Ideia de um Universo em Expansão Teoria de Cordas

Albert Einstein foi influenciada pelo conceito de um universo imutável. Sua teoria da relatividade geral previa um universo dinâmico - que mudou substancialmente ao longo do tempo - para que ele introduziu um termo, o chamado constante cosmológica,

na teoria para tornar o universo estático e eterno. Este termo representa uma forma de gravidade repulsiva que exatamente equilibrado a força atrativa da gravidade, e que iria revelar-se um erro quando, alguns anos mais tarde, o astrônomo Edwin Hubble descobriu que o universo estava se expandindo. Ainda hoje, a consequência da constante cosmológica na relatividade geral tem um enorme impacto sobre a física, fazendo com que os teóricos das cordas de repensar toda a sua abordagem.

Descobrir que a energia ea pressão tem gravidade

No gravidade de Newton, corpos com massa foram atraídos um pelo outro. relatividade de Einstein mostrou que massa e energia foram relacionados. Portanto, massa e energia, tanto exerceu influência gravitacional. Não só isso, mas era possível que o próprio espaço poderia exercer uma pressão que entortado espaço. Vários modelos foram construídos para mostrar como esta energia e pressão afectada a expansão e contracção do espaço.

Quando Einstein criou seu primeiro modelo baseado na teoria geral da relatividade, ele percebeu que isso implicava um universo em expansão. Na época, ninguém tinha qualquer razão particular para pensar o universo estava se expandindo, e Einstein assumido que esta era uma falha em sua teoria.

as equações da relatividade geral de Einstein permitiu a adição de um termo extra mantendo-se matematicamente viável. Einstein descobriu que este termo pode representar uma energia positiva (ou pressão negativa), distribuídos uniformemente em todo o tecido do próprio espaço-tempo, que atuaria como um anti-gravidade, ou forma repulsiva de gravidade. Este termo foi escolhido para cancelar precisamente a contração do universo, de modo que o universo seria estática (ou imutável no tempo).

Em 1917, o mesmo ano Einstein publicou suas equações contendo a constante cosmológica, físico holandês Willem de Sitter aplicou-as a um universo sem a matéria, em que a única coisa que existe é a energia do vácuo - a própria constante cosmológica. Mesmo num universo contendo não importa em tudo, isto significa que o espaço vai expandir.

Um espaço de Sitter tem um valor positivo para a constante cosmológica, que também pode ser descrito como uma curvatura positiva de espaço-tempo. Um modelo semelhante com uma constante cosmológica negativa (ou curvatura negativa, em que a expansão está se desacelerando) é chamada de anti-de Sitter espaço.

Em 1922, o físico russo Aleksandr Friedmann virou a mão para resolver as equações da relatividade geral elaborados, mas decidiu fazê-lo no caso mais geral, aplicando o princípio cosmológico (Que pode ser visto como um caso mais geral do princípio Copernicana), que consiste em duas hipóteses:

• O universo parece o mesmo em todas as direções (é isotrópico).

• O universo é uniforme, não importa onde você vá (é homogénea).

Com estes pressupostos, as equações tornam-se muito mais simples. modelo original de Einstein e modelo de de Sitter, tanto acabou sendo casos especiais desta análise mais geral. Friedmann foi capaz de definir a solução dependendo apenas três parâmetros:

• constante de Hubble (a taxa de expansão do universo)

• Lambda (a constante cosmológica)

• Omega (densidade média matéria no universo)

Para este dia, os cientistas estão tentando determinar esses valores de forma tão precisa quanto possível, mas mesmo sem valores reais podem definir três soluções possíveis. Cada solução corresponde a uma certa # 147 # 148--geometria do espaço, que pode ser representado de uma maneira simplificada pela forma naturalmente espaço no universo curvas, como se mostra na Figura 9-2.

• universo fechado: Há matéria suficiente no universo que a gravidade acabará por superar a expansão do espaço. A geometria de uma tal universo é uma curvatura positiva, tal como a esfera na imagem mais à esquerda na figura abaixo. (Este combinado modelo original de Einstein sem uma constante cosmológica.)

• Abrir universo: Não existe matéria suficiente para impedir a expansão, de modo que o universo continuará a expandir-se sempre à mesma velocidade. Este espaço de tempo tem uma curvatura negativa, como a forma de sela mostrado na imagem do meio na figura abaixo.

• universo plano: A expansão do universo e da densidade da matéria perfeitamente equilibrar, de modo a expansão do universo diminui ao longo do tempo, mas nunca parar completamente. Este espaço tem nenhuma curvatura geral, como mostrado na imagem da direita da figura abaixo. (O próprio Friedmann não descobrir esse solução que consistiria verificou-se anos mais tarde.)

  
  Três tipos de universos: fechado, aberto e planas.

Estes modelos são altamente simplificado, mas eles precisavam de ser porque as equações de Einstein ficou muito complexa nos casos em que o universo foi preenchido com um monte de matéria e supercomputadores ainda não existia para executar toda a matemática (e até mesmo físicos quer ir em datas de vez em quando).

Hubble revela um universo em expansão

Em 1927, o astrônomo Edwin Hubble provou que o universo está se expandindo. Ao estudar galáxias distantes, ele notou que a luz de suas estrelas tiveram um comprimento de onda que foi deslocado para a extremidade vermelha do espectro eletromagnético. Isto é uma consequência da natureza da onda de luz - um objecto que está em movimento (no que diz respeito ao observador) emite luz com um comprimento de onda ligeiramente diferente. (Se você nunca ouviu falar de mudança de afinação de uma sereia que se aproxima e passa-lo, você já experimentou esse efeito.)

Hubble viu este redshift nas estrelas que observou, causada não só pelo movimento das estrelas, mas pela expansão do próprio espaço-tempo, e em 1929 determinou que a quantidade de deslocamento esteve relacionada com a distância da Terra. As estrelas mais distantes estavam se afastando rapidamente do que as estrelas próximas. O próprio espaço estava se expandindo.

Claramente, neste caso, Einstein estava errado e Friedmann tinha razão para explorar todos os possíveis cenários previstos pela relatividade geral. Einstein chamou a introdução da sua constante cosmológica # 147-maior erro # 148- e removido a partir das equações. Infelizmente, Friedmann morreu em 1925, então ele nunca soube que ele estava certo.