L'article est publié dans le Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. .

Au cours des 100 dernières années, les physiciens se sont appuyés sur la théorie de la « relativité générale » d’Albert Einstein pour expliquer le fonctionnement de la gravité dans l’univers. La relativité générale, dont l'exactitude a été prouvée par d'innombrables tests et observations, suggère que la gravité a un impact non seulement sur trois dimensions physiques, mais également sur une quatrième dimension :le temps.

"Ce modèle de gravité a été essentiel pour tout, depuis la théorie du Big Bang jusqu'à la photographie des trous noirs", a déclaré Robin Wen, l'auteur principal du projet et récent diplômé en physique mathématique de Waterloo.

"Mais lorsque nous essayons de comprendre la gravité à l'échelle cosmique, à l'échelle des amas de galaxies et au-delà, nous rencontrons des incohérences apparentes avec les prédictions de la relativité générale. C'est presque comme si la gravité elle-même cessait de correspondre parfaitement à la théorie d'Einstein. Nous appelons cette incohérence un « problème cosmique » :la gravité devient environ un pour cent plus faible lorsqu'il s'agit de distances de plusieurs milliards d'années-lumière. "

Depuis plus de vingt ans, physiciens et astronomes tentent de créer un modèle mathématique expliquant les apparentes incohérences de la théorie de la relativité générale. Bon nombre de ces efforts ont eu lieu à Waterloo, qui possède une longue histoire de recherche gravitationnelle de pointe résultant d'une collaboration interdisciplinaire continue entre mathématiciens appliqués et astrophysiciens.

"Il y a près d'un siècle, les astronomes ont découvert que notre univers était en expansion", a déclaré Niayesh Afshordi, professeur d'astrophysique à l'Université de Waterloo et chercheur à l'Institut Périmètre.

"Plus les galaxies sont éloignées, plus elles se déplacent rapidement, au point qu'elles semblent se déplacer presque à la vitesse de la lumière, le maximum autorisé par la théorie d'Einstein. Nos résultats suggèrent qu'à ces mêmes échelles, la théorie d'Einstein peut également être insuffisant."

Le nouveau modèle de « problème cosmique » de l'équipe de recherche modifie et étend les formules mathématiques d'Einstein de manière à résoudre l'incohérence de certaines mesures cosmologiques sans affecter les utilisations réussies existantes de la relativité générale.

"Considérez-le comme une note de bas de page de la théorie d'Einstein", a déclaré Wen. "Une fois que vous atteignez une échelle cosmique, les termes et conditions s'appliquent."

"Ce nouveau modèle pourrait bien être le premier indice d'un puzzle cosmique que nous commençons à résoudre à travers l'espace et le temps", a déclaré Afshordi.