Einstein glättet Universum auch ohne Inflation

Gravitation kann RaumzeitHomogenisierung erklären.

Die Einstein-Gleichungen der allgemeinen Relativitätstheorie haben die Tendenz, dass sie Unregelmäßigkeiten in Raumzeit mit der Zeit verringern. Das konnte der Physiker David Fajman an der Uni Wien mit neu entwickelten mathematischen Methoden zeigen. Und zwar auch für große Störungen.

Das ist bedeutsam, weil es eine Lösung für das Homogenitätsproblem in der Kosmologie sein könnte: Betrachtet man das Urknall-Szenario genauer, so ist unser Universum sowohl in den größten Strukturen als auch in der Hintergrundstrahlung homogener, als es sein dürfte. Aufgrund der Expansion des Weltalls (und der endlichen Lichtgeschwindigkeit) konnten verschiedene Regionen des beobachtbaren Universums anfängliche Unterschiede nämlich noch nicht durch Wechselwirkungen ausgleichen. Die gängige Lösung heißt Inflation: Ein eigens dafür eingeführtes Quantenfeld (das manche mit dem Higgs-Teilchen in Verbindung bringen) verursachte 10- Sekunden nach dem Urknall eine Phase exponentieller Ausdehnung („Inflation“), aus der sich die Homogenität erklärt.

Fajmans Ergebnisse zeigen nun, dass sich Modell-Universen auch ohne diese These rein aus Einsteins Gravitationstheorie Richtung Homogenität entwickeln. Die Berechnungen erfolgten für eine bestimmte Klasse an Raumzeiten in einem 2+1-Modell mit nur zwei Raumdimensionen. Hier sind die sehr komplexen Einstein-Gleichungen beherrschbarer. Dass sich die reale Raumzeit mit drei Raumdimensionen ebenso verhält, ist damit streng genommen noch nicht gesagt. Bei kleinen Störungen verhalten sich 2+1- und 3+1-Modelle aber ähnlich, was für den Physiker zumindest ein Indiz dafür ist, dass sich seine Ergebnisse auch auf vierdimensionale Raumzeiten umlegen lassen. (at)