Einstein und sein sogenannter größter Fehler

Ich habe diesen Artikel gelesen, https://earthsky.org/space/this-date-in-science-edwin-hubble-and-the-expanding-universe . Bitte beachten Sie, dass mein Verständnis sehr grundlegend ist. Meine Hauptfrage finden Sie am Ende. Ich habe unten Auszüge aus verschiedenen Quellen kommentiert, damit Sie besser verstehen können, wo ich falsch liege und wie ich es interpretiere. Ich hoffe, es macht es dir leichter, mir zu helfen. Danke schön.

Das folgende Zitat ist dem erwähnten Artikel entnommen. Ich habe den Teil, der ursprünglich verwirrte und mich dazu veranlasste, meine Frage zu posten, fett gedruckt.

Es wird gesagt, dass Albert Einstein begeistert war, von Hubbles Arbeit zu hören. Einsteins Relativitätstheorie besagt, dass sich das Universum entweder ausdehnt oder zusammenzieht. Aber Einstein selbst lehnte diese Vorstellung zugunsten der akzeptierten Idee ab, dass das Universum stationär sei und schon immer existiert habe. Als Hubble seine Beweise für die Expansion des Universums präsentierte, begrüßte Einstein die Idee. Sein Festhalten an der alten Idee nannte er „meinen größten Fehler“.

Ich glaube nicht, dass die ursprüngliche Theorie der Allgemeinen Relativitätstheorie die Expansion des Universums implizierte, wie oben gesagt. Ich würde sagen, dass Einstein die kosmologische Konstante eingeführt hat, um der Schwerkraft entgegenzuwirken, damit das Universum nicht letztendlich in sich zusammenfällt. Die drei folgenden Auszüge scheinen meine Ansicht zu stützen.

Einstein nahm die kosmologische Konstante als Term in seine Feldgleichungen für die allgemeine Relativitätstheorie auf, weil er unzufrieden war, dass seine Gleichungen ansonsten anscheinend kein statisches Universum zuließen: Die Schwerkraft würde ein Universum, das sich anfänglich im dynamischen Gleichgewicht befand, zusammenziehen. Um dieser Möglichkeit entgegenzuwirken, fügte Einstein die kosmologische Konstante hinzu.[3] Doch kurz nachdem Einstein seine statische Theorie entwickelt hatte, deuteten Beobachtungen von Edwin Hubble darauf hin, dass sich das Universum auszudehnen scheint; Dies stimmte mit einer kosmologischen Lösung der ursprünglichen Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie überein, die der Mathematiker Friedmann bei der Arbeit an den Einstein-Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie gefunden hatte.

Tatsächlich führt das Hinzufügen der kosmologischen Konstante zu Einsteins Gleichungen nicht zu einem statischen Universum im Gleichgewicht, weil das Gleichgewicht instabil ist: Wenn sich das Universum leicht ausdehnt, dann setzt die Expansion Vakuumenergie frei, die noch mehr Expansion verursacht. Ebenso wird ein Universum, das sich leicht zusammenzieht, weiter schrumpfen.[11]

Quelle 1: https://en.wikipedia.org/wiki/Cosmological_constant#History

Die kosmologische Konstante wurde zuerst von Einstein als Mechanismus vorgeschlagen, um eine Lösung der Gravitationsfeldgleichung zu erhalten, die zu einem statischen Universum führen würde, das effektiv dunkle Energie nutzt, um die Schwerkraft auszugleichen.[16] Einstein gab der kosmologischen Konstante das Symbol Λ (großes Lambda)....

