¿Gravedad lenta la expansión del universo?
Leí el hilo de rosca http://www.physicsforums.com/showthread.php?t=322633 y tengo la misma pregunta. ¿Sé que el universo no es ser detenido por la gravedad, pero es la fuerza de la gravedad, frenando de alguna manera? ¿Sin la fuerza de la gravedad, espacio ampliaría más rápido?
Me ayude a formular esta pregunta mejor si sabes lo que estoy pidiendo.
La respuesta es que sí, la gravedad hace más lenta la expansión del espacio (dejando de lado la energía oscura por el momento), pero para obtener una mejor comprensión de lo que está pasando en la que usted necesita para ver en esto un poco más profundamente.
Si hacemos un par de supuestos simplificadores sobre el universo, por ejemplo, es aproximadamente uniforme en todas partes, podemos resolver la ecuación de Einstein para dar la métrica FLRW. Esta es una ecuación que nos dice cómo el espacio-tiempo se está expandiendo, y en realidad parece ser un muy buen ajuste a lo que vemos por lo que podemos estar razonablemente seguros de que al menos una buena aproximación a la forma en que el universo se comporta.
Para reducir la gravedad simplemente reducir la densidad de la materia en el universo, porque después de todo es el asunto de la generación de la gravedad. A bajas densidades de la materia la métrica FLRW nos dice que el universo se expande para siempre. A medida que aumente la densidad de la materia la expansión más lenta, y con densidades por encima de una densidad crítica (conocido como $\Omega$) la expansión se detiene y el universo colapsa de nuevo.
Así que sí, la gravedad hace más lenta la expansión y la métrica FLRW nos dice por cuánto. Si quieres continuar con esto además, intente buscar en Google para la métrica FLRW. El artículo de la Wikipedia es muy completo pero un poco técnico para no GR geeks, pero Google debería encontrar más accesible descripciones.
Esta respuesta es la intención de la dirección de Nick Kidman reformulación de la pregunta:
hay una medida de la cantidad de la gravedad en el espacio-tiempo (tal vez el la acción es una válida)? Y ¿cómo la expansión de las ecuaciones (Friedmann?) dependen de este parámetro real.
La forma en que los cosmólogos respuesta esto es, en términos de la densidad de energía del universo. Esta energía puede provenir de la radiación, de la materia, una constante cosmológica, o cualquier otra forma de energía oscura, si es que existe.
El resto de la respuesta es muy similar a la de la discusión se encuentra en los libros de texto, tales como Ryden. Por simplicidad, vamos a considerar el caso imaginario donde la densidad de energía del universo está dominado completamente por la materia, es decir, vamos a ignorar la energía de la radiación y la energía oscura. Esto nos va a permitir discutir cómo la expansión del universo depende de un único parámetro, la densidad de energía de la materia (la voy a llamar 'la densidad de la materia' a partir de ahora). Incluyendo a las otras energías va a complicar el panorama, pero no cambiar la naturaleza fundamental de la respuesta.
El Friedmann ecuaciones son de segundo orden en el tiempo. Vamos a elegir a nuestros dos constantes de integración basado en el tamaño y la tasa de expansión podemos observar hoy en día en el universo actual (aunque la expansión de hoy está dominado por la energía oscura, esto es sólo una selección de números para establecer un adecuado punto de referencia). Entonces, se puede variar la densidad de la materia y resolver las ecuaciones de Friedmann para ver cómo las fases tempranas y tardías de la expansión del universo se iba a cambiar.
Aquí es un gráfico que muestra tres posibles escenarios:
Vamos a centrarnos en el medio. Aquí, la tasa de expansión de $\dot{a}$ se aproxima a cero asintóticamente para $t \rightarrow \infty$. La magnitud de la densidad en el universo actual, correspondiente a este tipo de expansión se llama la densidad crítica, y lo podemos usar para definir una medida adimensional de la densidad de la llamada el parámetro de densidad, $\Omega$. El centro de la curva corresponde a $\Omega = 1$.
La parte inferior de la curva en el diagrama corresponde a $\Omega > 1$. Aquí la expansión eventualmente se invierte iteself en un big crunch.
