Μελέτη: Η επιτάχυνση του Σύμπαντος ίσως προκύπτει από τις εξισώσεις του Αϊνστάιν, χωρίς σκοτεινή ενέργεια

Μαθηματική μελέτη υποστηρίζει ότι η επιτάχυνση της διαστολής του Σύμπαντος μπορεί να προκύπτει φυσικά από τις εξισώσεις του Αϊνστάιν, χωρίς ανάγκη για σκοτεινή ενέργεια. Η εργασία δημοσιεύτηκε στο Proceedings of the Royal Society A από ερευνητές του University of California, Davis.

Η ομάδα εντοπίζει θεμελιώδη αστάθεια στο καθιερωμένο κοσμολογικό μοντέλο, υπονομεύοντας το πλαίσιο Λ-ψυχρής σκοτεινής ύλης (ΛCDM). Βασίστηκαν στις εξισώσεις Einstein–Euler, που συνδυάζουν τη Γενική Σχετικότητα με την περιγραφή ρευστών, για να εξετάσουν τη διαστολή του Σύμπαντος.

Ο Blake Temple, αντίστοιχος συγγραφέας της μελέτης και ομότιμος διακεκριμένος καθηγητής μαθηματικών στο UC Davis, εξηγεί το πρόβλημα με την εικόνα ενός μολυβιού όρθιου στην άκρη του: «Όλες οι δυνάμεις ισορροπούν όταν ένα μολύβι στέκεται όρθιο στην άκρη του, άρα είναι μια “λύση των εξισώσεων”. Αλλά είναι ασταθής. Ένα φύσημα αέρα και πέφτει».

Σύμφωνα με τον Temple, η ανάλυση δείχνει ότι τα χωροχρονικά Friedmann, θεμέλιο των συμβατικών μοντέλων διαστολής από το Μπιγκ Μπανγκ, είναι ασταθή σε μικρές και μεγάλες κλίμακες. «Οι ασταθείς λύσεις στη φυσική και την επιστήμη θεωρούνται μη φυσικές. Δεν τις παρατηρείς ποτέ στη φύση», σημειώνει.

Αν το Σύμπαν τείνει να απομακρύνεται από τη συμπεριφορά που περιγράφουν τα συμβατικά μοντέλα, η παρατηρούμενη επιτάχυνση ίσως δεν χρειάζεται ξεχωριστή μορφή ενέργειας για να εξηγηθεί. «Η αστάθεια όλων των χωροχρονικών Friedmann ως προς την επιταχυνόμενη διαστολή υποδηλώνει μια πιο απλή, πιο φυσική εξήγηση για την επιτάχυνση του Σύμπαντος από τη σκοτεινή ενέργεια», λέει.

Τα τελευταία τριάντα χρόνια, η σκοτεινή ενέργεια αποτελεί την επικρατούσα εξήγηση για την επιταχυνόμενη διαστολή. Η έννοια συνδέεται με τη σταθερά του Αϊνστάιν, που επανήλθε στο προσκήνιο τη δεκαετία του 1990 όταν διαπιστώθηκε ότι η διαστολή επιταχύνεται. Το καθιερωμένο πλαίσιο στηρίζεται στο Σύμπαν Friedmann, όπου ο χώρος διαστέλλεται ενώ η ύλη κατανέμεται ομοιόμορφα σε μεγάλη κλίμακα.

Οι ερευνητές εξέτασαν αν η υποκείμενη μαθηματική περιγραφή παραμένει σταθερή. Αρχικά σκέφτηκαν ένα ισχυρό κρουστικό κύμα ως πιθανή εξήγηση και εντόπισαν μια οικογένεια αυτοόμοιων λύσεων στην εποχή της ακτινοβολίας του πρώιμου Σύμπαντος. Χρησιμοποιώντας αυτοόμορη μορφή των εξισώσεων του Αϊνστάιν, αναπαρέστησαν το πρότυπο κοσμολογικό μοντέλο ως «σημείο ηρεμίας» για να ελέγξουν αν μικρές αποκλίσεις σβήνουν ή ενισχύονται με τον χρόνο.

Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι οι συμβατικές περιγραφές του διαστελλόμενου Σύμπαντος είναι ευάλωτες σε διαταραχές που μεγαλώνουν. «Αποδεικνύουμε ότι, όπως το στατικό μοντέλο του Αϊνστάιν, τα χωροχρονικά Friedmann είναι όλα ασταθή έναντι ακτινικών διαταραχών σε μεγάλες κλίμακες μήκους», αναφέρει ο Temple. Στο προτεινόμενο πλαίσιο, τέτοιες μεταβολές μπορούν να εκτρέπουν τη συμπεριφορά από τις προβλέψεις του προτύπου Friedmann.

«Αυτό σημαίνει ότι το Μπιγκ Μπανγκ, γενικά, πρέπει να μοιάζει ακριβώς με ένα χωροχρονικό Friedmann κοντά στο κέντρο συμμετρίας, αλλά, γενικά, θα πρέπει να παρατηρούνται επιταχύνσεις που αποκλίνουν από το Friedmann μακριά από το κέντρο», προσθέτει. Κατά τους ερευνητές, αυτή η αστάθεια προσφέρει φυσική οδό προς την επιταχυνόμενη διαστολή χωρίς να προστεθεί σταθερά ή να επιστρατευθεί σκοτεινή ενέργεια, με την επιτάχυνση να αναδύεται απευθείας από τις εξισώσεις Einstein–Euler.

Η εργασία αποτελεί θεωρητική πρόκληση προς την τυπική κοσμολογία και όχι παρατηρησιακή απόδειξη ότι η σκοτεινή ενέργεια είναι περιττή. Το κατά πόσο η εναλλακτική περιγραφή ταιριάζει με τις αστρονομικές μετρήσεις μένει να κριθεί.

Η μελέτη αγγίζει και την αρχή του Κοπέρνικου, καθώς το εναλλακτικό μαθηματικό πλαίσιο εισάγει κέντρο σφαιρικής συμμετρίας. «Τόσο το μοντέλο Λ-ψυχρής σκοτεινής ύλης όσο και ένας σφαιρικά συμμετρικός χωροχρόνος παράγουν έναν “ειδικό” τόπο όπου πρέπει να βρισκόμαστε για να είναι το μοντέλο φυσικά εύλογο. Αν αυτή η αρχή αποκλείει το ένα, πρέπει να αποκλείει και το άλλο», υποστηρίζει ο Temple.

Η έρευνα χρηματοδοτήθηκε από το Engineering and Physical Sciences Research Council του Ηνωμένου Βασιλείου και το πρόγραμμα SQuaREs του American Institute of Mathematics. Βιβλιογραφική αναφορά: C. Alexander, B. Temple, Z. Vogler, «The instability of critical and underdense Friedmann spacetimes at the Big Bang as an alternative to dark energy», Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Science, 2026; 482 (2338), DOI: 10.1098/rspa.2025.0912.

Πηγή: share.google.