Der Mechanismus war ein Beispiel für Feinabstimmung, und später wurde klar, dass Einsteins statisches Universum nicht stabil sein würde: Lokale Inhomogenitäten würden letztendlich entweder zu einer außer Kontrolle geratenen Expansion oder Kontraktion des Universums führen. Das Gleichgewicht ist instabil: Wenn sich das Universum leicht ausdehnt, dann setzt die Expansion Vakuumenergie frei, die noch mehr Expansion verursacht. Ebenso wird ein Universum, das sich leicht zusammenzieht, weiter schrumpfen. Diese Art von Störungen sind aufgrund der ungleichmäßigen Verteilung der Materie im Universum unvermeidlich. Darüber hinaus zeigten Beobachtungen von Edwin Hubble im Jahr 1929, dass das Universum anscheinend expandiert und überhaupt nicht statisch ist. Berichten zufolge bezeichnete Einstein sein Versäumnis, die Idee eines dynamischen Universums im Gegensatz zu einem statischen Universum vorherzusagen, als seinen größten Fehler.[19]

Quelle 2: https://en.wikipedia.org/wiki/Dark_energy#History_of_discovery_and_ previous_speculation

1912 entdeckte Vesto Slipher, dass das Licht entfernter Galaxien rotverschoben war,[8][9] was später als Galaxien interpretiert wurde, die sich von der Erde zurückziehen. 1922 verwendete Alexander Friedmann Einstein-Feldgleichungen, um den theoretischen Beweis dafür zu liefern, dass sich das Universum ausdehnt.[10] 1927 gelangte Georges Lemaître unabhängig auf theoretischer Grundlage zu einer ähnlichen Schlussfolgerung wie Friedmann und präsentierte auch den ersten Beobachtungsbeweis für eine lineare Beziehung zwischen der Entfernung zu Galaxien und ihrer Rückzugsgeschwindigkeit.[11] Edwin Hubble bestätigte Lemaîtres Ergebnisse zwei Jahre später durch Beobachtung.[12] Wenn man das kosmologische Prinzip annimmt, würden diese Befunde implizieren, dass sich alle Galaxien voneinander entfernen.

Basierend auf zahlreichen experimentellen Beobachtungen und theoretischen Arbeiten ist der wissenschaftliche Konsens, dass sich der Weltraum selbst ausdehnt, und dass er sich innerhalb des ersten Bruchteils einer Sekunde nach dem Urknall sehr schnell ausdehnt. Diese Art der Erweiterung wird als "metrische Erweiterung" bezeichnet. In Mathematik und Physik bedeutet eine „Metrik“ ein Maß für die Entfernung, und der Begriff impliziert, dass sich das Gefühl der Entfernung innerhalb des Universums selbst ändert.

Quelle 3: https://en.wikipedia.org/wiki/Expansion_of_the_universe#History

Außerdem glaube ich nicht, dass es ein Fehler von Einstein war, die Konstante zu entfernen, wie im Auszug unten aus Quelle 4 angegeben ist. Einstein hatte die kosmologische Konstante verwendet, um die Anziehungskraft Gravitation auszugleichen, so dass das Endergebnis ein statisches Universum war da damals das statische Modell bevorzugt wurde. Es ist nicht so, dass wenn Einstein die Konstante nicht entfernt hätte, dies zu einer Expansion des Universums geführt hätte. Meiner Meinung nach hätte seine Entfernung eher zu einem Zusammenbruch des Universums geführt, den Einstein ursprünglich zu verhindern versucht hatte.

Albert Einstein erfand die kosmologische Konstante als Teil seiner Gravitationstheorie, bekannt als Allgemeine Relativitätstheorie.

Einsteins Gleichungen zeigten, dass die Schwerkraft aller Materie im Universum eine starke Anziehungskraft ausüben würde, alle Sterne und Galaxien aufeinander zu ziehen und schließlich das Universum zum Einsturz bringen würde. Damals glaubten Astronomen jedoch, dass das Universum statisch sei – dass es sich weder ausdehnt noch zusammenzieht. Um diesem Problem entgegenzuwirken, fügte Einstein seinen Gleichungen einen weiteren Term hinzu, der als kosmologische Konstante bezeichnet wird, um die nach innen gerichtete Anziehungskraft der Schwerkraft auszugleichen.

