L'idée de théorie des cordes d'un univers en expansion

Albert Einstein a été influencé 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 terme représentait une forme de gravité répulsive qui exactement compensé la traction attrayante de gravité, et il se révélera 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.

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. Plusieurs modèles ont été construits pour montrer comment cette énergie et la pression affectés à l'expansion et la contraction de l'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.

Équations de la relativité générale d'Einstein autorisés pour l'ajout d'un terme supplémentaire tout en restant mathématiquement viable. Einstein a constaté que ce terme pourrait représenter une énergie positive (ou pression négative) répartis uniformément dans le tissu de l'espace-temps lui-même, qui agirait comme un anti-gravité, ou la forme de gravité répulsive. Ce terme a été choisi pour annuler précisément sur la contraction de l'univers, alors l'univers serait statique (ou immuable dans le temps).

En 1917, la même année Einstein a publié ses équations contenant la constante cosmologique, physicien hollandais Willem de Sitter les appliquer à un univers sans matière, dans lequel 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 courbes dans l'univers, comme le montre la Figure 9-2.

• 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 ci-dessous. (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 dans la figure ci-dessous.

• 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 à droite de la figure ci-dessous. (Friedmann lui-même n'a pas découvert cette solution qui consisterait il a été constaté ans plus tard.)

  
  Trois types d'univers: fermé, ouvert, et plat.

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 existaient pas encore supercalculateurs pour effectuer toutes les mathématiques (et même les physiciens veulent aller sur Dates de tous les temps en temps).

Hubble prouve un univers en expansion

En 1927, l'astronome Edwin Hubble a prouvé que l'univers est en expansion. Tout en étudiant les galaxies lointaines, il a remarqué que la lumière de leurs étoiles avait une longueur d'onde qui a été déplacée vers l'extrémité rouge du spectre électromagnétique. Ceci est une conséquence de la nature ondulatoire de la lumière - un objet qui bouge (par rapport à l'observateur) émet de la lumière avec une longueur d'onde légèrement différente. (Si vous avez déjà entendu parler de changement de hauteur de sirène à l'approche et vous passe, vous avez vécu cet effet.)

Hubble a vu ce décalage vers le rouge dans les étoiles qu'il a observées, causée non seulement par le mouvement des étoiles, mais par l'expansion de l'espace-temps lui-même, et en 1929 a déterminé que la quantité de décalage a été liée à la distance de la Terre. Les étoiles les plus éloignées se déplaçaient plus vite que les étoiles proches. Espace lui-même était en expansion.

Il est clair que, dans ce cas, Einstein avait eu tort et Friedmann avait eu raison d'explorer tous les scénarios possibles prévus par la relativité générale. Einstein a appelé à l'introduction de la constante cosmologique son “ plus grande gaffe ” et il retiré à partir des équations. Malheureusement, Friedmann est mort en 1925, il n'a jamais su qu'il avait raison.