Constante cosmologique
La constante cosmologique est un terme supplémentaire dans les équations de champ d'Einstein, proportionnel à la métrique, qui se comporte comme une densité d'énergie uniforme de l'espace vide et entraîne une expansion cosmique accélérée.
Definition
La constante cosmologique, désignée par Lambda, est un terme constant ajouté aux équations de champ d'Einstein qui contribue une densité d'énergie uniforme et une pression négative de même magnitude au vide, équivalente à la forme la plus simple de l'énergie sombre.
Scope
Ce sujet aborde la forme algébrique du terme de la constante cosmologique et sa cohérence avec la conservation de l'énergie-impulsion, son interprétation comme énergie du vide avec une pression négative, la motivation initiale d'Einstein pour un univers statique et sa rétractation ultérieure, sa réapparition pour expliquer l'accélération cosmique observée, ainsi que le problème de la constante cosmologique lié à son énorme divergence avec les estimations de la théorie quantique des champs.
Core questions
- Pourquoi un terme constant peut-il être ajouté aux équations d'Einstein sans violer les lois de conservation ?
- Comment une constante cosmologique produit-elle une expansion accélérée plutôt que décélérée ?
- Pourquoi la valeur observée est-elle tellement plus petite que ce que prédit la théorie quantique des champs ?
Key concepts
- Terme Lambda
- Densité d'énergie du vide
- Pression négative
- Expansion accélérée
- Énergie sombre
- Problème de la constante cosmologique
Key theories
- Interprétation de l'énergie du vide
- Une constante cosmologique est équivalente à une densité d'énergie du vide uniforme avec une pression égale à l'opposé de cette densité, elle contribue donc à un effet gravitationnel répulsif qui accélère l'expansion de l'univers.
- Problème de la constante cosmologique
- La théorie quantique des champs prédit une énergie du vide de plusieurs dizaines d'ordres de grandeur supérieure à la minuscule valeur observée, une divergence inexpliquée qui constitue l'un des plus profonds mystères reliant la gravité et la physique quantique.
Clinical relevance
Les observations de supernovae lointaines, du fond diffus cosmologique et de la structure à grande échelle sont cohérentes avec une petite constante cosmologique positive constituant la majeure partie du bilan énergétique actuel de l'univers ; la question de savoir s'il s'agit d'une véritable constante ou d'une énergie sombre dynamique est une question centrale de la cosmologie observationnelle.
History
Einstein a introduit Lambda en 1917 pour obtenir un univers statique, puis l'a abandonnée après la découverte de l'expansion cosmique par Hubble, la qualifiant, selon la légende, de sa plus grande erreur ; elle est revenue de manière décisive en 1998 lorsque des relevés de supernovae ont révélé que l'expansion s'accélérait, faisant de cette constante le modèle dominant de l'énergie sombre.
Debates
- Constante versus énergie sombre dynamique
- La question de savoir si l'accélération cosmique est causée par une véritable constante cosmologique ou par un champ évoluant lentement (quintessence) reste ouverte sur le plan observationnel ; les distinguer nécessite une mesure précise de la manière dont la densité d'énergie sombre évolue, le cas échéant, au cours du temps cosmique.
Key figures
- Albert Einstein
- Willem de Sitter
- Sean Carroll
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Frequently asked questions
- La constante cosmologique est-elle la même chose que l'énergie sombre ?
- La constante cosmologique est la forme la plus simple possible d'énergie sombre, une énergie du vide avec une densité fixe ; l'« énergie sombre » est le terme plus large qui inclut également les modèles dynamiques, de sorte que toutes les constantes cosmologiques sont de l'énergie sombre, mais toute énergie sombre n'est pas nécessairement une constante.
- Pourquoi l'ajout de la constante a-t-il été qualifié d'erreur par le passé ?
- Einstein l'a ajoutée pour imposer un univers statique, l'hypothèse dominante à l'époque ; s'il avait fait confiance aux équations non modifiées, il aurait pu prédire l'expansion cosmique avant qu'elle ne soit observée, c'est pourquoi il a regretté cette décision par la suite, bien que le terme se soit avéré réel après tout.