معادلات فریدمان و جهان در حال انبساط
معادلات فریدمان شکل کیهانشناختی معادلات اینشتین هستند که نرخ انبساط جهان را به چگالی انرژی، فشار و انحنای فضایی آن مرتبط میکنند.
Definition
معادلات فریدمان دو معادله دیفرانسیل معمولی برای فاکتور مقیاس کیهانی هستند که از معادلات اینشتین با فرض همگنی و همسانگردی استخراج شدهاند و چگونگی تکامل اندازه جهان را با توجه به محتوای انرژی و انحنای آن تعیین میکنند.
Scope
این موضوع شامل استخراج معادلات فریدمان و شتاب از متریک رابرتسون-واکر، فاکتور مقیاس و پارامتر هابل، چگالی بحرانی و پارامترهای چگالی ماده، تابش، انحنا و انرژی تاریک، تاریخچههای انبساطی متفاوت (تحت سلطه تابش، ماده و انرژی تاریک) و شرایط لازم برای انبساط شتابدار و منشأ بیگ بنگ است.
Core questions
- چگونه معادلات اینشتین به معادلات مربوط به یک فاکتور مقیاس واحد کاهش مییابند؟
- چه چیزی تعیین میکند که جهان برای همیشه منبسط شود، دوباره فرو بپاشد یا شتاب بگیرد؟
- چگونه ماده، تابش و انرژی تاریک هر یک به طور متفاوتی انبساط را هدایت میکنند؟
Key concepts
- فاکتور مقیاس
- پارامتر هابل
- چگالی بحرانی
- پارامترهای چگالی
- کاهش سرعت و افزایش سرعت
- تکینگی بیگ بنگ
Key theories
- معادله فریدمان
- مربع نرخ انبساط هابل برابر با مجموع چگالی انرژی و یک جمله انحنا است، بنابراین چگالیهای فعلی ماده، تابش، انحنا و انرژی تاریک به طور کامل نرخ انبساط و هندسه جهان را تعیین میکنند.
- معادله شتاب
- معادله دوم فریدمان نشان میدهد که انبساط تحت تأثیر ماده معمولی و تابش کند میشود، اما زمانی که یک مؤلفه با فشار منفی کافی، مانند یک ثابت کیهانشناختی، بر بودجه انرژی غالب شود، شتاب میگیرد.
Clinical relevance
معادلات فریدمان هسته کمی مدل استاندارد کیهانشناسی هستند که برای تطبیق تاریخچه انبساط اندازهگیری شده، استنتاج چگالی ماده تاریک و انرژی تاریک، محاسبه سن جهان و ردیابی تاریخچه حرارتی به سمت بیگ بنگ استفاده میشوند.
History
فریدمان در سال ۱۹۲۲ راهحلهای انبساطی و انقباضی را استخراج کرد و لومتر به طور مستقل در سال ۱۹۲۷ آنها را دوباره کشف کرد و آنها را به عقبنشینی مشاهدهشده کهکشانها مرتبط ساخت؛ اندازهگیری رابطه انتقال به سرخ-فاصله توسط هابل در سال ۱۹۲۹ انبساط کیهانی را تأیید کرد و مدلهای دینامیکی فریدمان را بر جهان ایستا اینشتین ارجحیت داد.
Key figures
- Aleksandr Friedmann
- Georges Lemaitre
- Edwin Hubble
Related topics
Seminal works
- friedmann1922
- weinberg2008
Frequently asked questions
- چگالی بحرانی چیست؟
- چگالی بحرانی، چگالی انرژی است که برای آن جهان از نظر فضایی تخت است؛ چگالی بالاتر از آن به معنای انحنای مثبت و چگالی پایینتر از آن به معنای انحنای منفی است، بنابراین مقایسه چگالی واقعی با مقدار بحرانی، هندسه فضا را تعیین میکند.
- آیا معادلات فریدمان یک بیگ بنگ را پیشبینی میکنند؟
- با بازگشت به عقب، معادلات برای جهانی که تحت سلطه ماده و تابش است، به لحظهای با فاکتور مقیاس صفر و چگالی بینهایت، یک منشأ تکین، میرسند؛ این بیگ بنگ جایی است که نسبیت عام کلاسیک از کار میافتد و انتظار میرود فیزیک جدیدی مورد نیاز باشد.