Statisches Universum

Im Kosmologie, a Statisches Universum (auch bezeichnet als stationär, unendlich, Statisch unendlich oder statischer ewiger) ist ein Kosmologisches Modell in welcher Universum ist beides räumlich und zeitlich unendlich und Raum ist keiner der beiden expandieren noch Vertrag. Ein solches Universum hat nicht so genannt räumliche Krümmung; das heißt, dass es "flach" ist oder Euklidisch. Ein statisches unendliches Universum wurde erstmals vom englischen Astronom vorgeschlagen Thomas Digges (1546–1595).[1]

Im Gegensatz zu diesem Modell, Albert Einstein schlug ein zeitlich unendliches, aber räumlich endliches Modell vor, wie sein bevorzugt Kosmologie im Jahr 1917 in seiner Zeitung Kosmologische Überlegungen in der allgemeinen Relativitätstheorie.

Nach der Entdeckung der Rotverschiebungs-Distanz-Beziehung (Abgeleitet durch die inverse Korrelation der galaktischen Helligkeit mit Rotverschiebung) durch amerikanische Astronomen Vesto Slipher und Edwin Hubble, der Astrophysiker Georges Lemaître interpretierte die Rotverschiebung als Beweis für die universelle Expansion und damit a Urknallwährend der Schweizer Astronom Fritz Zwicky schlug vor, dass die Rotverschiebung durch die verursacht wurde Photonen Energie verlieren, während sie durch die gingen Angelegenheit und/oder Kräfte im intergalaktischen Raum. Zwickys Vorschlag würde als bezeichnet werden 'müde Licht' - Eine von dem Major erfundene Amtszeit Urknall Befürworter Richard Tolman.

Das Einstein -Universum

Im Jahr 1917 fügte Albert Einstein ein positives hinzu Kosmologische Konstante zu seinem Gleichungen von generelle Relativität den attraktiven Auswirkungen von entgegenzuwirken Schwere zu gewöhnlicher Mater Zusammenbruch oder für immer erweitern.[2][3][4] Dieses Modell des Universums wurde als Einstein -Welt bekannt oder Einsteins statisches Universum.

Diese Motivation endete nach dem Vorschlag des Astrophysikers und römisch -katholischen Priesters Georges Lemaître Dass das Universum nicht statisch zu sein scheint, sondern expandiert. Edwin Hubble hatte Daten aus den Beobachtungen des Astronomen untersucht Vesto Slipher eine Beziehung zwischen zu bestätigen Rotverschiebung und Entfernung, was die Grundlage für die Moderne bildet Erweiterungsparadigma Das wurde von Lemaître eingeführt. Entsprechend George Gamow Dies veranlasste Einstein, dieses kosmologische Modell und insbesondere die Einführung der kosmologischen Konstante, sein "größter Fehler", zu erklären.[1]

Einsteins statisches Universum ist abgeschlossen (d. h. hat eine hypersphärische Topologie und eine positive räumliche Krümmung) und enthält gleichmäßige Staub und einen positiven Kosmologische Konstante mit Wert genau , wo ist Newtonsche Gravitationskonstante, ist die Energiedichte der Materie im Universum und ist der Lichtgeschwindigkeit. Das Krümmungsradius des Raums des Einstein -Universums ist gleich

Das Einstein -Universum ist eines von Friedmanns Lösungen zu Einsteins Feldgleichung für Staub mit Dichte , kosmologische Konstante und Krümmungsradius . Es ist die einzige nicht triviale statische Lösung für Friedmanns Gleichungen.

Da das Einstein -Universum bald als inhärent instabil anerkannt wurde, wurde es derzeit als tragfähiges Modell für das Universum aufgegeben. Es ist in dem Sinne instabil, dass jede geringfügige Änderung des Wertes der kosmologischen Konstante die geringfügige Veränderung Materie Dichte, oder der räumliche Krümmung wird zu einem Universum führen, das entweder für immer erweitert und beschleunigt oder um eine Singularität umzusetzen.

