Фізики з Інституту теоретичної фізики Університету Мюнстера спільно з колегами з Франкфуртського інституту передових досліджень розробили нову модель для пошуку середнього значення щільності енергії у Всесвіті. Їх відправною точкою став формалізм Морі-Цванцига – метод опису систем, що складаються з великого числа частинок з невеликим числом вимірників.
Загальна теорія відносності, розроблена Альбертом Ейнштейном, є однією з найуспішніших теорій у сучасній фізиці. Вона настільки популярна, що навіть дві з останніх п’яти Нобелівських премій з фізики пов’язані з нею: в 2017 році за вимірювання гравітаційних хвиль і в 2020 році за відкриття чорної діри в центрі Чумацького Шляху.
Одне з найважливіших застосувань теорії – опис розширення Всесвіту з моменту Великого вибуху. Швидкість цього розширення визначається кількістю енергії у Всесвіті. Крім видимої матерії, тут грають роль перш за все темна матерія і темна енергія — принаймні, згідно з моделлю, використовуваної нині в космології. Через складність розрахунків і неможливості врахувати кожну зірку у Всесвіті, в рівняннях загальної теорії відносності використовують середнє значення щільності енергії Всесвіту. Але строго кажучи, це невірно. Питання тепер в тому, наскільки “погана” ця помилка.
Нерівномірний розподіл маси у Всесвіті може впливати на швидкість космічного розширення.
Втім, для опису систем з великою кількістю ступенів свободи фізики використовують формалізм Морі-Цванцига. Він застосовується вкрай широко – в областях від біофізики до фізики частинок. Такий формалізм дозволяє звести пошук потрібної величини до вирішення інтегрального рівняння. Цей формалізм можна узагальнити для застосування до загальної теорії відносності, щоб таким чином вивести модель розширення Всесвіту з урахуванням нерівномірного розподілу матерії у Всесвіті.
Отримана модель показала, що Всесвіт куди більш неоднорідний, ніж передбачає прийнята на сьогодні теорія. Однак нині астрономічні дані недостатньо точні, щоб точно виміряти це відхилення.
Результати дослідження були опубліковані в журналі Physical Review Letters.
Натхнення: www.popmech.ru