25 май 2022
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Неравномерната Вселена: Космическо разширяване и Общата теория на относителност на Айнщайн

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 16 декември 2021 в 00:01 82130
Представяне на еволюцията на Вселената за 13,77 милиарда години. Най-вляво е най-ранния момент, който сега можем да изследваме, когато период на 'инфлация' предизвика изблик на експоненциален растеж във Вселената. (Размерът е изобразен от вертикалната дължина на решетката в тази графика.) През следващите няколко милиарда години разширяването на Вселената постепенно се забавя. Съвсем наскоро разширяването отново започна да се ускорява. Кредит: NASA's Goddard Space Flight Center

Почти винаги в космологичните изчисления се приема, че има равномерно разпределение на материята във Вселената. Това е така, защото изчисленията биха били твърде сложни, ако се включи позицията на всяка една звезда. Всъщност Вселената не е еднородна: на някои места има звезди и планети, на други има просто празнота. Сега изследователите изучават космическото разширение, използвайки методи от физиката на много тела.

Физиците Михаел те Вругт и проф. Рафаел Витковски от Института по теоретична физика и Центъра за мека нанонаука (SoN) към университета в Мюнстер , заедно с физика д-р Сабине Хосенфелдер от Франкфуртския институт за напреднали изследвания (FIAS),

Германски физици разработват нов модел за този проблем. Тяхната отправна точка е формализмът на Мори-Цванциг*, метод за описание на системи, състоящи се от голям брой частици с малък брой измервани величини. Резултатите от изследването вече са публикувани в списание Physical Review Letters.

*Формализмът на Мори-Цванциг, на името на физиците Хаджиме Мори и Роберт Цванциг, е метод на статистическата физика. Той позволява да се раздели динамиката на система на релевантна и нерелевантна част с помощта на проекционни оператори, което позволява да се намерят затворени уравнения на движение за съответната част. 

Общата теория на относителността, разработена от Алберт Айнщайн, е една от най-успешните теории в съвременната физика. Две от последните пет Нобелови награди за физика имат връзка с нея: през 2017 г. за измерване на гравитационни вълни и през 2020 г. за открития за черните дупки. Едно от най-важните приложения на теорията е описването на космическото разширяване на Вселената след Големия взрив. Скоростта на това разширение се определя от количеството енергия във Вселената. В допълнение към видимата материя, тук роля играят преди всичко тъмната материя и тъмната енергия – поне според модела Lambda-CDM, използван в момента в космологията.

Кредит: NASA's Goddard Space Flight Center

„Строго погледнато, математически е погрешно да се включва средната стойност на енергийната плътност на Вселената в уравненията на Общата теория на относителността“, коментира водещият автор д-р Сабине Хосенфелдер (Sabine Hossenfelder) от Франкфуртския институт за напреднали изследвания (FIAS).

Въпросът сега е колко "лоша" е тази грешка. Някои експерти го смятат за неуместно, други виждат в него решението на загадката на тъмната енергия, чиято физическа природа все още е неизвестна. Неравномерното разпределение на масата във Вселената може да има ефект върху скоростта на космическото разширение.

„Формализмът на Мори-Цванциг вече се използва успешно в много области на изследване, от биофизика до физика на елементарните частици, така че предлага и обещаващ подход към този астрофизичен проблем“, разказва водещият автор проф. Рафаел Витковски (Raphael Wittkowski) от Института по теоретична физика и Центъра за Софт нанонаука (SoN) към Университета в Мюнстер.

Екипът обобщава този формализъм, така че да може да се приложи към Общата теория на относителността и по този начин извежда модел за космическо разширение, като взема предвид неравномерното разпределение на материята във Вселената.

Моделът прави конкретна прогноза за ефекта на тези така наречени нехомогенности върху скоростта на разширяване на Вселената. Тази прогноза се отклонява леко от тази, дадена от модела Lambda-CDM и по този начин дава възможност за експериментално тестване на новия модел.

„В момента астрономическите данни не са достатъчно точни, за да измерят това отклонение, но големият напредък, постигнат - например при измерването на гравитационните вълни – ни дава основание да се надяваме, че това ще се промени. Също така, новият вариант на формализма на Мори-Цванциг може да се приложи и към други астрофизични проблеми – така че работата е от значение не само за космологията“, отбелязва Майкъл те Вругт (Michael te Vrugt) от Института по теоретична физика и Центъра за Софт нанонаука (SoN) към Университета в Мюнстер.

Справка: “Mori-Zwanzig Formalism for General Relativity: A New Approach to the Averaging Problem” by Michael te Vrugt, Sabine Hossenfelder and Raphael Wittkowski, 1 December 2021, Physical Review LettersDOI: 10.1103/PhysRevLett.127.231101

Източник: The Uneven Universe: Cosmic Expansion and Einstein’s Theory of General Relativity, University Of Münster


Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Новини
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.