علم الكونيات النسبي
يطبق علم الكونيات النسبي معادلات أينشتاين للمجال على الكون ككل، مصممًا هندسته واسعة النطاق وتمدده من خلال حلول فريدمان-لومتر-روبرتسون-ووكر.
Definition
علم الكونيات النسبي هو فرع من النسبية العامة يعالج الكون كزمكان ديناميكي، باستخدام حلول فريدمان-لومتر-روبرتسون-ووكر المتجانسة والمتماثلة لمعادلات أينشتاين لوصف التوسع الكوني والهندسة والبنية السببية.
Scope
تغطي هذه المنطقة الوصف النسبي العام للكون: افتراض التجانس والتماثل على نطاق واسع، ومترية روبرتسون-ووكر ومعادلات فريدمان التي تحكم عامل المقياس، والانزياح الكوني نحو الأحمر ومقاييس المسافة، والبنية السببية مع آفاق الجسيمات والأحداث، والمعالجة النسبية لكيفية نمو الاضطرابات الصغيرة لتشكل البنية الكونية. إنه المكمل النظري للجاذبية للفرع الفرعي لعلم الفلك الرصدي في علم الكونيات.
Sub-topics
Core questions
- كيف تصف معادلات أينشتاين كونًا متوسعًا ومتجانسًا؟
- ما الذي يحدد هندسة الكون وتاريخ تمدده؟
- كيف يرتبط الانزياح نحو الأحمر والمسافة بتوسع الفضاء؟
- ما هي القيود السببية، أي الآفاق، التي يفرضها التوسع النسبي؟
Key concepts
- المبدأ الكوني
- مترية روبرتسون-ووكر
- عامل المقياس ومعامل هابل
- معادلات فريدمان
- الانزياح الكوني نحو الأحمر
- آفاق الجسيمات والأحداث
Key theories
- المبدأ الكوني ومترية FLRW
- إن افتراض أن الكون متجانس ومتماثل على نطاقات واسعة يميز مترية روبرتسون-ووكر، حيث تختزل جميع المعلومات المكانية إلى عامل مقياس واحد يعتمد على الزمن وانحناء مكاني ثابت.
- ديناميكيات فريدمان
- يؤدي إدخال مترية روبرتسون-ووكر في معادلات أينشتاين إلى معادلات فريدمان، التي تربط معدل التوسع بكثافة الطاقة والانحناء، وتحدد ما إذا كان الكون يتوسع إلى الأبد، أو ينهار، أو يتسارع.
Clinical relevance
يوفر علم الكونيات النسبي الدعامة النظرية للنموذج الكوني القياسي: فهو يؤطر قياسات معدل التوسع، وخلفية الإشعاع الكوني الميكروي، والبنية واسعة النطاق، وهو الإطار الذي تُصاغ فيه المادة المظلمة، والطاقة المظلمة، وفيزياء الكون المبكر للتضخم.
History
تراجع نموذج أينشتاين الثابت لعام 1917 أمام الحلول الديناميكية لفريدمان (1922) ولومتر (1927)، اللذين تنبآ بكون متوسع أكده لاحقًا علاقة هابل بين الانزياح نحو الأحمر والمسافة؛ وقد أرسى روبرتسون ووكر المترية بدقة في ثلاثينيات القرن الماضي، ويشكل هذا الإطار أساس كل علم الكونيات الحديث.
Debates
- صلاحية التجانس واسع النطاق والمتوسط
- يُناقش ما إذا كان متوسط الكون الحقيقي المتكتل إلى نموذج فريدمان السلس يُدخل تأثيرات 'رد فعل عكسي' منهجية تحاكي الطاقة المظلمة؛ وتجد معظم التحليلات أن هذه التأثيرات صغيرة، لكن الدور الدقيق لعدم التجانس في ديناميكيات الكون لا يزال سؤالًا بحثيًا.
Key figures
- Aleksandr Friedmann
- Georges Lemaitre
- Howard Robertson
- Arthur Walker
Related topics
Seminal works
- friedmann1922
- weinberg2008
Frequently asked questions
- هل يتوسع الكون إلى شيء ما؟
- لا. في علم الكونيات النسبي، التوسع هو نمو عامل المقياس الذي يزيد المسافات بين المجرات داخل الزمكان نفسه؛ لا يوجد فضاء خارجي يتوسع الكون إليه، ويمكن أن تكون الهندسة لانهائية أو محدودة بدون حدود.
- كيف يختلف علم الكونيات النسبي عن علم الكونيات الرصدي؟
- علم الكونيات النسبي هو نظرية النسبية العامة للزمكان الكوني، ويوفر المعادلات والهندسة، بينما يركز الفرع الفرعي لعلم الفلك الرصدي على قياس الكون؛ توفر هذه المنطقة الإطار الجاذبي الذي تُفسر ضمنه تلك الملاحظات.