La curva superior corresponde a $\Omega < 1$. En este caso, la expansión continúa acelerándose en los últimos tiempos, llevando a un "big freeze" o "big rip'.
La forma cerrada soluciones analíticas de las ecuaciones de Friedmann en un asunto sólo de universo arbitrarias $\Omega$, como los que se utilizan para generar el gráfico, se puede encontrar en muchos cosmología de los libros de texto incluyendo el que he enlazado más arriba.
Hay otras cosas importantes que cambian con $\Omega$, tales como la topología y la curvatura del universo.
Ahora un poco de impresión fine: En nuestro universo, de hecho, hemos de medida $\Omega$ a ser cercano a 1, lo que significa que la topología y la curvatura del universo parecen coincidir con lo que esperamos para $\Omega = 1$. Pero también pensamos que el universo continuará expandiéndose en un sistema acelerado de la materia. Esto es debido a la presencia de la energía oscura, por la que se modifica la de las soluciones de las ecuaciones de Friedmann.
Las ecuaciones de Friedmann para la expansión del espacio son (suponiendo espacio plano para simplificar):
$(1)\ (\frac{\dot a}{a})^2 = \frac{8 \pi G \rho + \Lambda}{3}$
$(2)\ \frac{\ddot a}{a}= -\frac{4 \pi G}{3}(\rho + 3P) + \frac{\Lambda}{3}$
donde $a$ es el factor de escala (aproximadamente, cómo "ampliado" el espacio es), $\dot a$ es la tasa de expansión y $\ddot a$ es la aceleración de la expansión.
Si, "sin la fuerza de la gravedad", que significa "con $G = 0$", entonces tenemos:
$(3)\ (\frac{\dot a}{a})^2 = \frac{\Lambda}{3} \rightarrow a(t) = a(0)e^{\pm t \sqrt{\frac{\Lambda}{3}}}$
$(4)\ \frac{\ddot a}{a}= \frac{\Lambda}{3}$
Así, "sin gravedad" en este sentido en particular, con $G = 0$, el espacio es la ampliación o la contratante exponencialmente con el tiempo (para el caso especial de $\Lambda = 0$ , $\dot a = \ddot a = 0$)
Ahora, en el contexto de su pregunta acerca de un universo en expansión, por inspección de la ecuación (2), vemos que la introducción de la "gravedad" a través de dar a $G$ un valor positivo (y, por supuesto, suponiendo que hay un no-cero de la densidad de la masa), este término "se opone a" la constante cosmológica plazo y pueden incluso revertir la aceleración de la expansión del espacio, haciendo $\ddot a$ negativo retardando así la expansión.
¿Qué es esto de la gravedad cosa?
En un contexto metafísico, la gravedad simplemente es, es fundamental, una de las principales. La gravedad no puede ser explicado en términos de otra "más fundamental" de las cosas, porque eso sería una contradicción.
En un contexto de la física, tenemos un modelo matemático para la gravedad, la Teoría de la Relatividad General que, en pocas palabras, es:
$\textbf{R} + (\Lambda - \frac{1}{2}R)\textbf{g} = \dfrac{8 \pi G}{c^4}\textbf{T}$
Ahora, los términos de estas ecuaciones se geométricas de los objetos, tensores, (el tensor de Ricci, el tensor métrico, y el estrés-tensor de energía) esta ecuación se relaciona con estos tensores. Por otra parte, del lado izquierdo de la ecuación implica la geometría del espacio-tiempo. El RHS implica la masa-energía contenido de el espacio-tiempo.
Entonces, yo creo que es el caso que, en este contexto, la gravedad es la relación entre estos tensores, entre la geometría del espacio-tiempo y el contenido del espacio-tiempo.
Tenga en cuenta que yo no estoy diciendo que la gravedad es esta ecuación; estoy afirmando que la gravedad es una relación expresada por la ecuación, una fundamental relación entre el espacio-tiempo de la geometría y de la masa-energía.
Así, para atar este con el OP interesante pregunta comenzando con "Sin la fuerza de la gravedad...", vamos a considerar lo que realmente significa.
Estipula que la gravedad es una relación entre los objetos geométricos de arriba, a continuación, "sin gravedad" debe significar "sin una relación entre estos objetos geométricos".
¿Qué sería un mundo así?
(más por venir)
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