Constante Cosmológica

A constante cosmológica é um termo extra nas equações de campo de Einstein, proporcional à métrica, que se comporta como uma densidade de energia uniforme do espaço vazio e impulsiona uma expansão cósmica acelerada.

Definition

A constante cosmológica, denotada por Lambda, é um termo constante adicionado às equações de campo de Einstein que contribui com uma densidade de energia uniforme e pressão negativa de igual magnitude para o vácuo, equivalente à forma mais simples de energia escura.

Scope

Este tópico abrange a forma algébrica do termo da constante cosmológica e sua consistência com a conservação de energia-momento, sua interpretação como energia do vácuo com pressão negativa, a motivação original de Einstein para um universo estático e sua posterior retratação, seu ressurgimento para explicar a aceleração cósmica observada, e o problema da constante cosmológica de sua enorme discrepância com as estimativas da teoria quântica de campos.

Core questions

• Por que um termo constante pode ser adicionado às equações de Einstein sem violar as leis de conservação?
• Como uma constante cosmológica produz uma expansão acelerada em vez de desacelerada?
• Por que o valor observado é tão menor do que o previsto pela teoria quântica de campos?

Key concepts

• Termo Lambda
• Densidade de energia do vácuo
• Pressão negativa
• Expansão acelerada
• Energia escura
• Problema da constante cosmológica

Key theories

Interpretação da energia do vácuo

Uma constante cosmológica é equivalente a uma densidade de energia do vácuo uniforme com pressão igual ao negativo dessa densidade, de modo que contribui com um efeito gravitacional repulsivo que acelera a expansão do universo.

Problema da constante cosmológica

A teoria quântica de campos prevê uma energia do vácuo muitas dezenas de ordens de magnitude maior do que o pequeno valor observado, uma discrepância inexplicável que é um dos mais profundos enigmas que conectam a gravidade e a física quântica.

Clinical relevance

Observações de supernovas distantes, do fundo cósmico de micro-ondas e da estrutura em larga escala são consistentes com uma pequena constante cosmológica positiva que compõe a maior parte do orçamento de energia atual do universo; se é uma verdadeira constante ou uma energia escura dinâmica é uma questão central da cosmologia observacional.

History

Einstein introduziu Lambda em 1917 para obter um universo estático, depois a abandonou após a descoberta de Hubble da expansão cósmica, supostamente chamando-a de seu maior erro; ela retornou decisivamente em 1998 quando levantamentos de supernovas revelaram que a expansão está acelerando, revivendo a constante como o modelo principal de energia escura.

Debates

Constante versus energia escura dinâmica

Se a aceleração cósmica é causada por uma verdadeira constante cosmológica ou por um campo que evolui lentamente (quintessência) é uma questão observacionalmente aberta; distingui-los requer medições precisas de como a densidade de energia escura muda, se é que muda, ao longo do tempo cósmico.

Key figures

• Albert Einstein
• Willem de Sitter
• Sean Carroll

Seminal works

• carroll2001
• carroll2004

Frequently asked questions

A constante cosmológica é a mesma coisa que energia escura?

A constante cosmológica é a forma mais simples possível de energia escura, uma energia do vácuo com uma densidade fixa; 'energia escura' é o termo mais amplo que também inclui modelos dinâmicos, então todas as constantes cosmológicas são energia escura, mas nem toda energia escura precisa ser uma constante.

Por que a adição da constante foi uma vez chamada de erro?

Einstein a adicionou para forçar um universo estático, a suposição predominante na época; se ele tivesse confiado nas equações não modificadas, ele poderia ter previsto a expansão cósmica antes que fosse observada, razão pela qual ele mais tarde se arrependeu da decisão, embora o termo tenha se mostrado real afinal.