ثابت کیهانشناختی و انرژی خلأ
سادهترین شکل انرژی تاریک، انرژی ثابت فضای خالی یا همان ثابت کیهانشناختی اینشتین است، اما مقدار مشاهدهشده آن به طرز شگفتانگیزی کوچکتر از چیزی است که نظریه پیشبینی میکند.
Definition
ثابت کیهانشناختی یک جمله ثابت در معادلات میدان اینشتین است که متناظر با چگالی انرژی یکنواخت خلأ با فشار منفی است؛ این ثابت که با انرژی تاریک شناسایی میشود، انبساط شتابدار را تولید میکند و بزرگی مشاهدهشده آن چندین مرتبه قدر کمتر از انتظارات نظری سادهانگارانه است.
Scope
این موضوع ثابت کیهانشناختی را به عنوان یک جمله در معادلات اینشتین و تفسیر آن به عنوان چگالی انرژی خلأ، نحوه شتابدهی یک مؤلفه فشار منفی ثابت، و مسئله ثابت کیهانشناختی ناشی از عدم تطابق عظیم بین مقدار مشاهدهشده و تخمینهای نظریه میدان کوانتومی را پوشش میدهد.
Core questions
- ثابت کیهانشناختی چیست و چه ارتباطی با انرژی خلأ دارد؟
- چرا یک انرژی خلأ ثابت باعث شتاب میشود؟
- چرا مسئله ثابت کیهانشناختی اینقدر جدی است؟
Key concepts
- ثابت کیهانشناختی
- انرژی خلأ
- فشار منفی
- معادله حالت w برابر با منفی یک
- مسئله ثابت کیهانشناختی
- استدلال انساننگر
- لامبدا-سیدیام
Key theories
- انرژی خلأ به عنوان لامبدا
- نظریه میدان کوانتومی پیشبینی میکند که خلأ حامل انرژی است که مانند یک ثابت کیهانشناختی با فشار منفی گرانش میکند و یک کاندید طبیعی برای انرژی تاریک در چارچوب نسبیت عام ارائه میدهد.
- مسئله ثابت کیهانشناختی
- تخمینهای انرژی خلأ از فیزیک ذرات، چگالی انرژی تاریک مشاهدهشده را دهها مرتبه قدر فراتر میرود، این اختلاف یکی از عمیقترین مسائل حلنشدهای است که گرانش و نظریه کوانتومی را به هم پیوند میدهد.
Mechanisms
ثابت کیهانشناختی متناظر با چگالی انرژی است که با انبساط جهان رقیق نمیشود؛ از آنجا که فشار آن برابر با منفی چگالی انرژی آن است، معادله دوم فریدمان پس از غالب شدن آن، انبساط شتابدار را نشان میدهد، در حالی که جمع انرژیهای نقطه صفر میدانهای کوانتومی مقداری بسیار بزرگتر از مقدار مشاهدهشده را به دست میدهد.
Clinical relevance
ثابت کیهانشناختی اساس مدل استاندارد لامبدا-سیدیام است و با تمام دادههای فعلی مطابقت دارد، با این حال کوچکی غیرقابل توضیح مقدار آن در تقاطع کیهانشناسی، فیزیک ذرات و گرانش کوانتومی قرار دارد و ایدههایی از ابرتقارن تا چندجهانی را برانگیخته است.
History
اینشتین این ثابت را در سال ۱۹۱۷ معرفی کرد و بعدها از آن پشیمان شد؛ پس از کشف انبساط، عمدتاً کنار گذاشته شد، اما زلدوویچ در دهه ۱۹۶۰ آن را به انرژی خلأ مرتبط کرد، واینبرگ در سال ۱۹۸۹ این مشکل را دقیقتر بیان کرد، و کشف شتاب در سال ۱۹۹۸ یک مقدار مثبت کوچک را دوباره به مرکز توجه آورد.
Debates
- چرا لامبدا اینقدر کوچک اما غیرصفر است؟
- توضیح مقدار کوچک و غیرصفر ثابت کیهانشناختی، پیشنهاداتی از مکانیسمهای خنثیسازی ناشناخته تا انتخاب انساننگر در یک چندجهانی را به دنبال داشته است که هیچکدام تثبیت نشدهاند و این مشکل را باز گذاشتهاند.
Key figures
- Albert Einstein
- Steven Weinberg
- Yakov Zeldovich
- Wolfgang Pauli
Related topics
Seminal works
- weinberg1989
Frequently asked questions
- آیا ثابت کیهانشناختی همان انرژی تاریک است؟
- ثابت کیهانشناختی سادهترین شکل ممکن انرژی تاریک، یعنی یک انرژی خلأ ثابت است؛ انرژی تاریک اصطلاح گستردهتری است که شامل جایگزینهای دینامیکی نیز میشود، بنابراین ثابت کیهانشناختی یک مدل خاص و در حال حاضر مورد علاقه از انرژی تاریک است.
- چرا مسئله ثابت کیهانشناختی بدترین پیشبینی در فیزیک نامیده میشود؟
- زیرا تخمینهای سادهانگارانه نظریه میدان کوانتومی از انرژی خلأ، مقدار مشاهدهشده را حدود ۱۲۰ مرتبه قدر فراتر میرود، یک عدم تطابق بیسابقه بین نظریه و مشاهده که هیچ مکانیسم پذیرفتهشدهای هنوز آن را حل نکرده است.