Alam semesta statis Einstein

Alam semesta statis Einstein atau Alam semesta Einstein adalah model kosmologis relativistik pertama bahwa alam semesta statis yang menuntut bahwa ruang tidak mengembang atau menyusut melainkan stabil secara dinamis. Modelnya statis, terbatas dengan simetri dan spasial. Albert Einstein pernah mengajukan model seperti kosmologi pilihannya dengan menambahkan konstanta kosmologis ke persamaan relativitas umumnya untuk menangkal efek dinamis dari gravitasi yang dia alam semesta materi akan menyebabkan alam semesta runtuh. Oleh karena itu, alam semesta ini tidak berkontraksi atau mengembang.

Alam semesta secara keseluruhan yang menetapkan pengamatan relatif terhadap ruang global alam semesta. Seorang pengamat di alam semesta diasumsikan mengalami percepatan inersia ke bawah sepanjang radius tertentu karena energi kinetik alam semesta, dengan percepatan total pada semua jari-jari sama dengan nol. Ini menghasilkan efek Doppler untuk foton yang datang dari sumber jauh yang dapat menjelaskan hukum Hubble di alam semesta statis. Alam semesta statis Einstein telah memainkan peran utama dalam berbagai skenario yang muncul baru-baru ini diusulkan untuk mengatasi masalah singularitas awal model standar kosmologi.

Sejarah

Pada tahun 1917 Einstein menerapkan teorinya tentang relativitas umum di alam semesta, dan menyarankan model alam semesta yang statis, homogen, dan melengkung secara spasial. Namun, interpretasi ini memiliki satu masalah besar: Jika gravitasi adalah satu-satunya gaya aktif, alam semesta akan runtuh - masalah yang diatasi Einstein dengan memasukkan konstanta kosmologis.

Dia kemudian dengan keras menolak pandangan bahwa alam semesta mengembang, terkepas dari saran-saran orang sezamannya bahwa memang demikian. Misalnya, pada tahun 1922, fisikawan Rusia Alexander Friedmann menunjukkan bahwa persamaaan Einstein dapat digunakan untuk dunia dinamis. Dan, pada tahun 1927, Georges Lemaître, seorang astrofisikawan Belgia dari Universitas Katolik Louvain, menyimpulkan bahwa alam semesta mengembang dengan relativitas umum dengan pengamatan astronomi. Namun, Einstein tetap menolak untuk meninggalkan alam semesta statisnya.

Namun, dalam laporan April 1931 ke Prussian Academy of Sciences, Einstein akhirnya mengadopsi alam semesta yang mengembang. Pada tahun 1932 ia bekerja sama dengan ahli fisika teoritis dan astronom Belanda, Willem de Sitter, untuk mengusulkan alam semesta yang mengembang secara abadi yang menjadi model kosmologis yang diterima secara umum hingga pertengahan tahun 1990-an. Untuk melegakan Einstein, kedua model ini tidak lagi membutuhkan konstanta kosmologis.

Proposal

Pada tanggal 8 Februari tahun 1917, Einstein menerbitkan makalah berjudul 'Kosmologische Betrachtungen zur allgemeinen Relativitätstheorie' ("Pertimbangan Kosmologis dalam Teori Relativitas Umum"), yang mendalilkan bahwa kita menghuni alam semesta yang geometri spasial tertutup, dan menggambarkan angka yang disebut Konstanta kosmologis. Relativitas dapat menghasilkan model yang dari alam semesta yang diketahui jika diasumsikan bahwa kosmos memiliki geometri bola tiga dimensi - tidak terbatas secara spasial, namun konstennya terbatas. Konstanta kosmologis memiliki nilai yang sedemikian rupa sehingga, ketika diguanakan di persamaan yang baru dibuatnya yang menggambarkan perilaku gaya gravitasi, alam semesta yang tidak berubah dimuntahkan - sesuai dengan pengetahuan saai itu, serta keyakinannya, bahwa alam semesta itu statis. Sebaliknya, tanpa konstanta dalam gambar, relativitas umum Einstein menyatakan bahwa tarikan gravitasi massa yang terkandung di alam semesta akan menarik semua materi bersama-sama, menjaga alam semesta tetap dinamis.

