Ο Νεύτωνας δικαιώνεται – Ο νόμος της παγκόσμιας έλξης επιβεβαιώνεται σε κοσμική κλίμακα

Η βαρύτητα εξηγείται σήμερα με τη γενική θεωρία της σχετικότητας, σύμφωνα με την οποία ένα σώμα που πέφτει προς τη Γη στην πραγματικότητα δεν δέχεται καμία δύναμη, απλώς κινείται ακολουθώντας την καμπύλωση του χωροχρόνου που προκαλεί ο πλανήτης. Η σχετικότητα είναι η μόνη θεωρία που περιγράφει τη βαρύτητα κάτω από ακραίες συνθήκες, όπως το περιβάλλον γύρω από μαύρες τρύπες, ή αντικείμενα που πλησιάζουν την ταχύτητα του φωτός.

Στις περισσότερες όμως περιπτώσεις -ακόμα και όταν η NASA σχεδιάζει την πορεία διαστημικών αποστολών σε άλλους πλανήτες- οι φυσικοί συνεχίζουν να χρησιμοποιούν μια προσέγγιση, τον νόμο της βαρύτητας που διατύπωσε ο Νεύτωνας.

Τρεις αιώνες μετά, διεθνής ομάδα αστρονόμων επιβεβαίωσε τον μεγάλο βρετανό φυσικό στα γαλαξιακά σμήνη (εικόνα), τις μεγαλύτερες δομές στο Σύμπαν, μια επιβεβαίωση που στενεύει τα περιθώρια για μια νέα θεωρία για τη βαρύτητα.

Στο περίφημο έργο του Principia Mathematica του 1687, ο Ισαάκ Νεύτωνας διατύπωσε τον λεγόμενο νόμο της παγκόσμιας έλξης, σύμφωνα με τον οποίο η ελκτική δύναμη ανάμεσα σε δύο οποιαδήποτε σώματα μειώνεται με το τετράγωνο της απόστασης.

Η μαθηματική φόρμουλα επέτρεψε στον μεγάλο άγγλο φυσικό να εξηγήσει την κίνηση των πλανητών, η οποία μέχρι τότε περιγραφόταν από τους τρεις εμπειρικούς νόμους της κίνησης του Γιοχάνες Κέπλερ. Από τον 18^ο αιώνα και μετά, μια σειρά από ευαίσθητα πειράματα έχει επιβεβαιώσει τον Νεύτωνα σε εξαιρετικά μικρές αποστάσεις.

Παρόλο που αντικαταστάθηκε από τη γενική σχετικότητα, ο νόμος του Νεύτωνα για τη βαρύτητα εξακολουθεί να χρησιμοποιείται ευρέως

Η νέα μελέτη που δημοσιεύεται στο Physical Review Letters, το κορυφαίο περιοδικό φυσικής, κινείται προς την αντίθετη κατεύθυνση, αφού εξετάζει τον νόμο της παγκόσμιας έλξης στις μεγαλύτερες δυνατές αποστάσεις.

Χρησιμοποιώντας το τηλεσκόπιο ACT στην έρημο Ατακάμα της Χιλής, οι ερευνητές μέτρησαν τις ταχύτητες εκατοντάδων χιλιάδων γαλαξιακών σμηνών, ομάδες γαλαξιών που θεωρούνται οι μεγαλύτερες δομές του Σύμπαντος. Οπως οι πλανήτες που βρίσκονται κοντά στον Ήλιο περιφέρονται ταχύτερα γύρω του σε σχέση με τους πιο μακρινούς πλανήτες, έτσι και δύο κοντινά γαλαξιακά σμήνη πρέπει να κινούνται με μεγάλη ταχύτητα ο ένας σε σχέση με τον άλλο.

Η κίνησή τους όμως επηρεάζεται και από τη βαρυτική έλξη όλων των άλλων γαλαξιακών σμηνών γύρω τους. Η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε ένα στατιστικό μοντέλο που λαμβάνει υπόψη αυτές τις αλληλεπιδράσεις προκειμένου να συγκρίνει τις μετρήσεις της ταχύτητας με την κατανομή των γαλαξιακών σμηνών.

Η μελέτη μέτρησε εξαιρετικά μικρές επιταχύνσεις, της τάξης των 10 femtometer (10^-14 μέτρα) ανά δευτερόλεπτο στο τετράγωνο, ένα εκατομμύριο τρισεκατομμύρια φορές πιο ασθενείς σε σχέση με την επιτάχυνση της βαρύτητας στην επιφάνεια της Γης.

Σε αποστάσεις από 80 έως 800 εκατομμύρια έτη φωτός, η δύναμη της βαρύτητας βρέθηκε να είναι αντιστρόφως ανάλογη της απόστασης υψωμένης στη δύναμη του 2,1, με περιθώριο σφάλματος 0,3. Το νούμερο επιβεβαιώνει τον νόμο της παγκόσμιας έλξης με μεγάλη ακρίβεια.

Η επιβεβαίωση αποδυναμώνει τη λεγόμενη θεωρία της Τροποποιημένης Νευτώνειας Δυναμικής (MOND), η οποία προτάθηκε τη δεκαετία του 1980 ως εναλλακτική λύση στην υπόθεση της σκοτεινής ύλης -ενός μυστηριώδους, αόρατου υλικού που ξεπερνά κατά πέντε με έξι φορές τη συνολική ποσότητα κανονικής ύλης στο Σύμπαν.

Σύμφωνα με τη MOND, η σκοτεινή ύλη δεν είναι παρά μια ψευδαίσθηση που προκύπτει επειδή μια άλλη εξίσωση που διατύπωσε ο Νεύτωνας, ο δεύτερος νόμος της κίνησης -σύμφωνα με τον οποίο η δύναμη ισούται με το γινόμενο της μάζας επί την επιτάχυνση- δεν λειτουργεί σε πολύ μικρές επιταχύνσεις.

Αν και η υπόθεση MOND δεν αλλάζει τον ίδιο τον Νόμο της Παγκόσμιας Έλξης, προβλέπει ότι σε πολύ μεγάλες αποστάσεις η βαρυτική έλξη είναι αντιστρόφως ανάλογη της απόστασης, όχι του τετραγώνου της απόστασης.

Τα τελευταία αποτελέσματα δικαιώνουν τον Νεύτωνα και καταφέρουν πλήγμα κατά της ΜOND. Κάτι που σημαίνει ότι το μυστήριο της σκοτεινής ύλης παραμένει.