Tre matematiker har en annan förklaring till den accelererande expansionen av universum som klarar sig utan teorier om "mörk energi". Einsteins ursprungliga ekvationer för allmän relativitet förutsäger faktiskt kosmisk acceleration på grund av en "instabilitet, " argumenterar de i papper som nyligen publicerades i Proceedings of the Royal Society A .

För ungefär 20 år sedan, astronomer gjorde en häpnadsväckande upptäckt:Inte bara expanderar universum – som det har varit känt i årtionden – utan expansionen går snabbare. För att förklara detta, kosmologer har åberopat en mystisk kraft som kallas "mörk energi" som tjänar till att trycka isär rymden.

Strax efter att Albert Einstein skrev sina ekvationer för allmän relativitet, som beskriver gravitationen, han inkluderade en "antigravitations"-faktor som kallas den "kosmologiska konstanten" för att balansera gravitationsattraktion och producera ett statiskt universum. Men Einstein kallade senare den kosmologiska konstanten för sitt största misstag.

När moderna kosmologer började ta itu med kosmisk acceleration och mörk energi, de dammade av Einsteins kosmologiska konstant som utbytbar med mörk energi, med tanke på den nya kunskapen om kosmisk acceleration.

Den förklaringen tillfredsställde inte matematikerna Blake Temple och Zeke Vogler vid University of California, Davis, och Joel Smoller vid University of Michigan, Ann Arbor.

"Vi gav oss i kast med att hitta den bästa förklaringen vi kunde komma på för galaxernas onormala acceleration inom Einsteins ursprungliga teori utan mörk energi, sa Temple.

Den ursprungliga relativitetsteorin har gett korrekta förutsägelser i alla andra sammanhang, Temple sa, och det finns inga direkta bevis på mörk energi. Så varför lägga till en "fudge-faktor" (mörk energi eller den kosmologiska konstanten) till ekvationer som redan verkar vara korrekta? Istället för felaktiga ekvationer som måste justeras för att få rätt lösning, matematikerna hävdar att ekvationerna är korrekta, men antagandet om ett likformigt expanderande universum av galaxer är fel, med eller utan mörk energi, eftersom den konfigurationen är instabil.

En instabil lösning

Kosmologiska modeller utgår från ett "Friedmann-universum, "som antar att all materia expanderar men jämnt fördelad i rymden varje gång, sa Temple.

Tempel, Smoller och Vogler utarbetade lösningar på allmän relativitet utan att åberopa mörk energi. De hävdar att ekvationerna visar att Friedmanns rum-tid faktiskt är instabil:Varje störning – till exempel om materiens densitet är lite lägre än genomsnittet – driver över den till ett accelererande universum.

Temple jämför detta med en upp och nervänd pendel. När en pendel hänger ner, den är stabil vid sin lägsta punkt. Vrid en stel pendel åt andra hållet, och den kan balansera om den är exakt centrerad – men varje liten vindby kommer att blåsa av den.

Detta säger oss att vi inte bör förvänta oss att mäta ett Friedmann-universum, eftersom det är instabilt, sa Temple. Det vi istället borde förvänta oss att mäta är lokala rumtider som accelererar snabbare. Anmärkningsvärt, de lokala rumtiderna som skapas av instabiliteten uppvisar exakt samma intervall av kosmiska accelerationer som du får i teorier om mörk energi, han sa.

Vad detta visar är att accelerationen av galaxerna kunde ha förutspåtts från den ursprungliga teorin om allmän relativitet utan att anropa den kosmologiska konstanten/mörk energi alls, sa Temple.

"Mattematiken är inte kontroversiell, instabiliteten är inte kontroversiell, " sa Temple. "Vad vi inte vet är, ligger vår Vintergatans galax nära centrum av en stor underdensitet av materia i universum."

Uppsatsen innehåller testbara förutsägelser som skiljer deras modell från mörk energimodeller, sa Temple.