La relativité générale en cosmologie
La relativité générale fournit la théorie de la gravité sur laquelle repose la cosmologie, décrivant comment la matière et l'énergie de l'univers courbent l'espace-temps et entraînent son expansion.
Definition
La relativité générale en cosmologie est l'application des équations de champ d'Einstein à l'univers dans son ensemble, traitant la distribution à grande échelle de la matière et de l'énergie comme la source qui détermine la courbure et l'expansion de l'espace-temps sous l'hypothèse d'homogénéité et d'isotropie.
Scope
Ce sujet couvre le rôle des équations de champ d'Einstein en tant que loi régissant la dynamique cosmique, le principe cosmologique d'homogénéité et d'isotropie qui sélectionne la classe de solutions FLRW, la signification du terme de constante cosmologique, la description de la propagation de la lumière et des horizons dans l'espace-temps courbe, et la manière dont la géométrie relativiste relie les décalages vers le rouge et les distances observables à l'expansion sous-jacente.
Core questions
- Comment les équations de champ d'Einstein régissent-elles la dynamique de l'univers ?
- Pourquoi le principe cosmologique restreint-il la géométrie aux espaces-temps FLRW ?
- Comment la courbure de l'espace-temps façonne-t-elle les distances, les décalages vers le rouge et les horizons observables ?
Key concepts
- Équations de champ d'Einstein
- Courbure de l'espace-temps
- Principe cosmologique
- Constante cosmologique
- Tenseur métrique
- Géodésiques
- Horizon des particules
Key theories
- Einstein field equations
- Les équations de champ relient la courbure de l'espace-temps à son contenu en énergie et en impulsion, fournissant la loi dynamique qui, appliquée à l'univers, donne les modèles de Friedmann de l'expansion cosmique.
- Cosmological principle
- À grande échelle, l'univers est supposé homogène et isotrope, ce qui singularise les géométries FLRW et simplifie considérablement les équations de champ au système de Friedmann.
Mechanisms
La densité d'énergie-impulsion du fluide cosmique est la source de la courbure de l'espace-temps via les équations d'Einstein ; l'imposition de l'homogénéité et de l'isotropie réduit la métrique à la forme FLRW, et les équations déterminent ensuite le facteur d'échelle et les trajectoires géodésiques de la lumière qui fixent les distances et les décalages vers le rouge observables.
Clinical relevance
La relativité générale est le fondement théorique de la cosmologie : elle fournit les équations qui prédisent l'expansion, la déviation de la lumière et la structure des horizons, et ses prédictions, de la lentille gravitationnelle à la croissance des perturbations, sont essentielles pour interpréter les relevés cosmologiques.
History
Einstein a appliqué la relativité générale à l'univers en 1917, introduisant la constante cosmologique pour permettre un cosmos statique ; la découverte de l'expansion a rendu le modèle statique intenable, et la cosmologie relativiste s'est développée dans le cadre FLRW qui sous-tend le modèle moderne du Big Bang.
Debates
- Rétroaction et moyennisation
- Parce que l'univers réel n'est que statistiquement homogène, il y a un débat pour savoir si la moyennisation de la distribution inhomogène de la matière introduit des corrections à la description lisse de Friedmann, une question connue sous le nom de problème de la rétroaction.
Key figures
- Albert Einstein
- Willem de Sitter
- Hermann Weyl
- Howard Robertson
Related topics
Seminal works
- einstein1917
Frequently asked questions
- En quoi la relativité générale en cosmologie diffère-t-elle de l'étude de la relativité en physique ?
- Le sous-domaine de la physique de la relativité et de la gravitation étudie la théorie en général, y compris les trous noirs et les ondes gravitationnelles ; ici, l'accent est spécifiquement mis sur l'application des équations de champ à l'univers dans son ensemble pour en dériver son expansion, sa géométrie et sa structure observable.
- Pourquoi Einstein a-t-il introduit la constante cosmologique ?
- Einstein a ajouté la constante cosmologique en 1917 pour obtenir un univers statique conforme à la vision prévalente de l'époque ; une fois l'expansion découverte, le terme est devenu inutile à cette fin, bien qu'il soit revenu plus tard comme la principale description de l'énergie sombre.