Tre matematici hanno una spiegazione diversa per l'espansione accelerata dell'universo che fa a meno delle teorie dell'"energia oscura". Le equazioni originali di Einstein per la Relatività Generale in realtà prevedono l'accelerazione cosmica a causa di una "instabilità, " sostengono in un articolo pubblicato di recente in Atti della Royal Society A .

Circa 20 anni fa, gli astronomi hanno fatto una scoperta sorprendente:non solo l'universo si sta espandendo, come era noto da decenni, ma l'espansione sta accelerando. Per spiegare questo, i cosmologi hanno invocato una forza misteriosa chiamata "energia oscura" che serve a separare lo spazio.

Poco dopo che Albert Einstein scrisse le sue equazioni per la Relatività Generale, che descrivono la gravità, includeva un fattore "antigravità" chiamato "costante cosmologica" per bilanciare l'attrazione gravitazionale e produrre un universo statico. Ma Einstein in seguito chiamò la costante cosmologica il suo più grande errore.

Quando i cosmologi moderni iniziarono ad affrontare l'accelerazione cosmica e l'energia oscura, hanno rispolverato la costante cosmologica di Einstein come intercambiabile con l'energia oscura, data la nuova conoscenza dell'accelerazione cosmica.

Questa spiegazione non ha soddisfatto i matematici Blake Temple e Zeke Vogler dell'Università della California, Davis, e Joel Smoller all'Università del Michigan, Anna Arbor.

"Abbiamo deciso di trovare la migliore spiegazione che potessimo trovare per l'accelerazione anomala delle galassie all'interno della teoria originale di Einstein senza energia oscura, "disse Tempio.

La teoria originale della Relatività Generale ha fornito previsioni corrette in ogni altro contesto, Tempio ha detto, e non ci sono prove dirette di energia oscura. Allora perché aggiungere un "fattore fudge" (energia oscura o costante cosmologica) a equazioni che sembrano già corrette? Invece di equazioni difettose che devono essere ottimizzate per ottenere la soluzione giusta, i matematici sostengono che le equazioni sono corrette, ma l'ipotesi di un universo di galassie in espansione uniforme è sbagliata, con o senza energia oscura, perché quella configurazione è instabile.

Una soluzione instabile

I modelli cosmologici partono da un "universo Friedmann, " che presuppone che tutta la materia si espanda ma si distribuisca uniformemente nello spazio in ogni momento, Tempio detto.

Tempio, Smoller e Vogler hanno elaborato soluzioni alla Relatività Generale senza invocare l'energia oscura. Sostengono che le equazioni mostrano che lo spazio-tempo di Friedmann è in realtà instabile:qualsiasi perturbazione, ad esempio se la densità della materia è leggermente inferiore alla media, la spinge verso un universo in accelerazione.

Temple lo paragona a un pendolo capovolto. Quando un pendolo è appeso, è stabile nel suo punto più basso. Gira un pendolo rigido dall'altra parte, e può bilanciarsi se è esattamente centrato, ma qualsiasi piccola raffica lo farà saltare.

Questo ci dice che non dovremmo aspettarci di misurare un universo di Friedmann, perché è instabile, Tempio detto. Quello che dovremmo aspettarci di misurare invece sono gli spazio-tempi locali che accelerano più velocemente. Sorprendentemente, lo spazio-tempo locale creato dall'instabilità mostra esattamente la stessa gamma di accelerazioni cosmiche che si ottiene nelle teorie dell'energia oscura, Egli ha detto.

Ciò che mostra è che l'accelerazione delle galassie avrebbe potuto essere prevista dalla teoria originale della Relatività Generale senza invocare affatto la costante cosmologica/energia oscura, Tempio detto.

"La matematica non è controversa, l'instabilità non è controversa, " Temple ha detto. "Quello che non sappiamo è, la nostra galassia della Via Lattea si trova vicino al centro di una grande sotto-densità di materia nell'universo."

Il documento include previsioni verificabili che distinguono il loro modello dai modelli di energia oscura, Tempio detto.