據悉，研究人員正在利用多體物理學的方法研究宇宙膨脹。在宇宙學的計算中，幾乎總是假設宇宙中的物質是均勻分佈的。這是因為如果要把每一顆恆星的位置都包括在內，計算就會太複雜。在現實中，宇宙並不均勻：在一些地方有恆星和行星，而在另一些地方則只有一片虛空。
來自明斯特大學理論物理研究所和軟納米科學中心(SoN)的物理學家Michael te Vrugt和Raphael Wittkowski教授跟來自法蘭克福高等研究所(FIAS)的物理學家Sabine Hossenfelder博士一起為這個問題開發了一個新模型。他們的出發點是Mori-Zwanzig形式主義，這是一種用於描述由大量粒子和少量測量體組成的系統的方法。這項研究的結果現在已經發表在《Physical Review》上。
背景：由愛因斯坦提出的廣義相對論是現代物理學中最成功的理論之一。在過去的五個諾貝爾物理學獎中，有兩個跟它有關：2017年因測量引力波，2020年因發現銀河系中心的黑洞。該理論最重要的應用之一是描述宇宙大爆炸以來的宇宙膨脹。這種膨脹的速度由宇宙中的能量數量決定。除了可見物質之外，首先是暗物質和暗能量在這裡發揮了作用–至少，根據目前宇宙學中使用的Lambda-CDM模型。
Sabine Hossenfelder指出：“嚴格來說，將宇宙能量密度的平均值納入廣義相對論方程在數學上是錯誤的。”一些專家認為它無關緊要，另一些專家則認為它是解決暗能量之謎的辦法，而暗能量的物理性質仍是未知的。宇宙中質量的不均勻分佈可能對宇宙膨脹的速度存在影響。
“從生物物理學到粒子物理學，Mori-Zwanzig形式主義已經被成功地用於許多研究領域，”Raphael Wittkowski指出，“因此它也為這個天體物理學問題提供了一個有希望的方法。”該團隊概括了這一形式主義以便將其應用於廣義相對論，並在此過程中得出了一個宇宙膨脹模型，與此同時還考慮到了宇宙中物質的不均勻分佈。
該模型對這些所謂的不均勻性對宇宙膨脹速度的影響進行了具體預測。這個預測跟Lambda-CDM模型給出的預測略有偏差，因此提供了一個在實驗中測試新模型的機會。Michael te Vrugt表示：“目前，天文數據還不夠精確，無法測量這種偏差，但所取得的巨大進展–如在測量引力波方面–使我們有理由希望這種情況會改變。另外，Mori-Zwanzig形式主義的新變體還可以應用於其他天體物理學問題–因此這項工作不僅跟宇宙學有關。”