Изучение космического расширения с помощью методов физики многих тел

На основе формализма Мори-Цванцига (*) физики создали модель, предоставляющую конкретное предсказание влияния неоднородностей во Вселенной на скорость её расширения.

Об этом рассказывают в Университете Мюнстера (Германия), передают OstanniPodii.com

В космологических расчетах почти всегда предполагается, что во Вселенной существует равномерное распределение материи. Это связано с тем, что расчеты были бы слишком сложными, если нужно учитывать положение каждой отдельной звезды. На самом деле Вселенная неоднородна: в одних местах есть звезды и планеты, в других просто пустота.

Физики-теоретики разработали новую модель для решения этой проблемы. Их отправной точкой был формализм Мори-Цванцига – метод описания систем, состоящих из большого количества частиц с небольшим количеством измеряемых величин.

Результаты исследования были опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Для справки: общая теория относительности, разработанная Альбертом Эйнштейном, является одной из наиболее успешных теорий современной физики. Две из пяти последних Нобелевских премий по физике связаны с ней: в 2017 году за измерение гравитационных волн и в 2020 году за открытие черной дыры в центре Млечного Пути. Одним из важнейших применений теории является описание космического расширения Вселенной после Большого Взрыва. Скорость этого расширения определяется количеством энергии во Вселенной. Помимо видимой материи здесь играют роль, прежде всего, темная материя и темная энергия — по крайней мере, согласно модели Lambda-CDM, которая сейчас используется в космологии.

«Собственно, математически неправильно включать среднее значение плотности энергии Вселенной в уравнения общей теории относительности», — говорит доктор Сабина Хоссенфельдер из Франкфуртского института перспективных исследований (FIAS).

Теперь вопрос состоит в том, насколько "плохой" является эта ошибка. Одни эксперты считают ее неактуальной, другие видят в ней решение загадки темной энергии, физическая природа которой до сих пор неизвестна. Неравномерное распределение массы во Вселенной может оказывать влияние на скорость космического расширения.

«Формализм Мори-Цванцига уже успешно используется во многих областях исследований, от биофизики до физики элементарных частиц», - говорит профессор Рафаэль Витковски из Института теоретической физики и Центра мягких нанонаук (SoN) при Университете Мюнстера. «Поэтому он также предлагает многообещающий подход к этой астрофизической проблеме».

Команда обобщила этот формализм так, чтобы его можно было применить к общей теории относительности, и таким образом вывела модель космического расширения с учетом неравномерного распределения материи во Вселенной.

Модель предоставляет конкретное предсказание влияния этих так называемых неоднородностей на скорость расширения Вселенной. Это предсказание несколько отклоняется от того, что дает модель Lambda-CDM, и, таким образом, позволяет экспериментально проверить новую модель.

«В настоящее время астрономические данные недостаточно точны, чтобы измерить это отклонение», — говорит Михаэль те Вругт, тоже физик из Университета Мюнстера. «Но большой прогресс, достигнутый, например, в измерении гравитационных волн, дает нам основания надеяться, что ситуация изменится. Кроме того, новый вариант формализма Мори-Цванцига применим к другим астрофизическим проблемам, поэтому эта работа актуальна не только для космологии».

* Формализм Мори-Цванцига, названный в честь физиков Хадзимэ Мори и Роберта Цванцига, – метод статистической физики. Он позволяет разделить динамику системы на релевантные и нерелевантные части с помощью операторов проекции, что позволяет находить замкнутые уравнения движения релевантной части. Он используется, в частности, в гидроаэромеханике и физике конденсированных сред.

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.