Gør uden mørk energi:Matematikere foreslår en alternativ forklaring på kosmisk acceleration

Tre matematikere har en anden forklaring på den accelererende ekspansion af universet, der undgår teorier om "mørk energi". Einsteins originale ligninger for generel relativitet forudsiger faktisk kosmisk acceleration på grund af en "ustabilitet, "argumenterer de i papir, der for nylig blev offentliggjort i Proceedings of the Royal Society A .

For cirka 20 år siden, astronomer fandt en opsigtsvækkende opdagelse:Universet ekspanderer ikke kun - som det havde været kendt i årtier - men ekspansionen fremskynder. For at forklare dette, kosmologer har påberåbt sig en mystisk kraft kaldet "mørk energi", der tjener til at skubbe rummet fra hinanden.

Kort efter Albert Einstein skrev sine ligninger for generel relativitet, som beskriver tyngdekraften, han inkluderede en "antigravitationsfaktor" kaldet "kosmologisk konstant" for at afbalancere tyngdekraftsattraktion og producere et statisk univers. Men Einstein kaldte senere den kosmologiske konstant sin største fejl.

Da moderne kosmologer begyndte at tackle kosmisk acceleration og mørk energi, de støvede Einsteins kosmologiske konstant ud som udskiftelig med mørk energi, givet den nye viden om kosmisk acceleration.

Den forklaring tilfredsstilte ikke matematikerne Blake Temple og Zeke Vogler ved University of California, Davis, og Joel Smoller ved University of Michigan, Ann Arbor.

"Vi satte os for at finde den bedste forklaring, vi kunne finde på galaksernes unormale acceleration inden for Einsteins originale teori uden mørk energi, "Sagde Temple.

Den originale teori om generel relativitet har givet korrekte forudsigelser i enhver anden kontekst, Temple sagde, og der er ingen direkte tegn på mørk energi. Så hvorfor tilføje en "fudge -faktor" (mørk energi eller den kosmologiske konstant) til ligninger, der allerede ser korrekte ud? I stedet for defekte ligninger, der skal justeres for at få den rigtige løsning, matematikerne hævder, at ligningerne er korrekte, men antagelsen om et ensartet ekspanderende univers af galakser er forkert, med eller uden mørk energi, fordi den konfiguration er ustabil.

En ustabil løsning

Kosmologiske modeller starter fra et "Friedmann -univers, "der antager, at alt stof ekspanderer, men jævnt fordeles i rummet til enhver tid, Sagde Temple.

Tempel, Smoller og Vogler udarbejdede løsninger på generel relativitet uden at påberåbe mørk energi. De argumenterer for, at ligningerne viser, at Friedmann-rumtiden faktisk er ustabil:Enhver forstyrrelse-for eksempel hvis stofets tæthed er lidt lavere end gennemsnittet-skubber det over i et accelererende univers.

Temple sammenligner dette med et pendul på hovedet. Når et pendul hænger ned, den er stabil på det laveste punkt. Drej et stift pendul den anden vej, og den kan balancere, hvis den er præcist centreret - men ethvert lille vindstød vil blæse den af.

Dette fortæller os, at vi ikke skal forvente at måle et Friedmann -univers, fordi det er ustabilt, Sagde Temple. Det, vi i stedet skal forvente at måle, er lokale rumtider, der accelererer hurtigere. Bemærkelsesværdigt, de lokale rumtider skabt af ustabiliteten udviser præcis det samme område af kosmiske accelerationer, som du får i teorier om mørk energi, han sagde.

Hvad dette viser er, at accelerationen af ​​galakserne kunne have været forudsagt fra den oprindelige teori om generel relativitet uden overhovedet at påberåbe den kosmologiske konstante/mørke energi, Sagde Temple.

"Matematikken er ikke kontroversiel, ustabiliteten er ikke kontroversiel, "Temple sagde." Det, vi ikke ved, er, ligger vores Mælkevejs galakse nær midten af ​​en stor undertæthed af stof i universet. "

Papiret indeholder testbare forudsigelser, der adskiller deres model fra modeller med mørk energi, Sagde Temple.