A teoria das cordas ea ideia de um universo em expansão
Antes da teoria das cordas, Albert Einstein foi fortemente influenciado pelo conceito de um universo imutável. Sua teoria da relatividade geral previa um universo dinâmico - que mudou substancialmente ao longo do tempo - assim que ele introduziu um termo, o chamado constante cosmológica,
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Este viria a ser 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.
As equações da relatividade geral que Einstein desenvolvidos mostraram que o próprio tecido do espaço estava se expandindo ou contraindo. Isso não fazia sentido para Einstein, por isso, em 1917, acrescentou a constante cosmológica para as equações. Este termo representa uma forma de gravidade repulsiva que exatamente equilibrado a força atrativa da gravidade.
Quando Hubble mostrou que o universo foi de fato expandindo, Einstein chamou a introdução da constante cosmológica seu “maior erro” e removido a partir das equações. Este conceito voltaria ao longo dos anos, no entanto. Com a descoberta da energia escura “erro” de Einstein foi encontrado para ser um parâmetro necessário na teoria (embora os físicos para mais de um século assumido o valor da constante cosmológica era zero).
Descobrir que a energia ea pressão tem gravidade
Na 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 deformado 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.
Em um espaço de Sitter, a única coisa que existe é a energia do vácuo - a própria constante cosmológica. Mesmo em um universo contendo não importa em tudo, isto significa que o espaço vai se expandir. Um espaço de Sitter tem um valor positivo para a constante cosmológica, o qual também pode ser descrito como uma curvatura positiva de espaço-tempo.
Um modelo semelhante com uma constante negativa cosmológica (ou uma curvatura negativa, em que a expansão está retardando) é chamado um 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 homogênea).
Com estes pressupostos, as equações tornam-se muito mais simples. modelo original de Einstein e modelo de de Sitter ambos acabaram 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 “geometria” de espaço, que pode ser representado de uma maneira simplificada pela maneira espaço naturalmente curvas no universo, como mostrado na figura:
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 extrema esquerda da imagem na figura. (Este combinado modelo original de Einstein sem uma constante cosmológica.)
Video: Astronomia: Uma Visão Geral II - Aula 5 - O Universo em Expansão: A Lei de Hubble
Abrir universo: Não há matéria suficiente para parar a expansão, de modo que o universo continuará a se expandir para sempre no mesmo ritmo. Este espaço de tempo tem uma curvatura negativa, como a forma de sela mostrado na imagem do meio na figura.
universo plano: A expansão do universo e da densidade da matéria perfeitamente equilibrar, de modo a expansão do universo fica mais lento ao longo do tempo, mas nunca parar completamente. Este espaço tem nenhuma curvatura geral, como mostrado na imagem mais à direita da figura. (O próprio Friedmann não descobrir esse solução que consistiria verificou-se anos mais tarde.)
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.