La gravedad causa la homogeneidad del universo

La evolución temporal del universo, desde el Big Bang hasta el presente, está descrita por las ecuaciones de campo de la relatividad general de Einstein. Sin embargo, todavía hay una serie de preguntas abiertas sobre la dinámica cosmológica, cuyos orígenes se encuentran en supuestas discrepancias entre la teoría y la observación. Una de estas preguntas abiertas es: ¿Por qué el universo en su estado actual es tan homogéneo a gran escala?

Se supone que el universo se encontraba en un estado extremo poco después del Big Bang, caracterizado en particular por fuertes fluctuaciones en la curvatura del espacio-tiempo. Durante el largo proceso de expansión, el universo evolucionó entonces hacia su estado actual, que es homogéneo e isotrópico a gran escala, es decir, el cosmos tiene el mismo aspecto en todas partes. Esto se deduce, entre otras cosas, de la medición de la llamada radiación de fondo, que aparece muy uniforme en todas las direcciones de observación. Esta homogeneidad es sorprendente en el sentido de que incluso dos regiones del universo que estaban causalmente desacopladas entre sí - es decir, no podían intercambiar información - siguen presentando valores idénticos de radiación de fondo.

Para resolver esta supuesta contradicción, se desarrolló la llamada teoría de la inflación, que postula una fase de expansión extremadamente rápida inmediatamente después del Big Bang, lo que a su vez puede explicar la homogeneidad en la radiación de fondo.

Radiación de fondo. (Foto: NASA / WMAP Science Team)

Sin embargo, la forma en que esta fase puede explicarse en el contexto de la teoría de Einstein requiere una serie de modificaciones de la teoría, que parecen artificiales y no pueden verificarse directamente.

Hasta ahora no estaba claro si la homogeneización del universo puede ser explicada completamente por las ecuaciones de Einstein. La razón de esto es la complejidad de las ecuaciones y la dificultad asociada para analizar sus soluciones - modelos para el universo - y para predecir su comportamiento.

En el problema concreto, la evolución temporal de las desviaciones originalmente fuertes del estado homogéneo como ondas gravitatorias cosmológicas tiene que ser analizada matemáticamente. Hay que demostrar que decaen en el curso de la expansión permitiendo así que el universo obtenga su estructura homogénea.

Tales análisis se basan en los modernos métodos matemáticos en el campo del análisis geométrico. Hasta ahora, estos métodos solo podían lograr tales resultados para pequeñas desviaciones de la geometría homogénea del espacio-tiempo. David Fajman, de la Universidad de Viena, ha logrado por primera vez transferir estos métodos al caso de desviaciones arbitrariamente grandes. (Fuente: NCYT Amazings)