La teoría de cuerdas y la idea de un universo en expansión
Antes de la teoría de cuerdas, Albert Einstein fue fuertemente influenciado por el concepto de un universo inmutable. Su teoría de la relatividad general predice un universo dinámico - uno que cambia sustancialmente con el tiempo - por lo que introdujo un término, llamado constante cosmológica, en la teoría de que el universo estático y eterno.
Esto demostraría ser un error cuando, varios años más tarde, el astrónomo Edwin Hubble descubrió que el universo se estaba expandiendo! Incluso hoy en día, la consecuencia de la constante cosmológica en la relatividad general tiene un enorme impacto sobre la física, haciendo que los teóricos de cuerdas a reconsiderar su enfoque conjunto.
Las ecuaciones de la relatividad general que Einstein desarrolló mostraron que el tejido del espacio se expande o se contrae. Esto no tenía sentido para Einstein, por lo que en 1917 se añadió la constante cosmológica a las ecuaciones. Este término representa una forma de gravedad repulsiva que exactamente compensado la fuerza atractiva de la gravedad.
Cuando Hubble demostró que el universo estaba en clara expansión, Einstein llamó a la introducción de la constante cosmológica su “mayor error” y se lo quitó de las ecuaciones. Este concepto volvería largo de los años, sin embargo. Con el descubrimiento de la energía oscura, “error” de Einstein resultó ser un parámetro necesario en la teoría (a pesar de que la mayoría de los físicos de un siglo asumieron el valor de la constante cosmológica era cero).
El descubrimiento de que la energía y la presión de tener gravedad
En la gravedad de Newton, los cuerpos con masa se atraen entre sí. la relatividad de Einstein demostró que la masa y la energía estaban relacionados. Por lo tanto, la masa y la energía tanto ejercen influencia gravitacional. No sólo eso, sino que era posible que el espacio mismo podría ejercer una presión que deforma el espacio.
Cuando Einstein creó su primer modelo basado en la teoría general de la relatividad, se dio cuenta de lo que implicaba un universo en expansión. En ese momento, nadie tenía ninguna razón particular para pensar que el universo se estaba expandiendo, y Einstein asumió que se trataba de una falla en su teoría.
En un espacio de Sitter, la única cosa que existe es la energía del vacío - la constante cosmológica sí mismo. Incluso en un universo que contiene no importa en absoluto, esto significa que el espacio se expandirá. Un espacio de Sitter tiene un valor positivo para la constante cosmológica, que también puede ser descrito como una curvatura positiva de espacio-tiempo.
Un modelo similar con una constante negativa cosmológica (o una curvatura negativa, en la que la expansión se está desacelerando) se llama una anti-de Sitter espacio.
En 1922, el físico ruso Aleksandr Friedmann dio la mano a la solución de las ecuaciones de la relatividad general elaborados, pero decidió hacerlo en el caso más general mediante la aplicación de la principio cosmológico (Que puede ser visto como un caso más general del principio copernicano), que consiste en dos supuestos:
Video: DETERMINACION CON EXACTITUD DE COMO NACIO EL UNIVERSO(documenta completo en español)
El universo se ve igual en todas las direcciones (es isotrópico).
Video: Documental El Universo Elegante La teoria de cuerdas 1 El sueño de Einstein
El universo es uniforme, no importa a donde vaya (es homogénea).
Con estas suposiciones, las ecuaciones se vuelven mucho más simple. El modelo original de Einstein y el modelo de De Sitter ambos terminaron siendo los casos especiales de este análisis más general. Friedmann fue capaz de definir la solución en función de sólo tres parámetros:
constante de Hubble (la tasa de expansión del universo)
Lambda (la constante cosmológica)
Omega (densidad media materia en el universo)
A día de hoy, los científicos están tratando de determinar estos valores tan precisamente como sea posible, pero incluso sin valores reales pueden definir tres soluciones posibles. Cada solución coincide con una cierta “geometría” de espacio, que puede ser representado de una manera simplificada por el espacio forma naturalmente curvas en el universo, como se muestra en la figura:
universo cerrado: Hay suficiente materia en el universo que la gravedad con el tiempo superar la expansión del espacio. La geometría de tal universo es una curvatura positiva, tales como la esfera en la imagen más a la izquierda en la figura. (Esto coincide con el modelo original de Einstein sin una constante cosmológica.)
universo abierto: No hay materia suficiente para detener la expansión, por lo que el universo continuará expandiéndose para siempre a la misma velocidad. Este espacio-tiempo tiene una curvatura negativa, como la forma de silla de montar se muestra en la imagen del medio en la figura.
universo plano: La expansión del universo y la densidad de la materia perfectamente equilibrar, por lo que la expansión del universo se ralentiza el tiempo, pero nunca se detiene por completo. Este espacio no tiene curvatura en general, como se muestra en la imagen más a la derecha de la figura. (Él mismo Friedmann no descubrió esta solución- se encontró años después).
Estos modelos son muy simplificado, pero necesitaban ser porque las ecuaciones de Einstein se pusieron muy compleja en los casos en que el universo estaba poblado con una gran cantidad de materia, y sin embargo no existía supercomputadoras para realizar todos los cálculos.