Cosmologia Relativística
A cosmologia relativística aplica as equações de campo de Einstein ao universo como um todo, modelando sua geometria em larga escala e expansão através das soluções de Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker.
Definition
A cosmologia relativística é o ramo da relatividade geral que trata o universo como um espaço-tempo dinâmico, utilizando soluções homogêneas e isotrópicas de Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker das equações de Einstein para descrever a expansão cósmica, a geometria e a estrutura causal.
Scope
A área abrange a descrição cosmológica do cosmos pela relatividade geral: a suposição de homogeneidade e isotropia em larga escala, a métrica de Robertson-Walker e as equações de Friedmann que governam o fator de escala, o desvio para o vermelho cosmológico e as medidas de distância, a estrutura causal com seus horizontes de partículas e de eventos, e o tratamento relativístico de como pequenas perturbações se desenvolvem em estrutura cósmica. É o complemento da teoria gravitacional ao subcampo da astronomia observacional da cosmologia.
Sub-topics
Core questions
- Como as equações de Einstein descrevem um universo em expansão e homogêneo?
- O que determina a geometria e a história da expansão do cosmos?
- Como o desvio para o vermelho e a distância se relacionam com a expansão do espaço?
- Que limites causais, os horizontes, a expansão relativística impõe?
Key concepts
- Princípio cosmológico
- Métrica de Robertson-Walker
- Fator de escala e parâmetro de Hubble
- Equações de Friedmann
- Desvio para o vermelho cosmológico
- Horizontes de partículas e de eventos
Key theories
- Princípio cosmológico e métrica FLRW
- Assumir que o universo é homogêneo e isotrópico em grandes escalas seleciona a métrica de Robertson-Walker, na qual toda a informação espacial se reduz a um único fator de escala dependente do tempo e a uma curvatura espacial constante.
- Dinâmica de Friedmann
- Inserir a métrica de Robertson-Walker nas equações de Einstein produz as equações de Friedmann, que ligam a taxa de expansão à densidade de energia e à curvatura, determinando se o universo se expande para sempre, colapsa ou acelera.
Clinical relevance
A cosmologia relativística fornece a espinha dorsal teórica do modelo cosmológico padrão: ela enquadra as medições da taxa de expansão, do fundo cósmico de micro-ondas e da estrutura em larga escala, e é o cenário em que a matéria escura, a energia escura e a física do universo primordial da inflação são formuladas.
History
O modelo estático de Einstein de 1917 deu lugar às soluções dinâmicas de Friedmann (1922) e Lemaitre (1927), que previram um universo em expansão mais tarde confirmado pela relação desvio para o vermelho-distância de Hubble; Robertson e Walker estabeleceram rigorosamente a métrica na década de 1930, e a estrutura subjaz a toda a cosmologia moderna.
Debates
- Validade da homogeneidade em larga escala e da média
- Debate-se se a média do universo real irregular para um modelo de Friedmann suave introduz efeitos sistemáticos de 'reação inversa' que mimetizam a energia escura; a maioria das análises considera esses efeitos pequenos, mas o papel preciso da inomogeneidade na dinâmica cósmica permanece uma questão de pesquisa.
Key figures
- Aleksandr Friedmann
- Georges Lemaitre
- Howard Robertson
- Arthur Walker
Related topics
Seminal works
- friedmann1922
- weinberg2008
Frequently asked questions
- O universo está se expandindo para algo?
- Não. Na cosmologia relativística, a expansão é o crescimento do fator de escala que aumenta as distâncias entre as galáxias dentro do próprio espaço-tempo; não há espaço externo para o qual o universo se expanda, e a geometria pode ser infinita ou finita sem uma fronteira.
- Como a cosmologia relativística difere da cosmologia observacional?
- A cosmologia relativística é a teoria da relatividade geral do espaço-tempo cósmico, fornecendo as equações e a geometria, enquanto o subcampo da astronomia observacional se concentra na medição do universo; esta área fornece a estrutura gravitacional dentro da qual essas observações são interpretadas.