Выяснилось, почему Вселенная везде одинакова

Гравитация может ускорить гомогенизацию пространства-времени по мере развития Вселенной, доказал физик Дэвид Файмана из Венского университета.

Результаты исследования были опубликованы в журнале Physical Review Letters, кратко о нем сообщает Psys.org.

Временная эволюция Вселенной от Большого Взрыва до настоящего времени описывается уравнениями поля общей теории относительности Эйнштейна. Однако остается еще ряд открытых вопросов о космологической динамике, истоки которых лежат в предполагаемых расхождениях между теорией и наблюдением. Один из этих открытых вопросов таков: почему Вселенная в ее нынешнем состоянии так однородна в больших масштабах?

Предполагается, что вскоре после Большого взрыва Вселенная находилась в экстремальном состоянии, характеризующемся, в частности, сильными флуктуациями кривизны пространства-времени. В течение длительного процесса расширения Вселенная затем эволюционировала к своему нынешнему состоянию, которое является однородным и изотропным в больших масштабах. Проще говоря, космос выглядит одинаково везде, что доказывают измерения фонового излучения.

Для разрешения этого предполагаемого противоречия была разработана так называемая инфляционная теория, которая постулирует фазу чрезвычайно быстрого расширения сразу после Большого взрыва, что, в свою очередь, может объяснить однородность фонового излучения. Однако то, как эта фаза может быть объяснена в контексте теории Эйнштейна, требует ряда модификаций теории, которые  не могут быть проверены непосредственно.

До сих пор не было ясно, может ли гомогенизация Вселенной быть полностью объяснена уравнениями Эйнштейна. Причиной этого является сложность уравнений и связанная с этим трудность анализа их решений в контексте моделей Вселенной.

В конкретной задаче необходимо математически проанализировать временную эволюцию первоначально сильных отклонений от однородного состояния в виде космологических гравитационных волн. Необходимо показать, что они распадаются в процессе расширения, что позволяет Вселенной получить свою однородную структуру.

Такие анализы основаны на современных математических методах в области геометрического анализа. До сих пор эти методы могли достигать таких результатов только при небольших отклонениях от однородной геометрии пространства-времени. Давиду Файману из Венского университета впервые удалось перенести эти методы на случай произвольно больших отклонений.

Результаты работы показывают, что гомогенизация в исследуемом классе моделей уже полностью объяснена теорией Эйнштейна и не требует каких-либо дополнительных модификаций. Если это открытие удастся перенести на более общие модели, это будет означать, что для объяснения состояния нашей Вселенной не нужен такой механизм, как инфляция.

Ранее были найдены доказательства того, что до нашей Вселенной существовала еще одна