Tyngdkraften kan påskynda homogeniseringen av rymdtid när universum utvecklas. Denna insikt är baserad på teoretiska studier av fysikern David Fajman från Wien universitet. De matematiska metoder som utvecklats inom forskningsprojektet gör det möjligt att undersöka grundläggande öppna frågor om kosmologi, till exempel varför universum idag framstår så homogent. Resultaten har publicerats i tidskriften Fysiska granskningsbrev .

Universums tidsmässiga utveckling, från Big Bang till nuet, beskrivs av Einsteins fältekvationer för allmän relativitet. Dock, det finns fortfarande ett antal öppna frågor om kosmologisk dynamik, vars ursprung ligger i förmodade avvikelser mellan teori och observation. En av dessa öppna frågor är:Varför är universum i sitt nuvarande tillstånd så homogent på stora skalor?

Från Big Bang till nuet

Det antas att universum befann sig i ett extremt tillstånd strax efter Big Bang, kännetecknas särskilt av starka fluktuationer i rymdtidens krökning. Under den långa expansionsprocessen, universum utvecklades sedan mot sitt nuvarande tillstånd, som är homogen och isotrop på stora skalor - i enkla termer:kosmos ser likadant ut överallt.

Detta är slutsatsen, bland annat, från mätningen av den så kallade bakgrundsstrålningen, som verkar mycket enhetlig i alla observationsriktningar. Denna homogenitet är förvånande eftersom även två delar av universum som kausalt kopplades från varandra - dvs. de kunde inte utbyta information - uppvisar fortfarande identiska värden för bakgrundsstrålning.

Alternativa teorier

För att lösa denna förmodade motsägelse, den så kallade inflationsteorin utvecklades, som postulerar en fas med extremt snabb expansion omedelbart efter Big Bang, vilket i sin tur kan förklara homogeniteten i bakgrundsstrålningen.

Dock, hur denna fas kan förklaras inom ramen för Einsteins teori kräver ett antal modifieringar av teorin, som verkar konstgjorda och inte kan verifieras direkt.

Nya fynd:Homogenisering genom gravitation

Tills nu, det var inte klart om universums homogenisering helt kan förklaras av Einsteins ekvationer. Anledningen till detta är ekvationernas komplexitet och den därmed sammanhängande svårigheten att analysera deras lösningar - modeller för universum - och att förutsäga deras beteende.

I det konkreta problemet, tidsutvecklingen av de ursprungligen starka avvikelserna från det homogena tillståndet som kosmologiska gravitationsvågor måste analyseras matematiskt. Det måste visas att de förfaller under expansionens gång så att universum får sin homogena struktur.

Sådana analyser bygger på moderna matematiska metoder inom området geometrisk analys. Tills nu, dessa metoder kunde bara uppnå sådana resultat för små avvikelser från den homogena rymd-tidsgeometri. David Fajman från universitetet i Wien har nu för första gången lyckats överföra dessa metoder till fallet med godtyckligt stora avvikelser.

Resultaten publicerade i den välkända tidskriften PRL visar att homogenisering i den undersökta klassen av modeller redan förklaras helt av Einsteins teori och inte kräver några ytterligare modifieringar. Om detta fynd kan överföras till mer allmänna modeller, det betyder att det inte nödvändigtvis behöver en mekanism som inflation för att förklara tillståndet i vårt nuvarande universum, men att Einsteins teori äntligen skulle kunna segra ännu en gång.