在宇宙學計算中，人們總是假設宇宙中物質(zhì)的分布是均勻的。這是因為如果把每顆恒星的位置都包括在內(nèi)，計算就太復雜了。在現(xiàn)實中，宇宙并不均勻：在某些地方有恒星和行星，在其他地方則是一片空白。

明斯特大學理論物理研究所和軟納米科學中心的物理學家們開發(fā)了這個問題的新模型。他們的出發(fā)點是 Mori-Zwanzig方程，這是一種描述由大量粒子和少量被測量組成的系統(tǒng)的方法。該研究的結(jié)果現(xiàn)已發(fā)表在《物理評論快報》雜志上。

愛因斯坦提出的廣義相對論是現(xiàn)代物理學中最成功的理論之一。過去的五項諾貝爾物理學獎中有兩項與它有關：2017 年的引力波測量獎和 2020 年在銀河系中心發(fā)現(xiàn)黑洞的獎。該理論最重要的應用之一是描述自大爆炸以來宇宙的宇宙膨脹。這種膨脹的速度取決于宇宙中的能量大小。據(jù)目前在宇宙學中使用的Lambda-CDM模型，除了可見物質(zhì)之外，最重要的是暗物質(zhì)和暗能量在宇宙膨脹中起作用。

科學家說：“嚴格來說，在廣義相對論方程中包含宇宙能量密度的平均值在數(shù)學上是錯誤的”。現(xiàn)在的問題是這個錯誤有多“糟糕”。一些專家認為它無關緊要，另一些專家則認為它是暗能量之謎的解決方案，暗能量的物理性質(zhì)仍然未知。宇宙中質(zhì)量的不均勻分布可能會影響宇宙膨脹的速度。

“Mori-Zwanzig已經(jīng)成功地應用于從生物物理學到粒子物理學的許多研究領域，”物理學家說，“因此它也為解決這個天體物理學問題提供了一種很有前途的方法。” 該團隊推廣了這種方程，以便將其應用于廣義相對論，并在此過程中推導出宇宙膨脹模型，同時考慮宇宙中物質(zhì)的不均勻分布。

該模型對這些所謂的不均勻性對宇宙膨脹速度的影響做出了具體預測。該預測與Lambda-CDM模型給出的預測略有不同，因此提供了一個通過實驗測試新模型的機會。目前，天文數(shù)據(jù)還不夠精確，無法測量這種偏差。但取得的巨大進步——例如在引力波的測量方面——讓科學家有理由希望這種情況會改變。此外，Mori-Zwanzig的新變體也可以應用于其他天體物理學問題——因此這項工作不僅與宇宙學有關。

該研究論文題為"Mori-Zwanzig Formalism for General Relativity: A New Approach to the Averaging Problem"，已發(fā)表在《物理評論快報》期刊上。

關鍵詞： 愛因斯坦 廣義相對論 相對論 有錯誤