Constanta cosmologică

Cu constantă cosmologică (de obicei indicată cu majuscula greacă lambda : $\Lambda$ ${\ displaystyle \ Lambda}$ ${\ displaystyle \ Lambda}$ ) ne referim în general la o componentă energetică capabilă să integreze modelul cosmologic derivat din relativitatea generală .

Primul exemplu istoric al unei constante cosmologice a fost termenul adăugat de Albert Einstein la ecuația de câmp a teoriei sale , care implică un univers dinamic, pentru a obține o soluție pentru un univers static . Constanta cosmologică a preluat acum un nou rol: încearcă să explice accelerarea expansiunii universului, iar cel mai acreditat model este în prezent cel al energiei de vid prezise de mecanica cuantică .

Necesitatea unei constante pentru a avea soluții statice

Ecuațiile de câmp , în prima versiune obținută de Einstein, au forma

{\mathcal {G}}_{\mu \nu }={8\pi G \over {c^{4}}}T_{\mu \nu }

{\ displaystyle {\ mathcal {G}} _ {\ mu \ nu} = {8 \ pi G \ over {c ^ {4}}} T _ {\ mu \ nu}}

{\ displaystyle {\ mathcal {G}} _ {\ mu \ nu} = {8 \ pi G \ over {c ^ {4}}} T _ {\ mu \ nu}}

unde este ${\mathcal {G}}$ ${\ displaystyle {\ mathcal {G}}}$ ${\ mathcal {G}}$ este tensorul Einstein care descrie curbura spațiului, $G.$ ${\ displaystyle G}$ $G.$ constanta gravitațională e $T.$ ${\ displaystyle T}$ $T.$ este tensorul tensiune-energie .

În 1917 Albert Einstein a formulat primul model cosmologic relativist , caracterizat printr-un spațiu de volum finit, dar nelimitat. Deși nu este posibil să vizualizăm un astfel de spațiu închis în trei dimensiuni, putem recurge la analogia cu cazul bidimensional al suprafeței unei sfere. Acest model prezice un univers dinamic, fie în contracție, fie în expansiune, iar Einstein, crezând că trebuie să se opună în special primei posibilități, aceea a unui colaps sub efectul gravitației , a propus inserarea unei constante în ecuații, $\Lambda$ ${\ displaystyle \ Lambda}$ ${\ displaystyle \ Lambda}$ , care a compensat tendința de a se contracta (sau de a se extinde în alte modele) a spațiului, modificându-i ecuația după cum urmează:

{\mathcal {G}}_{\mu \nu }+\Lambda g_{\mu \nu }={8\pi G \over {c^{4}}}T_{\mu \nu }

{\ displaystyle {\ mathcal {G}} _ {\ mu \ nu} + \ Lambda g _ {\ mu \ nu} = {8 \ pi G \ over {c ^ {4}}} T _ {\ mu \ nu}}

{\ displaystyle {\ mathcal {G}} _ {\ mu \ nu} + \ Lambda g _ {\ mu \ nu} = {8 \ pi G \ over {c ^ {4}}} T _ {\ mu \ nu}}

unde g este metrica spațiu - timp . Fiind plasată în stânga, constanta a fost înțeleasă ca o proprietate a spațiu-timpului.

Lucrările ulterioare au arătat că modelul original al lui Einstein nu este stabil: orice ușoară perturbare îl face să se prăbușească sau să se extindă. De fapt, în 1929 observațiile Hubble au indicat expansiunea universului și prezența unei constante cosmologice pozitive $\Lambda$ ${\ displaystyle \ Lambda}$ ${\ displaystyle \ Lambda}$ enorm de mic; aceste concluzii l-au determinat pe Einstein să considere ideea constantei cosmologice ca „stabilizator al universului” „ cea mai gravă greșeală ” a sa.