Nachdem Einstein auf seine kosmologische Konstante verzichtet hatte und das Friedmann-Lemaitre-Modell eines expandierenden Universums angenommen hatte.[5] Die meisten Physiker des 20. Jahrhunderts gingen davon aus, dass die kosmologische Konstante Null ist. Wenn ja (ohne eine andere Form von dunkle Energie) Die Expansion des Universums würde sich verlangsamen. Jedoch danach Saul Perlmutter, Brian P. Schmidt, und Adam G. Riess stellte die Theorie eines ein Beschleunigen des Universums Im Jahr 1998 wurde eine positive kosmologische Konstante als einfache Erklärung für wiederbelebt dunkle Energie.

1976 Irving Segal wiederbelebte das statische Universum in seinem Chronometrische Kosmologie. Ähnlich wie Zwicky schrieb er die rote Verschiebung entfernter Galaxien in den Kosmos zu. Obwohl er in astronomischen Daten bestätigt hatte, finden andere die Ergebnisse nicht schlüssig.[6]

Anforderungen eines statischen Infinite -Modells

Damit ein statisches Infinite -Universum -Modell lebensfähig ist, muss es drei Dinge erklären:

Erstens muss es die intergalaktische Erklärung erklären Rotverschiebung. Zweitens muss es das erklären kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung. Drittens muss es einen Mechanismus haben, um die Materie neu zu erstellen (insbesondere Wasserstoff Atome) aus Strahlung oder anderen Quellen, um ein allmähliches „Ablauf“ des Universums aufgrund der Umwandlung von Materie in Energie in zu vermeiden Sternprozesse.[7][8] Mit dem Fehlen eines solchen Mechanismus würde das Universum aus toten Objekten bestehen, wie z. Schwarze Löcher und Schwarze Zwerge.

Siehe auch

Verweise

  1. ^ Pogge, Richard W. (24. Februar 2014). "Essay: Die Torheit von Giordano Bruno". astronomy.ohio-state.edu. Abgerufen 3. April 2016. Bruno wird oft anerkannt, dass das kopernikanische System ein unendliches Universum erlaubt hat. In Wahrheit wurde erstmals von Thomas Digges in seinem Eine Perfit -Beschreibung der caelestialen Orben, in dem Graben sowohl das kopernikanische System präsentiert als auch erweitert, was darauf hindeutet, dass das Universum unendlich war.
  2. ^ Einstein, Albert (1917). "Kosmologische Betrachtungen zur Allgemeinen Relativitättheorie". Sitshotz. König. Preus. Akad.: Sitzungsb. König. Preus. Akad. 142–152.
  3. ^ Lorentz H.A.; Einstein a.; Minkowski H.; H. Weyl (1923). Das Prinzip der Relativitätstheorie. New York: Metheun & Co. S. 175–188.
  4. ^ O'raifeartaigh; et al. (2017). "Einsteins statisches Modell des Universums aus dem Jahr 1917: A Centennial Review". EUR. Phys. J. H.. 42 (3): 431–474. Arxiv:1701.07261. Bibcode:2017epjh ... 42..431o. doi:10.1140/EPJH/E2017-80002-5. S2CID 119461771.
  5. ^ Nussbaumer, Harry; O'Keeffe, Michael; Nahm, Werner; Mitton, Simon (2014). "Einsteins Bekehrung von seiner Statik zu einem expandierenden Universum". European Physical Journal H. 39 (1): 37–62. Arxiv:1311.2763. Bibcode:2014epjh ... 39 ... 37n. doi:10.1140/epjh/e2013-40037-6. S2CID 122011477.
  6. ^ Irving Segal (1976): Mathematische Kosmologie und extragalaktische Astronomie.Reine und angewandte Mathematik -Serie, Vol.68. Akademische Presse. 19. Februar 1976. ISBN 9780080873848.
  7. ^ Macmillan, W.D. 1918. "On Stern Evolution". Astrophys. J. 48: 35–49
  8. ^ Macmillan, W.D. 1925. "Einige mathematische Aspekte der Kosmologie". Wissenschaft 62: 63–72, 96–99, 121–127.
  1. ^ In George Gamows Autobiographie, Meine Weltlinie (1970), sagt er über Einstein: "Viel später, als ich über kosmologische Probleme mit Einstein diskutierte, bemerkte er, dass die Einführung des kosmologischen Begriffs der größte Fehler seines Lebens war."