dari Sloan Digital Sky Survey (SDSS), sebuah projek teleskop multi-institusi jangka panjang yang memetakan langit untuk menentukan kedudukan dan kecerahan beberapa ratus juta galaksi dan quasar.
Dengan mengira pengelompokan galaksi-galaksi ini, yang merangkumi hampir sepertiga jalan ke pinggir alam semesta, dan menganalisis halaju dan herotan mereka dari bahan campur tangan - kerana lensa lemah, terutamanya oleh bahan gelap - para penyelidik telah menunjukkan bahawa Einstein teori menjelaskan alam semesta yang berdekatan lebih baik daripada teori graviti alternatif.
Para saintis Princeton mengkaji kesan graviti pada galaksi SDSS dan kelompok galaksi dalam jangka masa yang panjang. Mereka memerhatikan bagaimana kekuatan asas ini mendorong galaksi untuk bergabung dengan kumpulan galaksi yang lebih besar dan bagaimana ia membentuk pengembangan alam semesta.
Secara kritis, kerana relativiti memerlukan kelengkungan ruang sama dengan kelengkungan masa, para penyelidik dapat mengira sama ada cahaya dipengaruhi dalam jumlah yang sama oleh kedua-duanya, sebagaimana mestinya jika relativiti umum berlaku.
"Ini pertama kalinya ujian ini dilakukan, jadi ini adalah bukti konsep," kata Mandelbaum. "Terdapat tinjauan astronomi lain yang dirancang untuk beberapa tahun akan datang. Sekarang setelah kita mengetahui bahawa ujian ini berjaya, kita akan dapat menggunakannya dengan data yang lebih baik yang akan segera tersedia untuk mengekang teori graviti dengan lebih ketat. "
Pengukuhan kekuatan ramalan GR dapat membantu para saintis memahami dengan lebih baik apakah model-model alam semesta semasa masuk akal, kata para saintis.
"Ujian apa pun yang dapat kita lakukan dalam membangun keyakinan kita dalam menerapkan hal-hal teori yang sangat indah ini tetapi yang belum diuji pada skala ini sangat penting," kata Gunn. "Ini sangat membantu ketika anda berusaha melakukan perkara-perkara rumit untuk memahami asas. Dan ini adalah perkara yang sangat, sangat, sangat mendasar. "
"Perkara yang baik untuk pergi ke skala kosmologi adalah kita dapat menguji teori graviti alternatif yang lengkap, kerana ia harus meramalkan perkara yang kita amati," kata pengarang bersama Uros Seljak, seorang profesor fizik dan astronomi di UC Berkeley dan seorang saintis fakulti di Lawrence Berkeley National Laboratory yang kini sedang cuti di Institut Fizik Teoretikal di University of Zurich. "Teori alternatif yang tidak memerlukan bahan gelap gagal dalam ujian ini."
Sumber: "Saintis Princeton mengatakan teori Einstein berlaku di luar sistem suria" (Princeton University), "Kajian mengesahkan relativiti umum pada skala kosmik, kewujudan jirim gelap" (University of California Berkeley), "Pengesahan relativiti umum pada skala besar dari lemah lensa dan halaju galaksi ”(Nature, arXiv preprint)
