La gravità causa l’omogeneità dell’universo

L’evoluzione temporale dell’universo, dal Big Bang ad oggi, è descritta dalle equazioni della relatività generale di Einstein. Tuttavia, ci sono ancora una serie di domande aperte sulle dinamiche cosmologiche, le cui origini risiedono in presunte discrepanze tra teoria e osservazione. Una di queste domande aperte è: perché l’universo nel suo stato attuale è così omogeneo su larga scala?

DAL BIG BANG AD OGGI – Si presume che l’universo fosse in uno stato estremo subito dopo il Big Bang, caratterizzato in particolare da forti fluttuazioni nella curvatura dello spaziotempo. Durante il lungo processo di espansione, l’universo si è poi evoluto verso il suo stato attuale, che è omogeneo e isotropo su larga scala – in termini semplici: il cosmo ha lo stesso aspetto ovunque.

Ciò si evince, tra l’altro, dalla misurazione della cosiddetta radiazione di fondo, che appare molto uniforme in ogni direzione di osservazione. Questa omogeneità è sorprendente in quanto anche due regioni dell’universo che sono state causalmente disaccoppiate l’una dall’altra – cioè, non potevano scambiare informazioni – mostrano ancora valori identici di radiazione di fondo.

TEORIE ALTERNATIVE – Per risolvere questa presunta contraddizione, è stata sviluppata la cosiddetta teoria dell’inflazione, che postula una fase di espansione estremamente rapida subito dopo il Big Bang, che a sua volta può spiegare l’omogeneità della radiazione di fondo.

Tuttavia, il modo in cui questa fase può essere spiegata nel contesto della teoria di Einstein richiede una serie di modifiche della teoria, che sembrano artificiali e non possono essere verificate direttamente.

NUOVE SCOPERTE – Fino ad ora non era chiaro se l’omogeneizzazione dell’universo potesse essere spiegata completamente dalle equazioni di Einstein. La ragione di ciò è la complessità delle equazioni e la difficoltà associata ad analizzare le loro soluzioni – modelli per l’universo – e a prevedere il loro comportamento.

Tali analisi si basano su metodi matematici moderni nel campo dell’analisi geometrica. Fino ad ora, questi metodi potevano ottenere tali risultati solo per piccole deviazioni dalla geometria spazio-temporale omogenea. David Fajman dell’Università di Vienna è ora riuscito per la prima volta a trasferire questi metodi al caso di deviazioni arbitrariamente ampie.

I risultati pubblicati sulla rinomata rivista PRL mostrano che l’omogeneizzazione nella classe di modelli studiata è già completamente spiegata dalla teoria di Einstein e non richiede ulteriori modifiche. Se questa scoperta può essere trasferita a modelli più generali, significa che non ha necessariamente bisogno di un meccanismo come l’inflazione per spiegare lo stato del nostro universo attuale, ma che la teoria di Einstein potrebbe finalmente trionfare ancora una volta.