Innerhalb von etwa einem Jahrzehnt entdeckte der Astronom Edwin Hubble jedoch, dass sich das Universum ausdehnt. Einstein verwarf die kosmologische Konstante und nannte sie seinen größten wissenschaftlichen Fehler.

Als die dunkle Energie entdeckt wurde, begannen viele Physiker zu glauben, dass Einsteins einziger Fehler darin bestand, die Konstante zu entfernen. Diese "abstoßende" Kraft könnte die Beschleunigung des Universums erklären. Mit anderen Worten, es könnte die dunkle Energie sein.

Quelle 4: http://hetdex.org/dark_energy/what_is_it/vacuum_energy.html

Hauptfrage:

Dunkle Energie wurde 1990 entdeckt, wie in Quelle 6 angegeben, und ich denke auch, wie in Quelle 5, dass dunkle Energie ziemlich verschieden von der kosmologischen Konstante ist. Um 1930 war Einstein davon überzeugt, dass sich das Universum ausdehnt. Hat er die Konstante vollständig aus seinen Gleichungen entfernt oder ihren Wert geändert, sodass die Gleichungen ein expandierendes Universum vorhersagen? Was wurde damals als Ursache der Expansion gedacht? Was war in dem Raum, der es auseinanderstieß? Wie kam Friedmann 1922 zu dem Schluss, dass sich das Universum ausdehnt, indem er die von Einstein aufgestellten ursprünglichen Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie verwendete? Was war Friedmanns Motivation? Ich habe hier eine ähnliche Frage gefunden , aber die Antwort ist mathematisch schwer und ich konnte überhaupt keinen Sinn daraus machen.

Basilakos und Sola schlagen stattdessen vor, dass Dunkle Energie eine Art dynamische Quantenvakuumenergie ist – etwas anderes als Einsteins kosmologische Konstante, die eine statische Vakuumenergiedichte beschreibt und eine weitere mögliche Erklärung für die Natur der Dunklen Energie ist.

Quelle 5: https://www.space.com/25238-dark-energy-quantum-vacuum-theory.html

Dunkle Energie ist noch mysteriöser, und ihre Entdeckung in den 1990er Jahren war ein völliger Schock für Wissenschaftler. Zuvor waren Physiker davon ausgegangen, dass die anziehende Schwerkraft die Expansion des Universums mit der Zeit verlangsamen würde. Als jedoch zwei unabhängige Teams versuchten, die Verzögerungsrate zu messen, stellten sie fest, dass sich die Expansion tatsächlich beschleunigte. Ein Wissenschaftler verglich die Entdeckung damit, einen Schlüsselbund in die Luft zu werfen, in der Erwartung, dass sie wieder herunterfallen würden – nur um zu sehen, wie sie direkt zur Decke fliegen.

Quelle 6: https://www.nationalgeographic.com/science/space/dark-matter/

Es ist zu einem weit verbreiteten Glauben geworden, dass Albert Einstein sein statisches Universum aufgab, als Edwin Hubble ihm bei einem Besuch in Pasadena im Januar und Februar 1931 die rotverschobenen Nebelspektren zeigte und ihn davon überzeugte, dass sich das Universum ausdehnt und die kosmologische Konstante überflüssig sei .

Quelle 7: https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1311/1311.2763.pdf (Einsteins Umwandlung von seinem statischen in ein expandierendes Universum)

Hilfreiche Links:

1: Was ist der Unterschied zwischen „dunkler Energie“ und „Vakuumenergie“?

