En cosmología , un universo estático (también conocido como estacionario , infinito , estático infinito o estático eterno ) es un modelo cosmológico en el que el universo es espacial y temporalmente infinito, y el espacio no se expande ni se contrae. Un universo así no tiene la denominada curvatura espacial ; es decir que es "plano" o euclidiano . Un universo infinito estático fue propuesto por primera vez por el astrónomo inglés Thomas Digges (1546-1595). [1]
En contraste con este modelo, Albert Einstein propuso un modelo temporalmente infinito pero espacialmente finito como su cosmología preferida durante 1917, en su artículo Cosmological Considerations in the General Theory of Relativity .
Después del descubrimiento de la relación desplazamiento al rojo-distancia (deducida por la correlación inversa del brillo galáctico al desplazamiento al rojo) por los astrónomos estadounidenses Vesto Slipher y Edwin Hubble , el astrofísico Georges Lemaître interpretó el desplazamiento al rojo como evidencia de expansión universal y por lo tanto un Big Bang , mientras que el suizo El astrónomo Fritz Zwicky propuso que el corrimiento al rojo fue causado por la pérdida de energía de los fotones al pasar a través de la materia y / o fuerzas en el espacio intergaláctico. La propuesta de Zwicky llegaría a denominarse " luz cansada ", un término inventado por el principal defensor del Big Bang, Richard Tolman .
El universo de Einstein
Durante 1917, Albert Einstein agregó una constante cosmológica positiva a sus ecuaciones de relatividad general para contrarrestar los efectos atractivos de la gravedad sobre la materia ordinaria, que de otro modo causaría que un universo estático, espacialmente finito, colapsara o expandiera para siempre . [2] [3] [4] Este modelo del universo se conoció como el mundo de Einstein o el universo estático de Einstein .
Esta motivación terminó después de la propuesta del astrofísico y sacerdote católico romano Georges Lemaître de que el universo parece no ser estático, sino expandirse. Edwin Hubble había investigado datos de las observaciones realizadas por el astrónomo Vesto Slipher para confirmar una relación entre el desplazamiento al rojo y la distancia , que forma la base del paradigma de expansión moderno que fue introducido por Lemaître. Según George Gamow, esto hizo que Einstein declarara este modelo cosmológico, y especialmente la introducción de la constante cosmológica, su "mayor error". [1]
El universo estático de Einstein es cerrado (es decir, tiene topología hiperesférica y curvatura espacial positiva), y contiene polvo uniforme y una constante cosmológica positiva con valor precisamente, dónde es la constante gravitacional newtoniana, es la densidad de energía de la materia en el universo y es la velocidad de la luz . El radio de curvatura del espacio del universo de Einstein es igual a
El universo de Einstein es una de las soluciones de Friedmann a la ecuación de campo de Einstein para el polvo con densidad, constante cosmológica y radio de curvatura . Es la única solución estática no trivial de las ecuaciones de Friedmann. [ cita requerida ]
Debido a que pronto se reconoció que el universo de Einstein era inherentemente inestable, en la actualidad se abandonó como modelo viable para el universo. Es inestable en el sentido de que cualquier pequeño cambio en el valor de la constante cosmológica, la densidad de la materia o la curvatura espacial dará como resultado un universo que se expande y acelera para siempre o vuelve a colapsar en una singularidad.
Después de que Einstein renunció a su constante cosmológica y adoptó el modelo de Friedmann-LeMaitre de un universo en expansión, [5] la mayoría de los físicos del siglo XX asumieron que la constante cosmológica es cero. Si es así (en ausencia de alguna otra forma de energía oscura ), la expansión del universo se estaría desacelerando. Sin embargo, después de que Saul Perlmutter , Brian P. Schmidt y Adam G. Riess introdujeran la teoría de un universo en aceleración durante 1998, se revivió una constante cosmológica positiva como una simple explicación de la energía oscura .
En 1976 Irving Segal revivió el universo estático en su cosmología cronométrica . Al igual que Zwicky, atribuyó el desplazamiento hacia el rojo de las galaxias distantes a la curvatura del cosmos. Aunque reclamó su reivindicación en los datos astronómicos, otros encuentran que los resultados no son concluyentes. [6]
Requisitos de un modelo infinito estático
Para que un modelo de universo infinito estático sea viable, debe explicar tres cosas:
Primero, debe explicar el corrimiento al rojo intergaláctico . En segundo lugar, debe explicar la radiación cósmica de fondo de microondas . En tercer lugar, debe tener un mecanismo para recrear la materia (particularmente los átomos de hidrógeno ) a partir de la radiación u otras fuentes a fin de evitar un "agotamiento" gradual del universo debido a la conversión de materia en energía en procesos estelares . [7] [8] Con la ausencia de tal mecanismo, el universo estaría formado por objetos muertos como agujeros negros y enanas negras .
Ver también
- Modelo milne
- Teoría del estado estacionario
- Cosmología del plasma
Referencias
- ^ Pogge, Richard W. (24 de febrero de 2014). "Ensayo: La locura de Giordano Bruno" . astronomy.ohio-state.edu . Consultado el 3 de abril de 2016 .
A menudo se le atribuye a Bruno el reconocimiento de que el sistema copernicano permitía un Universo infinito. En verdad, la idea de que una descripción heliocéntrica del sistema solar permitía (o al menos no descartaba) un Universo infinito fue propuesta por primera vez por Thomas Digges en 1576 en su A Perfit Description of the Caelestial Orbes , en la que Digges presenta y extiende el sistema copernicano, sugiriendo que el Universo era infinito.
- ^ Einstein, Albert (1917). "Kosmologische Betrachtungen zur allgemeinen Relativitätstheorie". Sitzungs. König. Preuss. Akad. : Sitzungsb. König. Preuss. Akad. 142-152.
- ^ Lorentz HA; Einstein A .; Minkowski H .; H. Weyl (1923). El principio de relatividad . Nueva York: Metheun & Co. págs. 175–188.
- ^ O'Raifeartaigh; et al. (2017). "Modelo estático de 1917 de Einstein del universo: una revisión del centenario". EUR. Phys. J. H . 42 (3): 431–474. arXiv : 1701.07261 . Bibcode : 2017EPJH ... 42..431O . doi : 10.1140 / epjh / e2017-80002-5 . S2CID 119461771 .
- ^ Nussbaumer, Harry; O'Keeffe, Michael; Nahm, Werner; Mitton, Simon (2014). "La conversión de Einstein de su universo estático a un universo en expansión". Physical Europea Diario H . 39 (1): 37–62. arXiv : 1311.2763 . Código Bibliográfico : 2014EPJH ... 39 ... 37N . doi : 10.1140 / epjh / e2013-40037-6 . S2CID 122011477 .
- ^ Irving Segal (1976): Cosmología matemática y astronomía extragaláctica . Serie de matemáticas puras y aplicadas, vol. 68. Prensa académica . 19 de febrero de 1976. ISBN 9780080873848.
- ^ MacMillan, WD 1918. "Sobre la evolución estelar". Astrophys . J. 48: 35–49
- ^ MacMillan, WD 1925. "Algunos aspectos matemáticos de la cosmología". Science 62: 63–72, 96–99, 121–127.
- ↑ En la autobiografía de George Gamow,My World Line(1970), dice de Einstein: "Mucho más tarde, cuando estaba discutiendo problemas cosmológicos con Einstein, comentó que la introducción del término cosmológico fue el mayor error de su vida".