Cosmología Relativista
La cosmología relativista aplica las ecuaciones de campo de Einstein al universo en su conjunto, modelando su geometría a gran escala y su expansión a través de las soluciones de Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker.
Definition
La cosmología relativista es la rama de la relatividad general que trata al universo como un espacio-tiempo dinámico, utilizando soluciones homogéneas e isotrópicas de Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker de las ecuaciones de Einstein para describir la expansión cósmica, la geometría y la estructura causal.
Scope
El área abarca la descripción cosmológica del cosmos basada en la relatividad general: la suposición de homogeneidad e isotropía a gran escala, la métrica de Robertson-Walker y las ecuaciones de Friedmann que rigen el factor de escala, el corrimiento al rojo cosmológico y las medidas de distancia, la estructura causal con sus horizontes de partículas y de eventos, y el tratamiento relativista de cómo pequeñas perturbaciones crecen hasta formar la estructura cósmica. Es el complemento de la teoría gravitacional al subcampo de la astronomía observacional de la cosmología.
Sub-topics
Core questions
- ¿Cómo describen las ecuaciones de Einstein un universo en expansión y homogéneo?
- ¿Qué determina la geometría y la historia de la expansión del cosmos?
- ¿Cómo se relacionan el corrimiento al rojo y la distancia con la expansión del espacio?
- ¿Qué límites causales, los horizontes, impone la expansión relativista?
Key concepts
- Principio cosmológico
- Métrica de Robertson-Walker
- Factor de escala y parámetro de Hubble
- Ecuaciones de Friedmann
- Corrimiento al rojo cosmológico
- Horizontes de partículas y de eventos
Key theories
- Principio cosmológico y métrica FLRW
- Asumir que el universo es homogéneo e isotrópico a grandes escalas selecciona la métrica de Robertson-Walker, en la que toda la información espacial se reduce a un único factor de escala dependiente del tiempo y una curvatura espacial constante.
- Dinámica de Friedmann
- Insertar la métrica de Robertson-Walker en las ecuaciones de Einstein produce las ecuaciones de Friedmann, que vinculan la tasa de expansión con la densidad de energía y la curvatura, determinando si el universo se expande para siempre, se recolarápsa o se acelera.
Clinical relevance
La cosmología relativista proporciona la base teórica del modelo cosmológico estándar: enmarca las mediciones de la tasa de expansión, el fondo cósmico de microondas y la estructura a gran escala, y es el escenario en el que se formulan la materia oscura, la energía oscura y la física de la inflación del universo temprano.
History
El modelo estático de Einstein de 1917 dio paso a las soluciones dinámicas de Friedmann (1922) y Lemaitre (1927), quienes predijeron un universo en expansión que fue confirmado posteriormente por la relación corrimiento al rojo-distancia de Hubble; Robertson y Walker establecieron rigurosamente la métrica en la década de 1930, y el marco subyace a toda la cosmología moderna.
Debates
- Validez de la homogeneidad a gran escala y el promedio
- Se debate si promediar el universo real grumoso a un modelo de Friedmann suave introduce efectos sistemáticos de 'reacción inversa' que imitan la energía oscura; la mayoría de los análisis encuentran que tales efectos son pequeños, pero el papel preciso de la inhomogeneidad en la dinámica cósmica sigue siendo una cuestión de investigación.
Key figures
- Aleksandr Friedmann
- Georges Lemaitre
- Howard Robertson
- Arthur Walker
Related topics
Seminal works
- friedmann1922
- weinberg2008
Frequently asked questions
- ¿Se está expandiendo el universo hacia algo?
- No. En cosmología relativista, la expansión es el crecimiento del factor de escala que aumenta las distancias entre galaxias dentro del propio espacio-tiempo; no hay un espacio externo hacia el que el universo se expanda, y la geometría puede ser infinita o finita sin un límite.
- ¿En qué se diferencia la cosmología relativista de la cosmología observacional?
- La cosmología relativista es la teoría de la relatividad general del espacio-tiempo cósmico, que proporciona las ecuaciones y la geometría, mientras que el subcampo de la astronomía observacional se centra en la medición del universo; esta área proporciona el marco gravitacional dentro del cual se interpretan esas observaciones.