Konstanta Kosmologi

Konstanta kosmologi adalah suku tambahan dalam persamaan medan Einstein, yang sebanding dengan metrik, yang berperilaku seperti kerapatan energi seragam dari ruang kosong dan mendorong ekspansi kosmik yang dipercepat.

Definition

Konstanta kosmologi, dilambangkan dengan Lambda, adalah suku konstan yang ditambahkan ke persamaan medan Einstein yang berkontribusi pada kerapatan energi seragam dan tekanan negatif dengan magnitudo yang sama pada vakum, setara dengan bentuk energi gelap yang paling sederhana.

Scope

Topik ini mencakup bentuk aljabar suku konstanta kosmologi dan konsistensinya dengan konservasi energi-momentum, interpretasinya sebagai energi vakum dengan tekanan negatif, motivasi asli Einstein untuk alam semesta statis dan penarikannya di kemudian hari, kebangkitannya untuk menjelaskan percepatan kosmik yang teramati, dan masalah konstanta kosmologi dari perbedaan besar dengan perkiraan teori medan kuantum.

Core questions

• Mengapa suku konstan dapat ditambahkan ke persamaan Einstein tanpa melanggar hukum konservasi?
• Bagaimana konstanta kosmologi menghasilkan ekspansi yang dipercepat daripada yang diperlambat?
• Mengapa nilai yang teramati jauh lebih kecil daripada yang diprediksi oleh teori medan kuantum?

Key concepts

• Suku Lambda
• Kerapatan energi vakum
• Tekanan negatif
• Ekspansi yang dipercepat
• Energi gelap
• Masalah konstanta kosmologi

Key theories

Interpretasi energi vakum

Konstanta kosmologi setara dengan kerapatan energi vakum seragam dengan tekanan yang sama dengan negatif dari kerapatan tersebut, sehingga memberikan efek gravitasi tolak yang mempercepat ekspansi alam semesta.

Masalah konstanta kosmologi

Teori medan kuantum memprediksi energi vakum yang puluhan orde magnitudo lebih besar daripada nilai teramati yang sangat kecil, sebuah perbedaan yang tidak dapat dijelaskan yang merupakan salah satu teka-teki terdalam yang menghubungkan gravitasi dan fisika kuantum.

Clinical relevance

Pengamatan supernova jauh, latar belakang gelombang mikro kosmik, dan struktur skala besar konsisten dengan konstanta kosmologi positif kecil yang membentuk sebagian besar anggaran energi alam semesta saat ini; apakah itu konstanta sejati atau energi gelap dinamis adalah pertanyaan sentral kosmologi observasional.

History

Einstein memperkenalkan Lambda pada tahun 1917 untuk mendapatkan alam semesta statis, kemudian meninggalkannya setelah penemuan ekspansi kosmik oleh Hubble, dilaporkan menyebutnya sebagai kesalahan terbesarnya; ia kembali secara meyakinkan pada tahun 1998 ketika survei supernova mengungkapkan bahwa ekspansi sedang dipercepat, menghidupkan kembali konstanta sebagai model utama energi gelap.

Debates

Konstanta versus energi gelap dinamis

Apakah percepatan kosmik disebabkan oleh konstanta kosmologi sejati atau oleh medan yang berevolusi lambat (kuintesen) masih terbuka secara observasional; membedakannya membutuhkan pengukuran yang tepat tentang bagaimana kerapatan energi gelap berubah, jika ada, sepanjang waktu kosmik.

Key figures

• Albert Einstein
• Willem de Sitter
• Sean Carroll

Seminal works

• carroll2001
• carroll2004

Frequently asked questions

Apakah konstanta kosmologi sama dengan energi gelap?

Konstanta kosmologi adalah bentuk energi gelap paling sederhana yang mungkin, energi vakum dengan kerapatan tetap; 'energi gelap' adalah istilah yang lebih luas yang juga mencakup model dinamis, jadi semua konstanta kosmologi adalah energi gelap tetapi tidak semua energi gelap harus berupa konstanta.

Mengapa penambahan konstanta pernah disebut sebagai kesalahan besar?

Einstein menambahkannya untuk memaksakan alam semesta statis, asumsi yang berlaku saat itu; seandainya dia mempercayai persamaan yang tidak dimodifikasi, dia mungkin telah memprediksi ekspansi kosmik sebelum diamati, itulah sebabnya dia kemudian menyesali langkah tersebut, meskipun suku tersebut terbukti nyata pada akhirnya.