Ich habe irgendwo gelesen, dass Einstein oder Newton glaubten, das Universum sei völlig statisch, wo es sich weder ausdehnt noch zusammenzieht, sondern einfach fest bleibt. Es wurde der Schluss gezogen, dass aufgrund der Anziehungskraft zwischen jedem einzelnen Teilchen im Universum das Universum letztendlich in sich zusammenfallen würde. Um dies zu kompensieren, wurde eine Abstoßungskraft für die Schwerkraft (die sprichwörtliche Antigravitation) theoretisiert, die mit zunehmendem Abstand zwischen Partikeln auch die Kraft erhöhen würde. Die Theorie wurde später zurechtgewiesen, ein Grund dafür war, dass, wenn sich ein Teilchen leicht näher oder weiter vom anderen entfernt, die Abstoßungs- oder Anziehungskräfte das andere überwältigen würden und das Universum sich entweder ausdehnen oder zusammenziehen würde, was der Theorie des statischen Universums widerspricht.
Wie wir jedoch jetzt wissen, dehnt sich das Universum tatsächlich beschleunigt aus, kann es sein, dass dies auf die Abstoßungskräfte der Schwerkraft zurückzuführen ist, die ihre Anziehungskräfte überwältigen?
Nur als Fußnotenfrage: Ist die Expansionsbeschleunigung linear oder steigend?
Das vereinfachte Modell des Universums, das in solchen Diskussionen verwendet wird, ist die FLRW-Metrik . Aus dem Ton Ihrer Frage geht hervor, dass Sie nicht nach einer detaillierten mathematischen Behandlung suchen, also lassen Sie mich einfach die Gleichung herausziehen, die Ihre Frage beantwortet. Dies ist eine der beiden Friedmann-Gleichungen :
(Dies ist eine vereinfachte Form, die den Druck ignoriert, was eine gute Annäherung für alle ist, außer für die sehr frühe Entwicklung des Universums).
Die linke Seite der Gleichung ist im Grunde die Beschleunigung des Universums. Wenn also die linke Seite kleiner als Null ist, nimmt die Expansionsrate ab, und wenn die linke Seite größer als Null ist, nimmt die Expansionsrate zu. Wenn die linke Seite genau Null ist, dann ist die Expansionsrate konstant.
Auf der rechten Seite von Gleichung (1) Und sind positive Konstanten, und ist die Dichte der Materie während ist die kosmologische Konstante .
Beachten Sie, dass auf der rechten Seite der Begriff steht Und haben unterschiedliche Vorzeichen, also stehen sie einander gegenüber. Wenn wir die kosmologische Konstante machen dann bekommen wir:
Die Beschleunigung ist also negativ, dh die Ausdehnung verlangsamt sich. Dies ist sinnvoll, da Materie aufgrund der Schwerkraft Materie anzieht. Wenn es also nur Materie im Universum gibt, erwarten wir, dass ihre gegenseitige Anziehungskraft die Expansion verlangsamt. Was passiert nun, wenn wir die ganze Sache so jetzt rausnehmen ? Wir bekommen:
Diesmal ist die Beschleunigung positiv, dh die Expansion beschleunigt sich. Die kosmologische Konstante erzeugt tatsächlich eine Gravitationsabstoßung, die das Universum auseinanderdrückt. Dies ist die Abstoßungskraft , von der Sie in Ihrer Frage sprechen.
Einsteins ursprüngliches Modell passte die Konstanten an Und also waren Materiedichte und kosmologische Konstante genau ausgeglichen und die Beschleunigung war Null. Mit einigen anderen Anpassungen führt dies zu einem statischen Universum, das sich weder ausdehnt noch zusammenzieht. Dies stellt sich jedoch, wie Sie sagen, als ein instabiles Gleichgewicht heraus, und auf jeden Fall ist es eine ziemlich künstliche Konstruktion, von der Einstein sicher froh war, deren Rückseite zu sehen.
Es gibt ein paar Punkte in Ihrer Frage, die noch beantwortet werden müssen. Als erstes fragst du:
Wie wir jedoch jetzt wissen, dehnt sich das Universum tatsächlich beschleunigt aus, kann es sein, dass dies auf die Abstoßungskräfte der Schwerkraft zurückzuführen ist, die ihre Anziehungskräfte überwältigen?
und die Antwort lautet ja, seit etwa 6 Milliarden Jahren Begriff war größer als die Laufzeit, so dass die Expansionsrate in den letzten 6 Milliarden Jahren zugenommen hat. Ihr letzter Punkt ist etwas komplizierter:
Nur als Fußnotenfrage: Ist die Expansionsbeschleunigung linear oder steigend?
Oben habe ich angenommen, dass der abstoßende Begriff eine kosmologische Konstante ist. Wenn dies zutrifft, wird die Beschleunigungsrate schließlich konstant. An diesem Punkt wird sich das Universum exponentiell ausdehnen, dh es wird sich jedes Mal verdoppeln Jahre, wo ist eine Konstante.
Es ist jedoch möglich, dass der Abstoßungsterm komplizierter ist als eine kosmologische Konstante. Zum Beispiel könnte es eine Form von dunkler Energie namens Quintessenz sein . In diesem Fall ist sie nicht notwendigerweise konstant, und die Beschleunigung der Expansionsrate kann zunehmen oder abnehmen. Wir haben keine festen Theorien darüber, was Quintessenz ist oder wie sie sich verhält, daher ist es derzeit unmöglich, sie zu kommentieren.
Die experimentellen Beweise sind derzeit mit einer einfachen kosmologischen Konstante kompatibel, obwohl dies harte Experimente sind und die Präzision nicht groß genug ist, um eine Quintessenz auszuschließen.
Die beschleunigte Expansion des Universums ist per Definition ein Effekt abstoßender Kräfte. Der Spitzname des Grundes dieser Kräfte ist "dunkle Energie".
Das Problem ist, dass Einsteins Term ist eine sehr einfache Addition zu Gleichungen. Es könnte hinzugefügt werden, selbst wenn Einstein das Universum nicht statisch machen wollte. Es ist also eine große Möglichkeit, dass Einstein es nicht erraten hat.
Beachten Sie, dass bis zur Entdeckung der Beschleunigung Begriff wurde als völlig falsch angesehen. Und es war eine Überraschung, als es nützlich erschien. Trotzdem ist es eine sehr einfache Ergänzung ohne gewichtige Begründung.
So Term modelliert eine globale intrinsische Eigenschaft unseres Universums.
Es gibt andere Möglichkeiten, wie Quintessenz . Der Unterschied besteht darin, dass die Quintessenz von Ort zu Ort reisen kann, was dazu führt, dass die Abstoßung in verschiedenen Regionen des Weltraums größer oder kleiner ist.