Universo statico - Static universe

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Cosmologia fisica
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Categoria   Portale di astronomia
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In cosmologia , un universo statico (indicato anche come stazionaria , infinito , infinito statica o statica eterna ) è un modello cosmologico in cui l' universo sia spazialmente e temporalmente infinita, e lo spazio non è né espandendo né contrattazione. Un tale universo non ha la cosiddetta curvatura spaziale ; vale a dire che è "piatto" o euclideo . Un universo statico infinito fu proposto per la prima volta dall'astronomo inglese Thomas Digges (1546–1595).

In contrasto con questo modello, Albert Einstein propose un modello temporalmente infinito ma spazialmente finito come sua cosmologia preferita durante il 1917, nel suo articolo Cosmological Considerations in the General Theory of Relativity .

Dopo la scoperta della relazione redshift-distanza (dedotta dalla correlazione inversa tra la luminosità galattica e il redshift) da parte degli astronomi americani Vesto Slipher e Edwin Hubble , l'astrofisico Georges Lemaître ha interpretato il redshift come prova dell'espansione universale e quindi un Big Bang , mentre lo svizzero l'astronomo Fritz Zwicky ha proposto che il redshift fosse causato dalla perdita di energia dei fotoni mentre attraversavano la materia e / o le forze nello spazio intergalattico. La proposta di Zwicky sarebbe stata chiamata " luce stanca ", un termine inventato dal grande sostenitore del Big Bang Richard Tolman .

L'universo di Einstein

Durante il 1917, Albert Einstein aggiunse una costante cosmologica positiva alle sue equazioni della relatività generale per contrastare gli effetti attrattivi della gravità sulla materia ordinaria, che altrimenti causerebbe il collasso o l' espansione per sempre di un universo statico e spazialmente finito . Questo modello dell'universo divenne noto come il mondo di Einstein o l'universo statico di Einstein .

Questa motivazione si è conclusa dopo la proposta dell'astrofisico e prete cattolico romano Georges Lemaître che l'universo sembra non essere statico, ma in espansione. Edwin Hubble aveva ricercato i dati dalle osservazioni fatte dall'astronomo Vesto Slipher per confermare una relazione tra spostamento verso il rosso e distanza , che costituisce la base per il moderno paradigma di espansione che è stato introdotto da Lemaître. Secondo George Gamow ciò indusse Einstein a dichiarare questo modello cosmologico, e in particolare l'introduzione della costante cosmologica, il suo "errore più grande".

L'universo statico di Einstein è chiuso (cioè ha topologia ipersferica e curvatura spaziale positiva), e contiene polvere uniforme e una costante cosmologica positiva con valore precisamente , dove è la costante gravitazionale newtoniana, è la densità di energia della materia nell'universo ed è la velocità di luce . Il raggio di curvatura dello spazio dell'universo di Einstein è uguale a ${\ displaystyle \ Lambda _ {E} = 4 \ pi G \ rho / c ^ {2}}$${\ displaystyle G}$${\ displaystyle \ rho}$${\ displaystyle c}$

${\ displaystyle R_ {E} = \ Lambda _ {E} ^ {- 1/2} = {c \ over {\ sqrt {4 \ pi G \ rho}}}.}$

L'universo di Einstein è una delle soluzioni di Friedmann all'equazione di campo di Einstein per la polvere con densità , costante cosmologica e raggio di curvatura . È l'unica soluzione statica non banale alle equazioni di Friedmann. ${\ displaystyle \ rho}$${\ displaystyle \ Lambda _ {E}}$${\ displaystyle R_ {E}}$

Poiché l'universo di Einstein fu presto riconosciuto come intrinsecamente instabile, fu attualmente abbandonato come modello praticabile per l'universo. È instabile nel senso che qualsiasi lieve cambiamento nel valore della costante cosmologica, della densità della materia o della curvatura spaziale si tradurrà in un universo che si espande e accelera per sempre o ricade in una singolarità.

Dopo che Einstein rinunciò alla sua costante cosmologica e abbracciò il modello di Friedmann-LeMaitre di un universo in espansione, la maggior parte dei fisici del ventesimo secolo ipotizzò che la costante cosmologica fosse zero. Se così fosse (in assenza di qualche altra forma di energia oscura ), l'espansione dell'universo rallenterebbe. Tuttavia, dopo che Saul Perlmutter , Brian P. Schmidt e Adam G. Riess hanno introdotto la teoria di un universo in accelerazione nel 1998, una costante cosmologica positiva è stata ripresa come semplice spiegazione dell'energia oscura .

Nel 1976 Irving Segal fece rivivere l'universo statico nella sua cosmologia cronometrica . Simile a Zwicky, ha attribuito lo spostamento verso il rosso delle galassie lontane alla curvatura nel cosmo. Sebbene abbia rivendicato la rivendicazione nei dati astronomici, altri trovano i risultati inconcludenti.

Requisiti di un modello infinito statico

Affinché un modello di universo infinito statico sia praticabile, deve spiegare tre cose:

In primo luogo, deve spiegare il redshift intergalattico . Secondo, deve spiegare la radiazione di fondo cosmica a microonde . Terzo, deve avere un meccanismo per ricreare la materia (in particolare gli atomi di idrogeno ) dalle radiazioni o da altre fonti al fine di evitare un graduale "esaurimento" dell'universo dovuto alla conversione della materia in energia nei processi stellari . Con l'assenza di un tale meccanismo, l'universo sarebbe costituito da oggetti morti come buchi neri e nane nere .

Guarda anche

• Modello Milne
• Teoria dello stato stazionario
• Cosmologia del plasma

Riferimenti

1. ^ Nell'autobiografia di George Gamow, My World Line (1970), dice di Einstein: "Molto più tardi, quando discutevo di problemi cosmologici con Einstein, ha osservato che l'introduzione del termine cosmologico è stato il più grande errore della sua vita".