domingo, 25 de octubre de 2020

La gravedad causa que el Universo se vea igual en todas partes

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La gravedad puede acelerar la homogeneización del espacio-tiempo a medida que evoluciona el universo. Esta idea se basa en estudios teóricos del físico David Fajman de la Universidad de Viena.


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Los métodos matemáticos desarrollados dentro de su investigación permiten investigar cuestiones fundamentales abiertas de la cosmología, como por qué el universo hoy parece tan homogéneo. Los resultados se han publicado en la revista Physical Review Letters.


La evolución temporal del universo, desde el Big Bang hasta el presente, se describe mediante las ecuaciones de campo de la relatividad general de Einstein. Sin embargo, todavía hay una serie de preguntas abiertas sobre la dinámica cosmológica, cuyos orígenes se encuentran en supuestas discrepancias entre la teoría y la observación. Una de estas preguntas abiertas es: ¿Por qué el universo en su estado actual es tan homogéneo a gran escala?


Se supone que el universo se encontraba en un estado extremo poco después del Big Bang, caracterizado en particular por fuertes fluctuaciones en la curvatura del espacio-tiempo. Durante el largo proceso de expansión, el universo evolucionó hacia su estado actual, que es homogéneo e isotrópico a gran escala; en términos simples: el cosmos se ve igual en todas partes.


Esto se infiere, entre otras cosas, de la medición de la denominada radiación de fondo, que parece muy uniforme en todas las direcciones de observación. Esta homogeneidad es sorprendente en el sentido de que incluso dos regiones del universo que se desacoplaron causalmente entre sí, es decir, no pudieron intercambiar información, todavía exhiben valores idénticos de radiación de fondo.


Para resolver esta supuesta contradicción, se desarrolló la llamada teoría de la inflación, que postula una fase de expansión extremadamente rápida inmediatamente posterior al Big Bang, que a su vez puede explicar la homogeneidad en la radiación de fondo, expone un comunicado de la Universidad de Viena.


Sin embargo, cómo se puede explicar esta fase en el contexto de la teoría de Einstein requiere una serie de modificaciones de la teoría, que parecen artificiales y no pueden verificarse directamente.


Hasta ahora, no estaba claro si la homogeneización del universo puede explicarse completamente por las ecuaciones de Einstein. La razón de esto es la complejidad de las ecuaciones y la dificultad asociada para analizar sus soluciones _modelos para el universo_ y predecir su comportamiento.


LA TEORÍA DE EINSTEIN EXPLICA COMPLETAMENTE LA HOMOGENEIZACIÓN

En el problema concreto, la evolución en el tiempo de las desviaciones originalmente fuertes del estado homogéneo como ondas gravitacionales cosmológicas debe analizarse matemáticamente. Debe demostrarse que se descomponen en el curso de la expansión, lo que permite que el universo obtenga su estructura homogénea.


Dichos análisis se basan en métodos matemáticos modernos en el campo del análisis geométrico. Hasta ahora, estos métodos solo podían lograr tales resultados para pequeñas desviaciones de la geometría homogénea del espacio-tiempo. David Fajman de la Universidad de Viena ha logrado por primera vez transferir estos métodos al caso de desviaciones arbitrariamente grandes.


Los nuevos resultados muestran que la homogeneización en la clase de modelos investigados ya está completamente explicada por la teoría de Einstein y no requiere modificaciones adicionales. Si este hallazgo puede transferirse a modelos más generales, significa que no necesariamente necesita un mecanismo como la inflación para explicar el estado de nuestro universo actual, sino que la teoría de Einstein finalmente podría triunfar una vez más.



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