String Theory Idee eines expandierenden Universums
Albert Einstein wurde durch das Konzept eines unveränderlichen Universum 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,
Menu
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. Mehrere Modelle wurden zu zeigen, konstruiert, wie diese Energie und Druck, um die Expansion und Kontraktion des Raums beeinflusst.
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.
Einsteins Allgemeine Relativitätsgleichungen für die Zugabe eines zusätzlichen Begriff erlaubt, während mathematisch rentabel zu bleiben. Einstein stellte fest, dass dieser Begriff eine positive Energie (oder Unterdruck) gleichmäßig über das Gewebe der Raumzeit verteilt darstellen könnte selbst, die als Akt würde Anti Schwerkraft, oder abstoßend Form der Schwerkraft. Dieser Begriff wurde gewählt, um genau die Kontraktion des Universums aufheben, so würde das Universum statisch sein (oder unveränderlich in der Zeit).
Im Jahr 1917 veröffentlichte im selben Jahr Einstein seine Gleichungen die kosmologische Konstante, niederländische Physiker Willem de Sitter angelegt, um sie zu einem Universum ohne Materie enthält, in denen das einzige, was die Energie des Vakuums besteht, ist - 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 von Natur aus Kurven im Universum in vereinfachter Weise durch die Art und Weise Raum dargestellt werden kann, wie in Abbildung 9-2 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, wie die Kugel in der linken Bild in der Abbildung unten. (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. Diese Raum-Zeit hat eine negative Krümmung, wie die Form Sattel in der Mitte Bild in der Abbildung unten dargestellt.
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 im rechten Bild der Abbildung unten dargestellt. (Friedmann selbst nicht entdecken, diese lösungs- es Jahre später gefunden wurde.)
Drei Arten von Universen: geschlossen, offen und flach.
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 alle die Mathematik zu führen (und auch Physiker wollen weitergehen jeder einmal geht in eine Weile).
Hubble beweist ein expandierendes Universum
Im Jahr 1927 erwies sich als Astronom Edwin Hubble, dass sich das Universum ausdehnt. Während entfernte Galaxien zu studieren, bemerkte er, dass das Licht von ihren Stars eine Wellenlänge hatte, die zum roten Ende des elektromagnetischen Spektrums verschoben wurde. Dies ist eine Folge der Wellennatur des Lichts - ein Objekt, das (in Bezug auf den Beobachter) emittiert Licht mit einer etwas anderen Wellenlänge bewegt. (Wenn Sie jemals eine Sirene Tonhöhenänderung gehört habe, da sie Ansätze und übergibt Ihnen, Sie haben diesen Effekt erlebt.)
Hubble sah diese Rotverschiebung in den Sternen, bemerkte er, nicht nur durch die Bewegung der Sterne, sondern durch den Ausbau der Raumzeit selbst, und im Jahr 1929 festgestellt, dass der Betrag der Verschiebung auf die Entfernung von der Erde verbunden war. Die weiter entfernten Sterne bewegten sich schneller ab als die nahe gelegenen Sternen. Der Raum selbst wurde erweitert.
Klar, in diesem Fall hatte Einstein falsch gewesen und Friedmann hatte Recht, alle möglichen Szenarien, die von der allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagt zu erkunden. Einstein nannte die Einführung der kosmologischen Konstante sein # 147-größte Fehler # 148- und entfernt es aus den Gleichungen. Leider starb Friedmann im Jahr 1925, so dass er nie wusste, dass er Recht hatte.