La gravità causa l’omogeneità dell’universo – video

Secondo un nuovo studio, potrebbe non essere necessario un meccanismo come l'inflazione per spiegare lo stato del nostro universo attuale; Einstein potrebbe avere avuto ragione ancora una volta.

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La gravità può accelerare l’omogeneizzazione dello spazio-tempo man mano che l’universo si evolve. Questa intuizione si basa sugli studi teorici del fisico David Fajman dell’Università di Vienna. I metodi matematici sviluppati all’interno del progetto di ricerca consentono di indagare questioni aperte fondamentali della cosmologia, come il motivo per cui l’universo oggi appare così omogeneo. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Physical Review Letters.
L’evoluzione temporale dell’universo, dal Big Bang ad oggi, è descritta dalle equazioni di campo della relatività generale di Einstein. Tuttavia, ci sono ancora una serie di domande aperte sulle dinamiche cosmologiche, le cui origini risiedono in presunte discrepanze tra teoria e osservazione. Una di queste domande aperte è: perché l’universo nel suo stato attuale è così omogeneo su larga scala?

Dal Big Bang al presente

Si presume che l’universo fosse in uno stato estremo subito dopo il Big Bang, caratterizzato in particolare da forti fluttuazioni nella curvatura dello spaziotempo. Durante il lungo processo di espansione, l’universo si è poi evoluto verso il suo stato attuale, che è omogeneo e isotropo su larga scala – in termini semplici: il cosmo ha lo stesso aspetto ovunque.
Ciò si evince, tra l’altro, dalla misurazione della cosiddetta radiazione di fondo, che appare molto uniforme in ogni direzione di osservazione. Questa omogeneità è sorprendente in quanto anche due regioni dell’universo che erano causalmente disaccoppiate l’una dall’altra – cioè, non potevano scambiare informazioni – mostrano ancora valori identici di radiazione di fondo.

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Teorie alternative

Per risolvere questa presunta contraddizione, è stata sviluppata la cosiddetta teoria dell’inflazione, che postula una fase di espansione estremamente rapida subito dopo il Big Bang, che a sua volta può spiegare l’omogeneità della radiazione di fondo.
Tuttavia, il modo in cui questa fase può essere spiegata nel contesto della teoria di Einstein richiede una serie di modifiche della teoria, che sembrano artificiali e non possono essere verificate direttamente.

Nuove scoperte: omogeneizzazione per gravitazione

Finora, non era chiaro se l’omogeneizzazione dell’universo potesse essere spiegata completamente dalle equazioni di Einstein. La ragione di ciò è la complessità delle equazioni e la difficoltà associata ad analizzare le loro soluzioni – modelli per l’universo – e a prevedere il loro comportamento.
Nel problema concreto, l’evoluzione temporale delle deviazioni originariamente forti dallo stato omogeneo come onde gravitazionali cosmologiche deve essere analizzata matematicamente. Deve essere dimostrato che decadono nel corso dell’espansione permettendo così all’universo di ottenere la sua struttura omogenea.
Tali analisi si basano su metodi matematici moderni nel campo dell’analisi geometrica. Fino ad ora, questi metodi potevano ottenere tali risultati solo per piccole deviazioni dalla geometria spazio-temporale omogenea. David Fajman dell’Università di Vienna è ora riuscito per la prima volta a trasferire questi metodi al caso di deviazioni arbitrariamente ampie.
I risultati pubblicati sulla rinomata rivista PRL mostrano che l’omogeneizzazione nella classe di modelli studiata è già completamente spiegata dalla teoria di Einstein e non richiede ulteriori modifiche. Se questa scoperta potrà essere trasferita a modelli più generali, significherà che non c’è necessariamente bisogno di un meccanismo come l’inflazione per spiegare lo stato del nostro universo attuale, ma che la teoria di Einstein potrebbe finalmente trionfare ancora una volta.
Ulteriori informazioni: David Fajman. Future Attractors in 2 + 1 Dimensional Λ Gravity, Physical Review Letters (2020). DOI: 10.1103 / PhysRevLett.125.121102
Informazioni sulla rivista: Physical Review Letters