La théorie des cordes et l'idée d'un univers en expansion

Avant la théorie des cordes, Albert Einstein a été fortement influencée par le concept d'un univers immuable. Sa théorie de la relativité générale prédit un univers dynamique - celui qui a changé sensiblement au fil du temps - donc il introduit un terme, appelé le constante cosmologique, dans la théorie de rendre l'univers statique et éternel.

Ce serait se révéler être une erreur quand, quelques années plus tard, l'astronome Edwin Hubble a découvert que l'univers était en expansion! Même aujourd'hui, la conséquence de la constante cosmologique dans la relativité générale a un énorme impact sur la physique, ce qui provoque les théoriciens des cordes à repenser leur approche globale.

Les équations de la relativité générale d'Einstein qui a développé montré que le tissu même de l'espace était en expansion ou en contraction. Ce fait aucun sens pour Einstein, donc en 1917, il a ajouté la constante cosmologique aux équations. Ce terme représentait une forme de gravité répulsive qui exactement compensé la traction attrayante de gravité.

Lorsque Hubble a montré que l'univers était en effet en pleine expansion, Einstein a appelé à l'introduction de la constante cosmologique son “ plus grande gaffe ” et il retiré à partir des équations. Ce concept serait de retour au cours des années, cependant. Avec la découverte de l'énergie sombre, Einstein “ bourde ” a été trouvé pour être un paramètre nécessaire dans la théorie (même si la plupart des physiciens pour un siècle suppose la valeur de la constante cosmologique était de zéro).

Découvrir que l'énergie et la pression ont gravité

Dans la gravité de Newton, corps avec masse ont été attirés les uns aux autres. La relativité d'Einstein a montré que la masse et l'énergie sont liées. Par conséquent, la masse et l'énergie à la fois exerçaient une influence gravitationnelle. Non seulement cela, mais il est possible que l'espace lui-même pourrait exercer une pression qui déformé espace.

Quand Einstein a créé son premier modèle basé sur la théorie de la relativité générale, il a réalisé que cela impliquait un univers en expansion. À l'époque, personne n'a eu aucune raison particulière de penser l'univers était en expansion, et Einstein suppose que ce fut une faille dans sa théorie.

Dans un espace de Sitter, la seule chose qui existe est l'énergie du vide - la constante cosmologique lui-même. Même dans un univers ne contenant pas d'importance à tous, cela signifie que l'espace se développera. Un espace de Sitter a une valeur positive pour la constante cosmologique, qui peut également être décrit comme une courbure positive de l'espace-temps.

Un modèle similaire avec une constante cosmologique négative (ou une courbure négative, où l'expansion se ralentit) est appelé anti-de Sitter espace.

En 1922, le physicien russe Aleksandr Friedmann tourné sa main pour résoudre les équations de la relativité générale élaborés, mais a décidé de le faire dans le cas le plus général en appliquant le principe cosmologique (qui peut être considéré comme un cas plus général du principe de Copernic), qui se compose de deux hypothèses:

  • L'univers semble le même dans toutes les directions (il est isotrope).

  • L'univers est uniforme, peu importe où vous allez (il est homogène).

Avec ces hypothèses, les équations deviennent beaucoup plus simple. Modèle original d'Einstein et le modèle de de Sitter fois fini par être des cas particuliers de cette analyse plus générale. Friedmann a été en mesure de définir la solution en fonction de seulement trois paramètres:

  • La constante de Hubble (le taux d'expansion de l'univers)


  • Lambda (la constante cosmologique)

  • Omega (densité de matière moyenne dans l'univers)

À ce jour, les scientifiques essaient de déterminer ces valeurs avec autant de précision que possible, mais même sans valeurs réelles qu'ils peuvent définir trois solutions possibles. Chaque solution correspond à un certain “ la géométrie ” de l'espace, qui peut être représenté de manière simplifiée par l'espace de façon naturellement des courbes dans l'univers, comme montré dans la figure:

  • Univers clos: Il ya suffisamment de matière dans l'univers que la gravité finira par surmonter l'expansion de l'espace. La géométrie d'un tel univers est une courbure positive, comme la sphère dans l'image à gauche dans la figure. (Ceci, associé modèle original d'Einstein sans une constante cosmologique.)

  • Ouvrir univers: Il n'y a pas assez de matière pour arrêter l'expansion, de sorte que l'univers va continuer à étendre indéfiniment au même rythme. Cet espace-temps a une courbure négative, comme la forme de la selle montré dans l'image du milieu de la figure.

  • Univers plat: L'expansion de l'univers et la densité de la matière parfaitement équilibrer, donc l'expansion de l'univers ralentit au fil du temps, mais ne cesse jamais tout à fait complètement. Cet espace n'a pas de courbure dans l'ensemble, comme montré dans l'image la plus à droite de la figure. (Friedmann lui-même n'a pas découvert cette solution qui consisterait il a été constaté ans plus tard.)

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Ces modèles sont très simplifiées, mais ils avaient besoin d'être parce que les équations d'Einstein est devenu très complexe dans les cas où l'univers était peuplé avec beaucoup de matière, et ne existait pas encore supercalculateurs pour effectuer toutes les mathématiques.


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