2: https://www.youtube.com/watch?v=g20JZ2HNZaw

EDIT #1: (hinzugefügt am 25.12.2020, 12:26 UTC)

Zu Beginn dieses Beitrags sagte ich: „ Ich glaube nicht, dass die ursprüngliche Theorie der Allgemeinen Relativitätstheorie eine Expansion des Universums implizierte, wie oben gesagt. Ich würde sagen, dass Einstein die kosmologische Konstante eingeführt hat, um der Schwerkraft entgegenzuwirken, damit das Universum bricht nicht letztendlich in sich zusammen. "

Ich denke, ich sollte mehr hinzufügen. Ich sah mir den Dokumentarfilm „ The Fabric of the Cosmos: What Is Space? “ von Brian Greene an.

Das Folgende wird um 40:33 - 43:10 gesagt.

und die Entdeckung der Dunklen Energie hielt eine weitere Überraschung bereit. Die Idee, dass das Universum eine solche Zutat enthält, war tatsächlich achtzig Jahre zuvor gekocht worden. Ich verrate Ihnen ein kleines Geheimnis, obwohl er es vor langer Zeit nicht Dunkle Energie nannte, sagte Albert Einstein voraus dass der Weltraum selbst eine Kraft ausüben könnte, die Galaxien auseinandertreiben würde, sieht man kurz nach der Entdeckung seiner Allgemeinen Relativitätstheorie seine GravitationstheorieEinstein fand heraus, dass sich das Universum laut Mathematik entweder ausdehnen oder zusammenziehen würde, aber es konnte nicht auf einer festen Größe schweben, was verwirrend war, denn bevor sie vom Urknall wussten, stellten sich die meisten Wissenschaftler, einschließlich Einstein, das Universum als statisch, ewig und unveränderlich vor, als Einstein es war Gleichungen deuteten auf ein sich ausdehnendes oder zusammenziehendes Universum hin, nicht auf das statische Universum, an das alle glaubtenEr hatte ein Problem, also kehrte Einstein zu seinen Gleichungen zurück und modifizierte sie, um eine Art Antigravitation zu ermöglichen, die den Raum mit einem nach außen gerichteten Schub erfüllte, der dem üblichen nach innen gerichteten Zug der Schwerkraft entgegenwirkte und es dem Universum ermöglichte, still zu stehen. Er nannte die Modifikation die kosmologische konstante Addition die kosmologische Konstante rettete seine Gleichungen, aber die Wahrheit ist, dass Einstein keine Ahnung hatte, ob sein Schub nach außen oder seine Antigravitation wirklich existierte Erzielt diesen Effekt der Antigravitation, sagt er, dass sich die Schwerkraft manchmal so verhalten kann, dass sie nicht Dinge zusammenzieht, sondern Dinge auseinander drückt, wie der Zusammenprall zweier Titanen, die kosmologische Konstante und die Anziehungskraft gewöhnlicher Materie das Universum in Schach halten könnten UndHalten Sie es statisch, aber etwa ein Dutzend Jahre später entdeckte der Astronom Edwin Hubble, dass das Universum nicht statisch ist, sondern sich aufgrund der explosiven Kraft des Urknalls vor vierzehn Milliarden Jahren ausdehnt, was bedeutete, dass Einsteins ursprüngliche Gleichungen nicht mehr so ​​plötzlich geändert werden mussten die Notwendigkeit für Eine kosmologische Konstante ging direkt aus dem Fenster.

Es ist verständlich, dass die Gravitation alles nach innen ziehen und das Universum zusammenbrechen lassen könnte, aber wenn man es historisch betrachtet, ist es nicht klar, was dort im Raum war, was alles nach außen drücken würde, was zu einem expandierenden Universum führen würde. In den 1920er Jahren dachte man nicht, dass der Weltraum eine inhärente Energie hat, die Materie wie Galaxien auseinanderdrücken würde. Ja, Einsteins Raumzeit war dynamisch, die sich biegen, kräuseln, drehen usw. konnte, aber sie hatte keine inhärente Energie. Übrigens, wenn es seine eigene Energie hätte, würde es auch zur Schwerkraft führen. Also, was gab es in Einsteins Gleichungen, die ein expandierendes Universum vorhersagten oder implizierten? Ich denke, die Antwort liegt nicht in der Mathematik. Beachten Sie auch, dass die Urknalltheorie um 1931 formuliert wurde.

