La gravité peut accélérer l'homogénéisation de l'espace-temps à mesure que l'univers évolue. Cette idée est basée sur des études théoriques du physicien David Fajman de l'Université de Vienne. Les méthodes mathématiques développées au sein du projet de recherche permettent d'étudier des questions fondamentales ouvertes de la cosmologie telles que pourquoi l'univers apparaît aujourd'hui si homogène. Les résultats ont été publiés dans la revue Lettres d'examen physique .

L'évolution temporelle de l'univers, du Big Bang à nos jours, est décrit par les équations de champ d'Einstein de la relativité générale. Cependant, il y a encore un certain nombre de questions ouvertes sur la dynamique cosmologique, dont les origines se trouvent dans les prétendues divergences entre la théorie et l'observation. L'une de ces questions ouvertes est :pourquoi l'univers dans son état actuel est-il si homogène à grande échelle ?

Du Big Bang à nos jours

On suppose que l'univers était dans un état extrême peu de temps après le Big Bang, caractérisé notamment par de fortes fluctuations de la courbure de l'espace-temps. Au cours du long processus d'expansion, l'univers a ensuite évolué vers son état actuel, qui est homogène et isotrope à grande échelle — en termes simples :le cosmos se ressemble partout.

Ceci est déduit, entre autres, de la mesure du rayonnement dit de fond, qui apparaît très uniforme dans toutes les directions d'observation. Cette homogénéité est surprenante dans la mesure où même deux régions de l'univers qui ont été causalement découplées l'une de l'autre, c'est-à-dire ils ne pouvaient pas échanger d'informations - présentent toujours des valeurs identiques de rayonnement de fond.

Théories alternatives

Pour résoudre cette prétendue contradiction, la théorie dite de l'inflation a été développée, qui postule une phase d'expansion extrêmement rapide immédiatement après le Big Bang, ce qui à son tour peut expliquer l'homogénéité du rayonnement de fond.

Cependant, comment cette phase peut être expliquée dans le contexte de la théorie d'Einstein nécessite un certain nombre de modifications de la théorie, qui semblent artificiels et ne peuvent être vérifiés directement.

Nouvelles découvertes :Homogénéisation par gravitation

Jusqu'à maintenant, il n'était pas clair si l'homogénéisation de l'univers peut être expliquée complètement par les équations d'Einstein. La raison en est la complexité des équations et la difficulté associée à analyser leurs solutions – des modèles pour l'univers – et à prédire leur comportement.

Dans le problème concret, l'évolution temporelle des fortes déviations originelles par rapport à l'état homogène en tant qu'ondes gravitationnelles cosmologiques doit être analysée mathématiquement. Il faut montrer qu'ils se désintègrent au cours de l'expansion permettant ainsi à l'univers d'obtenir sa structure homogène.

Ces analyses sont basées sur des méthodes mathématiques modernes dans le domaine de l'analyse géométrique. Jusqu'à maintenant, ces méthodes ne pouvaient atteindre de tels résultats que pour de petits écarts par rapport à la géométrie homogène de l'espace-temps. David Fajman de l'Université de Vienne a réussi pour la première fois à transférer ces méthodes au cas des écarts arbitrairement importants.

Les résultats publiés dans la célèbre revue PRL montrent que l'homogénéisation dans la classe de modèles étudiée est déjà complètement expliquée par la théorie d'Einstein et ne nécessite aucune modification supplémentaire. Si ce constat peut être transféré à des modèles plus généraux, cela signifie qu'il n'a pas nécessairement besoin d'un mécanisme comme l'inflation pour expliquer l'état de notre univers actuel, mais que la théorie d'Einstein pourrait enfin triompher une fois de plus.