宇宙的时间演化,从大爆炸到现在,是由爱因斯坦广义相对论的场方程描述的。然而,关于宇宙动力学仍有许多悬而未决的问题,其起源在于理论与观测之间的假设差异。其中一个悬而未决的问题是:为什么宇宙目前的状态在大尺度上如此均匀?
从宇宙大爆炸到现在
据推测,宇宙在大爆炸后不久就处于一种极端状态,其特点是时空曲率的剧烈波动。在漫长的膨胀过程中,宇宙进化到现在的状态,在大尺度上是均匀和各向同性的——简单来说:宇宙在任何地方看起来都一样。除其他外,这是从所谓的背景辐射的测量中推断出来的,背景辐射在每个观测方向上都是高度均匀的。这种同质性是令人惊讶的,因为即使宇宙的两个区域因因果关系相互分离——即它们不能交换信息——仍然表现出相同的背景辐射值。
替代理论
为了解决这个所谓的矛盾,所谓的暴胀理论被提出,该理论假设大爆炸后立即出现了一个极其迅速的膨胀阶段,这反过来可以解释背景辐射的均匀性。
然而,如何在爱因斯坦理论的背景下解释这一阶段需要对理论进行一些修改,这些修改似乎是人为的,无法直接验证。
新发现:重力均质化
到目前为止,人们还不清楚宇宙的均匀化是否可以完全用爱因斯坦的方程来解释。原因在于这些方程的复杂性,以及分析它们的解(宇宙模型)和预测它们的行为的相关困难。
在具体问题中,必须用数学方法来分析宇宙引力波的原强偏离齐次态的时间演化。必须证明它们在膨胀过程中会衰减从而使宇宙得到均匀的结构。
这种分析是基于几何分析领域的现代数学方法。到目前为止,这些方法只能在与均匀时空几何的小偏差下获得这样的结果。维也纳大学的David Fajman现在首次成功地将这些方法应用于任意大偏差的情况。
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