Proposal Einstein adalah alam semesta yang dicirikan oleh "solusi debu" dari "persamaan medan Einstein" untuk nilai "konstanta kosmologis" yang sama dengan $\Lambda _{E}=4\pi G\rho /c^{2}$, dimana $G$ adalah konstanta gravitasi Newtonian, $\rho$ adalah kepadatan energi materi di alam semesta dan $c$ adalah "kecepatan cahaya". Nilai $\Lambda _{E}$ disebut "konstanta kosmologis Einstein" atau, sebagai alternatif "konstanta kosmologis alam semesta Einstein". "Jari-jari kelengkungan ruang alam semesta Einstein, yang disebut "jari-jari Einstein", sama dengan $:R_{E}=\Lambda _{E}^{-1/2}$ = ${c \over {\sqrt {4\pi G\rho }}}$.

Alam semesta Einstein "adalah salah satu dari" koordinat Robertson-Walker | solusi Friedmann dari "dari persamaan medan Einstein, untuk nilai konstanta kosmologis $\Lambda _{E}$. Persamaan tersebut menjelaskan bagaimana materi dan energi melengkungkan struktur ruang dan waktu untuk menciptakan gravitasi. Ini adalah solusi stasioner dari solusi Friedmann, dan karena diam, ia dianggap menjadi nonfisik oleh sebagian besar astronom. Dalam analisisnya, Einstein menemukan bahwa solusi bukan nol untuk persamaan medan hanya diperoleh jika suku baru dimasukkan ke dalam persamaan berikut:

Gμν+λgμν=−κTμν

Bagi beberapa orang istilah baru λgμν, yang dikenal sebagai suku konstanta kosmologis, merusak kesimetrian dan kesederhanaan persamaan medan aslinya. Namun, relativitas umum pasti mengizinkan istilah tersebut; memang Einstein telah mencatat kemungkinan perluasan persamaan seperti itu dalam eksposisi aslinya tahun 1916. "Pertimbangan kosmologis" adalah bacaan yang menarik, karena berisi diskusi terperinci tentang batasan kosmologi Newton dan deskripsi "jalur panjang dan berliku" Einstein menuju model relativistik alam semesta yang konsisten. Analisis Einstein memuncak pada hubungan sederhana antara konstanta kosmologis $\Lambda$, kerapatan rata-rata materi ρ, dan jari-jari kosmos R menurut:

λ=κρ2=1R2

Para astronom berpendapat bahwa alam semesta mengembang karena diamati adanya "pergeseran merah Hubble" dan hal tersebut diartikan oleh para astronom sebagai "pergeseran merah Doppler" yang disebabkan oleh galaksi-galaksi yang menjauh dari galaksi kita sendiri boleh karena itu, solusi nyata persamaan medan Einstein dianggap tidak dapat diam.

Einstein mulai menganggap modifikasi teorinya sebagai "kesalahan besar". Kebanyakan fisikawan abad ke-20 menganggapnya bernilai nol; Asumsi ini memprediksi perluasan alam semesta yang melambat, yang ditunjukkan bahwa agar tekanan dan percepatan fluida seragam dan terbatasa di Alam semesta statis Einstein, konstanta kosmologis, nol. Bukti independen menunjukkan bahwa memang demikian. Namun, terlepas dari fakta bahwa Einstein mencela modifikasi ini, banyak astronom telah mengubah penyangkalan dan kecamannya sebagai pendukung "alam semesta yang berakselerasi". Konstanta kosmologis juga dihidupkan kembali sebagai penjelasan yang mungkin untuk "energi gelap".

Artinya, Einstein menolak fisika yang mendukung model "pecepatan alam semesta" dan "materi gelap", menyebutnya sebagai "kesalahan terbesar". Namun, Einstein tidak meninggalkan keyakinannya pada alam semesta statis.