Как физика многих тел помогает нам понять динамику Вселенной
В космологических расчетах почти всегда предполагается, что материя во Вселенной распределена равномерно. Это связано со сложностью расчётов. В действительности же это не так.
Общая теория относительности, разработанная Альбертом Эйнштейном, является одной из самых успешных теорий в современной физике. Она настолько популярна, что даже две из последних пяти 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.
Одно из самых важных применений теории — описание расширения Вселенной с момента 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, используемой в настоящее время в космологии. Из-за сложности расчётов и невозможности учесть каждую звезду во Вселенной, в уравнениях общей теории относительности используют среднее значение плотности энергии Вселенной. Но строго говоря, это неверно. Вопрос теперь в том, насколько «плоха» эта ошибка.
Неравномерное распределение массы во Вселенной может влиять на скорость космического расширения.
Впрочем, для описания систем с большим количеством степеней свободы физики используют формализм Мори-Цванцига. Он применяется крайне широко — в областях от биофизики до физики частиц. Такой формализм позволяет свести поиск нужной величины к решению интегрального уравнения. Этот формализм можно обобщить для применения к общей теории относительности, чтобы таким образом вывести модель расширения Вселенной с учетом неравномерного распределения материи во Вселенной.
Полученная модель показала, что Вселенная куда более неоднородна, чем предполагает принятая на сегодняшний день теория. Однако в настоящее время астрономические данные недостаточно точны, чтобы точно измерить это отклонение.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Physical Review Letters.
