Stringtheorie und die Idee einer Expansion des Universums

Bevor der String-Theorie wurde Albert Einstein durch das Konzept eines unveränderlichen Universums stark beeinflusst. Seine allgemeine Relativitätstheorie ein dynamisches Universum vorhergesagt - eine, die im Wesentlichen im Laufe der Zeit verändert - so führte er einen Begriff, die so genannte kosmologische Konstante, in der Theorie das Universum statisch und ewig zu machen.

Dies würde beweisen, einen Fehler zu sein, wenn einige Jahre später, Astronom Edwin Hubble entdeckt, dass das Universum expandiert wurde! Noch heute hat die Folge der kosmologischen Konstante in der allgemeinen Relativitätstheorie enorme Auswirkungen auf die Physik, so dass Stringtheoretiker ihre ganze Ansatz zu überdenken.

Die Gleichungen der allgemeinen Relativitätstheorie, die Einstein entwickelt hat gezeigt, dass das Gewebe der Raum oder Contracting wurde erweitert. Das machte keinen Sinn, Einstein, so im Jahr 1917 er die kosmologische Konstante zu den Gleichungen gegeben. Dieser Begriff repräsentiert eine Form von Abstoßungsschwerkraft die genau mit dem attraktiven Zug der Schwerkraft ausgeglichen.

Wenn Hubble zeigte, dass das Universum in der Tat expandiert, nannte Einstein die Einführung der kosmologischen Konstante sein # 147-größte Fehler # 148- und entfernt es aus den Gleichungen. Dieses Konzept würde im Laufe der Jahre zurückkehren, jedoch. Mit der Entdeckung der Dunklen Energie, Einstein # 147-Fehler # 148- wurde gefunden, ein notwendiger Parameter in der Theorie zu sein (auch wenn die Physiker für die meisten eines Jahrhunderts die kosmologische Konstante Wert angenommen war null).

Die Entdeckung, dass Energie und Druck haben die Schwerkraft

In Newtons Schwerkraft Körper mit Masse wurden zueinander hingezogen. Einsteins Relativitäts zeigte, dass Masse und Energie verbunden waren. Daher übte sowohl Masse und Energie Gravitationseinfluss. Nicht nur das, aber es war möglich, dass der Raum selbst könnte einen Druck ausüben, der Raum verzerrt.

Als Einstein seine erste Modell erstellt auf der Grundlage der allgemeinen Relativitätstheorie, erkannte er, dass es ein expandierendes Universum impliziert. Damals hatte niemand einen besonderen Grund das Universum zu denken, wurde erweitert, und Einstein angenommen, dass dies ein Fehler in seiner Theorie war.

In einem de Sitter-Raum, das einzige, was die Energie des Vakuums besteht - die kosmologische Konstante selbst. Selbst in einem Universum überhaupt kein Material enthalten, das bedeutet, dass Raum erweitern. A de Sitter-Raum hat einen positiven Wert für die kosmologische Konstante, die auch als eine positive Krümmung der Raumzeit beschrieben werden kann.

Ein ähnliches Modell mit einer negativen kosmologische Konstante (oder eine negative Krümmung, bei der Expansion verlangsamt) ein genannt wird anti-de Sitter-Raum.

Im Jahr 1922 wandte sich der russische Physiker Alexander Friedmann seine Hand, um die aufwendigen Gleichungen der allgemeinen Relativitätstheorie zu lösen, entschied sich aber so im allgemeinsten Fall zu tun, indem die Anwendung kosmologische Prinzip , (Die als allgemeineren Fall des Copernican Prinzip gesehen werden kann), die von zwei Annahmen aus:

• Das Universum sieht gleich aus in alle Richtungen (es ist isotropen).

• Das Universum ist einheitlich, egal wo Sie gehen (es ist homogene).

Mit diesen Annahmen werden die Gleichungen viel einfacher. Einstein Originalmodell und de Sitter Modell beendet beide Sonderfälle dieser allgemeineren Analyse beträgt. Friedmann war in der Lage, die Lösung zu definieren, in Abhängigkeit von nur drei Parameter:

• Hubble-Konstante (die Expansionsrate des Universums)

• Lambda (die kosmologische Konstante)

• Omega (mittlere Materiedichte im Universum)

Bis heute versuchen Wissenschaftler diese Werte so genau wie möglich zu bestimmen, aber auch ohne reale Werte können sie drei mögliche Lösungen zu definieren. Jede Lösung entspricht einem bestimmten # 147-Geometrie # 148- Raum, der in vereinfachter Weise durch die Art Raum natürlich Kurven im Universum dargestellt werden kann, wie in der Figur gezeigt:

• Geschlossen Universum: Es gibt genug Materie im Universum, dass die Schwerkraft schließlich die Expansion des Raumes überwunden wird. Die Geometrie eines solchen Universum ist eine positive Krümmung auf, wie die Kugel in der äußersten linken Bild in der Figur. (Dieses abgestimmte ursprüngliche Modell des Einstein ohne kosmologische Konstante.)

• Öffnen Universum: Es gibt nicht genug Materie Expansion zu stoppen, so dass das Universum für immer mit der gleichen Geschwindigkeit weiter ausbauen werden. Dieser Raum-Zeit eine negative Krümmung auf, wie die Form Sattel in der Mitte Bild in der Figur gezeigt.

• Wohnung Universum: Die Expansion des Universums und die Dichte der Materie Balance besonders aus, so Expansion des Universums verlangsamt sich im Laufe der Zeit aber nie ganz vollkommen anhält. Dieser Raum hat keine Gesamtkrümmung, wie in der äußersten rechten Bild der Figur gezeigt ist. (Friedmann selbst nicht entdecken, diese lösungs- es Jahre später gefunden wurde.)

  

Diese Modelle sind stark vereinfacht, aber sie benötigt werden, weil Einstein-Gleichungen sehr komplex bekam in Fällen, in denen sich das Universum mit viel Materie bevölkert war, und Supercomputern gab es noch nicht die ganze Mathematik auszuführen.