Energia de vid ca constantă cosmologică

Cu toate acestea, chiar și modelele de expansiune pot include o constantă cosmologică, deoarece observațiile ulterioare au arătat un univers accelerat , indicând prezența unei constante cosmologice pozitive atribuite astăzi unei energii întunecate , a cărei semnificație fizică este asociată ipotetic cu un consens mai mare în comunitate. energie de vid .

Spre deosebire de constanta lui Einstein, contribuția ipotetică a densității energiei de vid, ρ _vac , este plasată la dreapta în ecuația câmpului, în funcție de relația:

{\mathcal {G}}_{\mu \nu }={8\pi G \over {c^{4}}}(T_{\mu \nu }-c^{2}\rho _{\mathrm {vac} }\,g_{\mu \nu })

{\ displaystyle {\ mathcal {G}} _ {\ mu \ nu} = {8 \ pi G \ over {c ^ {4}}} (T _ {\ mu \ nu} -c ^ {2} \ rho _ {\ mathrm {vac}} \, g _ {\ mu \ nu})}

{\ displaystyle {\ mathcal {G}} _ {\ mu \ nu} = {8 \ pi G \ over {c ^ {4}}} (T _ {\ mu \ nu} -c ^ {2} \ rho _ {\ mathrm {vac}} \, g _ {\ mu \ nu})}

Relația dintre densitate $\rho _{\mathrm {vac} }$ ${\ displaystyle \ rho _ {\ mathrm {vac}}}$ $\ rho _ {{\ mathrm {vac}}}$ iar constanta cosmologică este următoarea:

\Lambda ={{8\pi G} \over {c^{2}}}\rho _{vac}

{\ displaystyle \ Lambda = {{8 \ pi G} \ over {c ^ {2}}} \ rho _ {vac}}

{\ displaystyle \ Lambda = {{8 \ pi G} \ over {c ^ {2}}} \ rho _ {vac}}

Valoarea pozitivă observată pentru energia vidului, aproximativ 10 ^-120 , rezultată dintr-o prevalență a contribuțiilor bosonice față de cele fermionice în fluctuațiile cuantice ale vidului fizic , este enorm mai mică decât ceea ce s-ar aștepta pe baza teoriei câmpului cuantic (care este o problemă pentru teorie), dar suficient pentru a oferi o posibilă explicație pentru expansiunea accelerată .

Căutați dovezi empirice

Natura constantei cosmologice ca energie întunecată este o întrebare deschisă. În anii 2007 și 2008, NASA Chandra prin satelit a făcut multe observații în raze X spectrul pe galaxiei clusterului Abel 85, 740 de milioane de ani lumină de Pământ. Aceste observații au făcut posibilă extinderea studiilor asupra energiei întunecate, dezvăluind modul în care aceasta poate afecta structura spațiu-timpului și corobora, cel puțin din punct de vedere matematic, prezența constantei cosmologice intuită de Einstein.

Unii fizicieni cred că constanta cosmologică este una dintre constantele naturii și nu are nimic mai misterios decât celelalte constante fundamentale, cum ar fi masa electronului. ^[1]

Notă

^ (RO) E. Bianchi și C. Rovelli , Este cu adevărat energia întunecată un mister? , în Nature , vol. 466, 2010, p. 321.

Bibliografie

Maurizio Gasperini, Teoria relativității generale și a gravitației , Springer, 2010, pp. 121-123.
( RO ) Charles W. Misner , Kip. S. Thorne și John A. Wheeler , Gravitation , WH Freeman, 1973, ISBN 978-0-7167-0344-0 .
( EN ) Steven Weinberg , Gravitația și cosmologia: principii și aplicații ale teoriei generale a relativității , J. Wiley, 1972, ISBN 0-471-92567-5 .

Elemente conexe

linkuri externe

( EN ) Constanta cosmologică , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.

Controlul autorității	GND ( DE ) 4571605-5

Portalul fizicii : accesați intrările Wikipedia care se ocupă cu fizica

[1] (RO) E. Bianchi și C. Rovelli , Este cu adevărat energia întunecată un mister? , în Nature , vol. 466, 2010, p. 321.

[1]