Painovoima on hajalla, eteläkorealainen fysiikan professori sanoo tutkimustensa pohjalta. Erittäin pitkillä satojen tai tuhansien miljardin kilometrin välimatkoilla painovoimakentän kiihtyvyys ei hänen mukaansa vaimenekaan aivan tarkasti suhteessa etäisyyden neliöön eli toiseen potenssiin. Sen sijasta painovoima on hieman voimakkaampi kuin sen pitäisi.
Sekä Isaac Newtonin muotoilemassa klassisessa painovoimateoriassa että Albert Einsteinin yleisessä suhteellisuusteoriassa painovoima heikkenee ehdottoman tarkasti etäisyyden neliöön.
Tämän luonnonlain selitys on yksinkertainen, jos ajatellaan, että painovoima pistemäisestä massasta leviää ympärilleen kuin vuo. Silloin pinta-ala, jolle tuo vuo jakautuu, kasvaa toiseen potenssiin. Poikkeamille ei voida antaa vastaavaa intuitiivista selitystä.
Professori Kyu-Hyun Chae löysi ilmiön analysoimalla yli 26 000 kaksoistähtiparin komponenttien liikettä, niin että liikkeestä voitiin laskea kiihtyvyysvektori. Analyysi rajoitettiin kaksoistähtiin, jotka kiertävät toisiaan ainakin 30 ja enintään 5 000 miljardin kilometrin päässä. Näin painovoimakenttä oli riittävän heikko mutta ei niin heikko, että havainnot olisivat kadonneet kohinaan.
Tiedot Chae latasi Euroopan avaruusjärjestö Esan Gaia-avaruusteleskoopin tietokannasta. Idea kaksoistähtien analyysistä ei ollut Chaen oma, vaan se oli esitetty aiemmin.
Lehdistötiedotteen mukaan (julkaistu esim. Phys.org-sivustolla) Chae havaitsi painovoiman poikkeavan täydellisestä käänteisen neliön laista, kun painovoimakentän kiihtyvyys alitti noin arvon 1 nm/s². Tämä on noin yksi kymmenesmiljardisosa maanpinnan painovoimasta. Kymmenen kertaa pienemmällä 0,1 nm/s² tasolla poikkeamat alkoivat olla prosentuaalisesti suuria.
Tieteellisen artikkelin mukaan poikkeama on 10 prosentin luokkaa, kun painovoiman kiihtyvyys on 1,3 nm/s², ja 40 prosentin luokkaa, kun kiihtyvyys on 70 pm/s². (*)
Chaen väite painovoiman hajoamisesta on äärimmäisen kiinnostava siitä näkökulmasta, että tähtitieteilijät ja fyysikot ovat jo vuosikymmenten ajan ihmetelleet galaksien pyörimistä. Normaali painovoima ei selitä havaintoja, eikä edes likimain, sillä galaktinen painovoimakenttä vaikuttaa olevan aivan liian vahva pitkillä etäisyyksillä.
Tämä ongelma on yksi fysiikan suurimmista mysteereistä. Selitykseksi siihen on tarjottu muun muassa pimeää ainetta, mutta muitakin hypoteeseja on esitetty.
Nyt Chaen tutkimus tarjoaa vakavasti otettavaa dataa sen tueksi, että painovoima itsessään todella muuttuu pitkillä välimatkoilla. Toisaalta professorin mukaan – kiinnostavaa tämäkin – pimeä aine ei selitä hänen tutkimustuloksiaan. Sadat miljardit kilometrit ovat liian lyhyt välimatka, jolloin pimeän aineen hyvin vähäisen massatiheyden vaikutus ei vielä voi näkyä.
Tiedotteen mukaan havainnot sopivat erityisen hyvin yhteen Mond-hypoteesina tunnetun teorian kanssa. Israelilaisfyysikko Mordehai Milgromin vuonna 1983 eli 40 vuotta sitten esittämässä mallissa käänteisen neliön painovoimalaki hajoaa juuri nm/s²-luokan tai pm/s²-luokan kiihtyvyyksissä, kriittisenä arvona noin 0,1 nm/s².
Mond-teoriassa (lyhenne sanoista modified Newtonian dynamics) Newtonin painovoimasta poikkeava pikkiriikkinen komponentti on verrannollinen massan neliöjuureen ja kääntäen verrannollinen etäisyyden ensimmäiseen potenssiin. Newtonin painovoima on suoraan verrannollinen massaan – ja kuten todettua, kääntäen etäisyyden toiseen potenssiin.
Se jää nähtäväksi, kestääkö Chaen analyysi kriittisen tarkastelun, vai osoittautuuko painovoimapoikkeama lopulta tulevaisuudessa uutisankaksi kuten esimerkiksi valoa nopeammat neutriinot (vuonna 2011) ja huoneenlämpötilan suprajohteet ovat ainakin toistaiseksi osoittautuneet. Jos väitteet kestävät, olemme kuitenkin valtavan suurten asioiden äärellä – keksintö olisi helpostikin Nobel-tasoa.
Mond-teorian keksinyt Milgrom kommentoi brittilehti The Independentille, että hänen mukaansa Chae näyttää tehneen matemaattisen analyysinsä hyvin huolellisesti. Milgrom kuitenkin muistuttaa varovaisuudesta. Koska kyse on ”todellakin tavattoman suurista asioista”, täytyy tulokset vahvistaa huolellisesti uudella datalla.
Yhtä kaikki selvää on, että silkka tilastollinen satunnaisvaihtelu ei voi selittää poikkeamaa. Tieteellisen raportin mukaan kymmenet tuhannet havainnot kaikki yhteen kerättynä eroavat nollahypoteesista 10 keskihajontaa, mikä tarkoittaa ”vaatimatonta” 99,999999 999999 999999 999 prosentin tilastollista luottamustasoa.
Jos joskus osoittautuu, että Chaen väitteet eivät pitäisikään paikkaansa, kyse olisi siten aidosta laskuvirheestä eikä tilastosattumasta.
Tieteellinen artikkeli on julkaistu The Astrophysical Journal -lehdessä. Se on vapaasti luettavissa. Nykyaikaisen luonnontieteen tavoille melko poikkeuksellisesti artikkelin kirjoittajina ei ole tutkimusryhmää, ainoastaan professori Chae yksin.
Artikkelin tiivistelmässä mainitaan poikkeamaparametreiksi δ luvut 0,034 ja 0,109, mutta samalla mainitaan laskukaava, joka paljastaa parametrin olevan merkitykseltään tekninen. Nämä luvut eivät suoraan kerro painovoiman poikkeamaa. Kaavan mukaan kiihtyvyyksien suhde
g(havaittu) / g(teoria) = 10^(δ√2)
jolloin parametri 0,034 vastaa 11 prosentin poikkeamaa ja 0,109 puolestaan 43 prosentin poikkeamaa.
