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| Una representación de la evolución del universo a lo largo de 13.770 millones de años. El extremo izquierdo representa el primer momento que podemos sondear, cuando un periodo de "inflación" produjo un estallido de crecimiento exponencial en el universo. (Durante los siguientes miles de millones de años, la expansión del universo se ralentizó gradualmente a medida que la materia del universo tiraba de sí misma a través de la gravedad. Más recientemente, la expansión ha comenzado a acelerarse de nuevo a medida que los efectos repulsivos de la energía oscura han pasado a dominar la expansión del universo. Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA |
Según el modelo Lambda-CDM, además de la materia visible, la materia oscura y la energía oscura también desempeñan un papel en esta expansión cósmica. Los científicos creen que existe una distribución uniforme de la materia en el universo. Esto se debe a que los cálculos serían demasiado complicados si hubiera que incluir la posición de cada estrella.
La verdad es que El universo no es uniforme. En algunos lugares hay estrellas y planetas, mientras que en otros no hay nada.
Los físicos Michael te Vrugt y el profesor Raphael Wittkowski, del Instituto de Física Teórica y del Centro de Nanociencia Suave (SoN) de la Universidad de Münster, cuentan con la física Dra. Sabine Hossenfelder, del Instituto de Estudios Avanzados de Fráncfort (FIAS), para desarrollar un nuevo modelo para este problema.
Al principio, consideraron el formalismo Mori-Zwanzig. Se trata de un método para describir sistemas compuestos por muchas partículas con un número reducido de mensurandos.
La Dra. Hossenfelder dijo: "En sentido estricto, es matemáticamente incorrecto incluir el valor medio de la densidad de energía del universo en las ecuaciones de la relatividad general. La cuestión es ahora cómo de "grave" es este error. Algunos expertos lo consideran irrelevante, otros ven en él la solución al enigma de la energía oscura, cuya naturaleza física aún se desconoce. La distribución desigual de la masa en el universo puede afectar a la velocidad de expansión cósmica".
El equipo generalizó este formalismo para poder aplicarlo a la relatividad general. Al hacerlo, el equipo derivó un modelo para la expansión cósmica del universo.
Su modelo predijo el efecto de estas inhomogeneidades en la velocidad de expansión del universo. Esta predicción difiere en cierta medida de la dada por el modelo Lambda-CDM y, posteriormente, ofrece la oportunidad de probar el nuevo modelo experimentalmente.
Según Raphael Wittkowski, "el formalismo Mori-Zwanzig ya se utiliza con éxito en muchos campos de investigación. También ofrece un enfoque prometedor para este problema astrofísico".
Por su parte, Michael te Vrugt afirmó: "En la actualidad, los datos astronómicos no son lo suficientemente precisos como para medir esta desviación, pero los grandes progresos realizados -por ejemplo, en la medición de las ondas gravitacionales- nos dan motivos para esperar que esto cambie. Además, la nueva variante del formalismo Mori-Zwanzig puede aplicarse a otros problemas astrofísicos, por lo que el trabajo es relevante no solo para la cosmología".
Fuentes, créditos y referencias:
M. te Vrugt, S. Hossenfelder, R. Wittkowski (2021). Mori-Zwanzig
formalism for general relativity: a new approach to the averaging
problem. Physical Review Letters 127, 231101. DOI: 10.1103/PhysRevLett.127.231101