Tyngdekraften forårsager universets homogenitet

Tyngdekraften kan fremskynde homogeniseringen af ​​rum-tid efterhånden som universet udvikler sig. Denne indsigt er baseret på teoretiske undersøgelser af fysikeren David Fajman fra universitetet i Wien. De matematiske metoder, der er udviklet inden for forskningsprojektet, gør det muligt at undersøge grundlæggende åbne spørgsmål om kosmologi, f.eks. Hvorfor universet i dag fremstår så homogent. Resultaterne er blevet offentliggjort i tidsskriftet Fysisk gennemgangsbreve .

Universets tidsmæssige udvikling, fra Big Bang til i dag, er beskrevet af Einsteins feltligninger for generel relativitet. Imidlertid, der er stadig en række åbne spørgsmål om kosmologisk dynamik, hvis oprindelse ligger i formodede uoverensstemmelser mellem teori og observation. Et af disse åbne spørgsmål er:Hvorfor er universet i dets nuværende tilstand så homogent på store skalaer?

Fra Big Bang til i dag

Det antages, at universet var i en ekstrem tilstand kort efter Big Bang, især kendetegnet ved stærke udsving i rumtidens krumning. Under den lange ekspansionsproces, universet udviklede sig derefter til sin nuværende tilstand, som er homogen og isotrop på store skalaer - i enkle vendinger:kosmos ser ens ud overalt.

Dette udledes, blandt andet, fra måling af den såkaldte baggrundsstråling, der fremstår meget ensartet i alle observationsretninger. Denne homogenitet er overraskende, idet selv to områder af universet, der kausalt blev afkoblet fra hinanden - dvs. de kunne ikke udveksle information - udviser stadig identiske værdier af baggrundsstråling.

Alternative teorier

For at løse denne formodede modsætning, den såkaldte inflationsteori blev udviklet, som postulerer en fase med ekstremt hurtig ekspansion umiddelbart efter Big Bang, hvilket igen kan forklare homogeniteten i baggrundsstrålingen.

Imidlertid, hvordan denne fase kan forklares i forbindelse med Einsteins teori kræver en række ændringer af teorien, som virker kunstige og ikke kan verificeres direkte.

Nye fund:Homogenisering ved tyngdekraft

Indtil nu, det var ikke klart, om homogeniseringen af ​​universet kan forklares fuldstændigt af Einsteins ligninger. Årsagen til dette er kompleksiteten af ​​ligningerne og den tilhørende vanskelighed ved at analysere deres løsninger - modeller for universet - og forudsige deres adfærd.

I det konkrete problem, tidsudviklingen af ​​de oprindeligt stærke afvigelser fra den homogene tilstand som kosmologiske gravitationsbølger skal analyseres matematisk. Det skal vises, at de henfalder i løbet af ekspansionen og dermed tillader universet at få sin homogene struktur.

Sådanne analyser er baseret på moderne matematiske metoder inden for geometrisk analyse. Indtil nu, disse metoder kunne kun opnå sådanne resultater for små afvigelser fra den homogene rumtidsgeometri. David Fajman fra universitetet i Wien er nu lykkedes for første gang at overføre disse metoder til tilfældet med vilkårligt store afvigelser.

Resultaterne offentliggjort i det anerkendte tidsskrift PRL viser, at homogenisering i den undersøgte klasse af modeller allerede er fuldstændig forklaret af Einsteins teori og ikke kræver yderligere ændringer. Hvis dette fund kan overføres til mere generelle modeller, det betyder, at det ikke nødvendigvis behøver en mekanisme som inflation for at forklare tilstanden i vores nuværende univers, men at Einsteins teori endelig igen kunne sejre.