La gravità può accelerare l'omogeneizzazione dello spazio-tempo mentre l'universo si evolve. Questa intuizione si basa sugli studi teorici del fisico David Fajman dell'Università di Vienna. I metodi matematici sviluppati nell'ambito 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 Lettere di revisione fisica .

L'evoluzione temporale dell'universo, dal Big Bang ad oggi, è descritto dalle equazioni di campo della relatività generale di Einstein. Però, ci sono ancora una serie di questioni aperte sulla dinamica cosmologica, 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 a oggi

Si presume che l'universo fosse in uno stato estremo poco dopo il Big Bang, caratterizzato in particolare da forti fluttuazioni nella curvatura dello spaziotempo. Durante il lungo processo di espansione, l'universo poi si è evoluto verso il suo stato attuale, che è omogeneo e isotropo su larga scala, in termini semplici:il cosmo sembra lo stesso ovunque.

Questo è dedotto, tra l'altro, dalla misurazione della cosiddetta radiazione di fondo, che appare altamente 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, mostravano ancora valori identici di radiazione di fondo.

Teorie alternative

Per risolvere questa supposta contraddizione, è stata sviluppata la cosiddetta teoria dell'inflazione, che postula una fase di rapidissima espansione subito dopo il Big Bang, che a sua volta può spiegare l'omogeneità della radiazione di fondo.

Però, come questa fase possa essere spiegata nel contesto della teoria di Einstein richiede una serie di modifiche della teoria, che sembrano artificiali e non possono essere verificati direttamente.

Nuove scoperte:omogeneizzazione per gravitazione

Fino ad ora, 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 relativa difficoltà nell'analizzare le loro soluzioni (modelli per l'universo) e nel prevederne il comportamento.

Nel problema concreto, l'evoluzione temporale delle deviazioni originariamente forti dallo stato omogeneo come onde gravitazionali cosmologiche deve essere analizzata matematicamente. Bisogna dimostrare che decadono nel corso dell'espansione permettendo così all'universo di ottenere la sua struttura omogenea.

Tali analisi si basano su moderni metodi matematici 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 nel caso di deviazioni arbitrariamente grandi.

I risultati pubblicati sulla rinomata rivista PRL mostrano che l'omogeneizzazione nella classe di modelli indagata è già completamente spiegata dalla teoria di Einstein e non richiede ulteriori modifiche. Se questo risultato può essere trasferito a modelli più generali, significa che non ha necessariamente bisogno di un meccanismo come l'inflazione per spiegare lo stato del nostro universo attuale, ma che la teoria di Einstein potesse finalmente trionfare ancora una volta.