Teaduse aastapreemia – Füüsika keerulise hingeeluga ruumides

Eesti Teaduste Akadeemia

Tartu ülikooli füüsika instituudi töörühm:

Laur Järv, snd 1974, füüsika instituudi asedirektor, teoreetilise füüsika labori juhataja, vanemteadur

Manuel Hohmann, snd 1984, teoreetilise füüsika vanemteadur

Margus Saal, snd 1974, teoreetilise füüsika vanemteadur

Preemia täppisteaduste alal tööde tsükli „Laiendatud geomeetrilised gravitatsiooniteooriad“ eest

Kolme maailma koos hoidvat fundamentaalset vastasmõju – nõrk, tugev ja elektromagnetiline – tuntakse hästi. Gravitatsiooni mõistmisel pole aga Einsteinist palju kaugemale jõutud. Ka gravitatsioonilainete avastamine (2017. a Nobeli auhind) ei andnud vihjeid selle olemuse kohta.

Üle Einsteini varju saaks hüpata, loobudes eeldusest, et gravitatsiooniseadus on sama ka kosmilistel kaugustel. Mikroosakesed käituvad ju loogikavastaselt ja tohututel kiirustel ei ole meie maailm endine. Kui vahemaa on universumis rohkem kui lihtsalt üks arv, siis ei pruugi gravitatsioonikonstant olla universumi mastaabis alati konstantne.

Einstein proovis kaht viisi. Klassikaliseks sai idee, et ruumi painutab kõveraks massi olemasolu gravitatsiooni kaudu. Toru võib olla ka väänatud kruviks. Paarikümne aasta eest aduti, et asjade mõõtmed võivad sõltuda kohast, kus ollakse. Sellised mittemeetrilised süsteemid on tavalised ühiskonnas, kus seoseid ei saa niisama lihtsalt teise kohta üle kanda. Nende matemaatiline kirjeldamine ja eriti mõõtmine on aga väga raske.

Töörühmale avanes seni kaardistamata teooriate ala, mis võib osutuda sama mitmekülgseks kui üldrelatiivsusteooria klassikalised laiendused. Nende analüüs võimaldab mõista varem segaseks jäänud asjaolu, miks näiliselt erinevad mudelid ennustavad sarnaseid vaatlustulemusi ja näitab, et mõned asjad ongi invariantsed ega sõltu sellest, mis nurga alt neid kirjeldatakse.

Hea teooria peab pakkuma midagi mõõdetavat. Analüüsitakse vaadeldavaid nähtusi, mille kaudu saaks kinnitust teooriatele

gravitatsiooni olemuse kohta. Näiteks inflatsioon, mis annab kosmoloogilisi mõõdetavaid suurusi. Planeetide tiirlemise täppisvaatlemine näitaks kõrvalekaldeid üldrelatiivsusteooriast. Uued teooriad sisaldavad komponente, mis võivad olla nii universumi tumeaine kui ka tekitada tumeenergiat. Nii on astutud sammuke edasi kosmoloogia peamiste probleemide lahkamise poole.