Drie wiskundigen hebben een andere verklaring voor de versnelde uitdijing van het heelal die geen theorieën over 'donkere energie' heeft. Einsteins oorspronkelijke vergelijkingen voor de algemene relativiteitstheorie voorspellen in feite kosmische versnelling als gevolg van een "instabiliteit, " beweren ze in een onlangs gepubliceerd artikel in Proceedings van de Royal Society A .

Ongeveer 20 jaar geleden, astronomen deden een opzienbarende ontdekking:niet alleen dijt het heelal uit - zoals al tientallen jaren bekend - maar de uitdijing versnelt. Om dit uit te leggen, kosmologen hebben een mysterieuze kracht opgeroepen die 'donkere energie' wordt genoemd en die dient om de ruimte uit elkaar te duwen.

Kort nadat Albert Einstein zijn vergelijkingen voor de algemene relativiteitstheorie schreef, die de zwaartekracht beschrijven, hij voegde een "anti-zwaartekracht"-factor toe, de "kosmologische constante" genaamd, om de zwaartekracht in evenwicht te brengen en een statisch universum te produceren. Maar Einstein noemde later de kosmologische constante zijn grootste fout.

Toen moderne kosmologen kosmische versnelling en donkere energie begonnen aan te pakken, ze hebben de kosmologische constante van Einstein afgestoft als uitwisselbaar met donkere energie, gezien de nieuwe kennis over kosmische versnelling.

Die verklaring bevredigde de wiskundigen Blake Temple en Zeke Vogler van de Universiteit van Californië niet, Davis, en Joel Smoller aan de Universiteit van Michigan, Ann Arbor.

"We gingen op zoek naar de beste verklaring die we konden bedenken voor de abnormale versnelling van de sterrenstelsels binnen de oorspronkelijke theorie van Einstein zonder donkere energie, ' zei Tempel.

De oorspronkelijke algemene relativiteitstheorie heeft in elke andere context correcte voorspellingen gegeven, Tempel zei, en er is geen direct bewijs van donkere energie. Dus waarom een ​​"fudge-factor" (donkere energie of de kosmologische constante) toevoegen aan vergelijkingen die al correct lijken? In plaats van foutieve vergelijkingen die moeten worden aangepast om de juiste oplossing te krijgen, de wiskundigen beweren dat de vergelijkingen correct zijn, maar de aanname van een uniform uitdijend universum van sterrenstelsels is verkeerd, met of zonder donkere energie, omdat die configuratie instabiel is.

Een onstabiele oplossing

Kosmologische modellen gaan uit van een "Friedmann-universum, " die ervan uitgaat dat alle materie zich uitbreidt maar op elk moment gelijkmatig in de ruimte is verdeeld, zei Tempel.

Tempel, Smoller en Vogler werkten oplossingen uit voor de algemene relativiteitstheorie zonder een beroep te doen op donkere energie. Ze stellen dat de vergelijkingen aantonen dat de Friedmann-ruimtetijd eigenlijk onstabiel is:elke verstoring - bijvoorbeeld als de dichtheid van materie iets lager is dan gemiddeld - duwt het over in een versnellend universum.

Temple vergelijkt dit met een omgekeerde slinger. Als een slinger naar beneden hangt, het is stabiel op het laagste punt. Draai een stijve slinger de andere kant op, en het kan balanceren als het precies gecentreerd is - maar elke kleine windstoot zal het wegblazen.

Dit vertelt ons dat we niet moeten verwachten dat we een Friedmann-universum zullen meten, omdat het instabiel is, zei Tempel. Wat we in plaats daarvan zouden moeten verwachten, zijn lokale ruimtetijden die sneller versnellen. Opmerkelijk, de lokale ruimtetijden gecreëerd door de instabiliteit vertonen precies hetzelfde bereik van kosmische versnellingen als in theorieën over donkere energie, hij zei.

Wat dit laat zien, is dat de versnelling van de sterrenstelsels had kunnen worden voorspeld vanuit de oorspronkelijke algemene relativiteitstheorie zonder de kosmologische constante/donkere energie op te roepen, zei Tempel.

"De wiskunde is niet controversieel, de instabiliteit is niet controversieel, Temple zei. "Wat we niet weten is, ligt ons Melkwegstelsel nabij het centrum van een grote onderdichtheid van materie in het heelal."

Het artikel bevat testbare voorspellingen die hun model onderscheiden van donkere energiemodellen, zei Tempel.