Einstein versuchte, mit seinen Gravitationsfeldgleichungen ein kosmologisches Modell für das Universum zu entwickeln, und es erforderte zunächst nur wenige Annahmen; Ich denke, der Begriff ist Anfangsbedingungen. Er hätte entweder annehmen können, dass sich das Universum aus irgendeinem unbekannten Grund ausdehnt, was auch der anziehenden Schwerkraft entgegenwirkt, oder dass das Universum statisch war und dies eine feste äußere Kraft erfordern würde, um der Schwerkraft entgegenzuwirken. Einstein entschied sich für das statische Universum, weil dies zu dieser Zeit die am weitesten verbreitete Sichtweise des Universums war, wenn auch, wie ich gelesen habe, mathematisch nicht sehr stabil. Kurz gesagt, es war nicht so, dass die Mathematik selbst etwas implizierte, es ging mehr um die Annahmen, die verwendet wurden, um das Modell zu entwickeln. Bitte sehen Sie sich den Auszug unten an.

Im frühen 20. Jahrhundert vertrat die gängige Weltanschauung die Auffassung, dass das Universum statisch ist – mehr oder weniger gleich in alle Ewigkeit. Einstein äußerte die allgemeine Meinung im Jahr 1917, nachdem de Sitter Gleichungen aufgestellt hatte, die ein sich ausdehnendes Universum beschreiben konnten, ein Universum mit einem Anfang . Einstein schrieb ihm: "Dieser Umstand irritiert mich." In einem anderen Brief fügte Einstein hinzu: „Solche Möglichkeiten einzugestehen erscheint unsinnig.“

Mit seinen Gravitationsfeldgleichungen stellte Einstein gerade ein kompaktes mathematisches Werkzeug zur Verfügung, das die allgemeine Konfiguration von Materie und Raum beschreiben konnte, die das Universum als Ganzes umfasste. Die in den Gleichungen vorhergesagte eigentümliche Krümmung des Raums wurde schnell in berühmten Experimenten bestätigt, und in den frühen 1920er Jahren waren sich die meisten führenden Wissenschaftler einig, dass Einsteins Feldgleichungen eine Grundlage für die Kosmologie bilden könnten. Das einzige Problem war, dass es ein mathematischer Alptraum war, eine Lösung für diese einfachen Gleichungen zu finden – also ein Modell des Universums zu erstellen. ...

Einstein traf sich mit de Sitter im neutralen Holland. Sich gegenseitig anregend und kritisierend, produzierten sie zwei kosmologische Modelle, zwei unterschiedliche Lösungen der Feldgleichungen. Aber beide Modelle schienen spezielle Anpassungen zu benötigen.

Einsteins erster Modellversuch konnte ebenfalls keine Materie enthalten und stabil sein. Denn die Gleichungen zeigten, dass, wenn das Universum von Anfang an statisch wäre, die Anziehungskraft der Materie alles in sich zusammenfallen lassen würde. Das schien lächerlich, denn es gab keinen Grund anzunehmen, dass der Weltraum so instabil war.

Einstein fand heraus, dass er sein Modell stabilisieren konnte, indem er den Gleichungen einen einfachen konstanten Term hinzufügte. Wenn diese Konstante nicht Null wäre, müsste das Modell nicht unter seiner eigenen Schwerkraft zusammenbrechen. Diese "kosmologische Konstante", räumte Einstein ein, sei nur "ein hypothetischer Begriff". Es sei „weder von der Theorie als solcher gefordert, noch scheine es aus theoretischer Sicht selbstverständlich“. Tatsächlich "ist der Begriff nur für den Zweck notwendig, eine quasi-statische Verteilung der Materie zu ermöglichen."

Quelle: https://history.aip.org/exhibits/cosmology/ideas/expanding.htm