کیهانشناسی نسبیتی
کیهانشناسی نسبیتی معادلات میدان اینشتین را در مورد کل جهان به کار میبرد و هندسه و انبساط مقیاس بزرگ آن را از طریق راهحلهای فریدمان-لومتر-رابرتسون-واکر مدلسازی میکند.
Definition
کیهانشناسی نسبیتی شاخهای از نسبیت عام است که جهان را به عنوان یک فضازمان پویا در نظر میگیرد و از راهحلهای همگن و همسانگرد فریدمان-لومتر-رابرتسون-واکر معادلات اینشتین برای توصیف انبساط کیهانی، هندسه و ساختار علّی استفاده میکند.
Scope
این حوزه توصیف نسبیت عامی کیهان را پوشش میدهد: فرض همگنی و همسانگردی در مقیاس بزرگ، متریک رابرتسون-واکر و معادلات فریدمان که عامل مقیاس را کنترل میکنند، انتقال به سرخ کیهانی و معیارهای فاصله، ساختار علّی با افقهای ذرهای و رویدادی آن، و برخورد نسبیتی با چگونگی رشد اغتشاشات کوچک به ساختار کیهانی. این مکمل نظریه گرانشی برای زیرشاخه اخترشناسی رصدی کیهانشناسی است.
Sub-topics
Core questions
- معادلات اینشتین چگونه یک جهان در حال انبساط و همگن را توصیف میکنند؟
- چه چیزی هندسه و تاریخچه انبساط کیهان را تعیین میکند؟
- انتقال به سرخ و فاصله چگونه با انبساط فضا مرتبط هستند؟
- انبساط نسبیتی چه محدودیتهای علّی، یعنی افقها، را تحمیل میکند؟
Key concepts
- اصل کیهانشناختی
- متریک رابرتسون-واکر
- عامل مقیاس و پارامتر هابل
- معادلات فریدمان
- انتقال به سرخ کیهانی
- افقهای ذرهای و رویدادی
Key theories
- اصل کیهانشناختی و متریک FLRW
- فرض همگن و همسانگرد بودن جهان در مقیاسهای بزرگ، متریک رابرتسون-واکر را مشخص میکند، که در آن تمام اطلاعات فضایی به یک عامل مقیاس وابسته به زمان و یک انحنای فضایی ثابت کاهش مییابد.
- دینامیک فریدمان
- قرار دادن متریک رابرتسون-واکر در معادلات اینشتین، معادلات فریدمان را به دست میدهد که نرخ انبساط را به چگالی انرژی و انحنا مرتبط میکند و تعیین میکند که آیا جهان برای همیشه منبسط میشود، دوباره فرو میریزد یا شتاب میگیرد.
Clinical relevance
کیهانشناسی نسبیتی ستون فقرات نظری مدل استاندارد کیهانشناسی را فراهم میکند: اندازهگیریهای نرخ انبساط، تابش زمینه کیهانی، و ساختار مقیاس بزرگ را چارچوببندی میکند، و بستری است که در آن ماده تاریک، انرژی تاریک، و فیزیک تورم جهان اولیه فرمولبندی میشوند.
History
مدل ایستا اینشتین در سال ۱۹۱۷ جای خود را به راهحلهای دینامیکی فریدمان (۱۹۲۲) و لومتر (۱۹۲۷) داد که انبساط جهان را پیشبینی کردند و بعدها توسط رابطه انتقال به سرخ-فاصله هابل تأیید شد؛ رابرتسون و واکر متریک را در دهه ۱۹۳۰ به طور دقیق برقرار کردند و این چارچوب زیربنای تمام کیهانشناسی مدرن است.
Debates
- اعتبار همگنی در مقیاس بزرگ و میانگینگیری
- اینکه آیا میانگینگیری از جهان واقعی ناهموار به یک مدل فریدمان هموار، اثرات «واکنش متقابل» سیستماتیک را معرفی میکند که انرژی تاریک را تقلید میکنند، مورد بحث است؛ بیشتر تحلیلها این اثرات را کوچک مییابند، اما نقش دقیق ناهمگنی در دینامیک کیهانی همچنان یک سوال تحقیقاتی است.
Key figures
- Aleksandr Friedmann
- Georges Lemaitre
- Howard Robertson
- Arthur Walker
Related topics
Seminal works
- friedmann1922
- weinberg2008
Frequently asked questions
- آیا جهان در حال انبساط به درون چیزی است؟
- خیر. در کیهانشناسی نسبیتی، انبساط به معنای رشد عامل مقیاس است که فواصل بین کهکشانها را در خود فضازمان افزایش میدهد؛ هیچ فضای خارجی وجود ندارد که جهان به درون آن منبسط شود، و هندسه میتواند بینهایت یا متناهی بدون مرز باشد.
- کیهانشناسی نسبیتی چه تفاوتی با کیهانشناسی رصدی دارد؟
- کیهانشناسی نسبیتی نظریه نسبیت عام فضازمان کیهانی است که معادلات و هندسه را فراهم میکند، در حالی که زیرشاخه اخترشناسی رصدی بر اندازهگیری جهان تمرکز دارد؛ این حوزه چارچوب گرانشی را فراهم میکند که این مشاهدات در آن تفسیر میشوند.