Warum haben wir die kosmologische Konstante?

• Grund 1:

Betrachten wir die Friedmann-Gleichungen ohne die kosmologische Konstante.

Der Term auf der linken Seite ist einfach das Quadrat der Hubble-Konstante$H^2$die die direkte Messung der Rezessionsgeschwindigkeit von Galaxien gemessen werden kann

Der Dichteterm kann als eine Kombination von bezeichnet werden$\rho_{matter}+\rho_{dark- matter}$beide können direkt gemessen werden;$p_{matter}$durch Beobachtung von Materie in unserer Galaxie und anderen Galaxien während$\rho_{dark- matter}$durch Rotationskurven von Galaxien.

Die Krümmungskonstante$k$kann heute durch die Anisotropiemessungen im CMBR abgeschätzt werden.

Wie sich herausstellt, passen die Parameter nicht und wir brauchen mehr Masse-Energie im Universum (fast das 2-3-fache dessen, was wir geschätzt hatten).

Also kommt dunkle Energie oder im Grunde die kosmologische Konstante daher. Die kosmologische Konstante oder die dunkle Energie sind nur zwei Möglichkeiten, die Gleichung zu betrachten, entweder nur als Konstante oder als Form von Masse-Energie (obwohl wir gute Gründe haben, letzteres zu glauben).

Und das ist unser heutiges Bild vom Universum:

• Grund 2:

Historisch gesehen war die kosmologische Konstante aus einem ganz anderen Grund notwendig.

Die zweite Friedmann-Gleichung ohne die kosmologische Konstante sieht aus:

Nun sagt dies für normale Materie voraus, dass das Universum langsamer werden muss. ($\ddot{a}<0$)

Nun maß man die Rotverschiebung der Typ-1a-Supernovae und fand das ziemlich paradoxe Ergebnis heraus, dass das Universum in seiner Expansion beschleunigt wurde.

Da normale Materie diese Art oder dieses Verhalten nicht erklären kann, müssen wir uns wieder die Dunkle Energie (oder die kosmologische Konstante) ansehen. Und so wird die Gleichung mit der kosmologischen Konstante zu:

Daher$\ddot{a}>0$ist möglich.

Daher ist die kosmologische Konstante notwendig, um sowohl die aktuelle Expansionsrate als auch die beschleunigte Expansion zu erklären.

So lässt sich endlich die beschleunigte Expansion erklären und heute haben wir die$ΛCDM$Modell des Universums.

Verweise:

1: http://en.wikipedia.org/wiki/Friedmann_equations

2: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/astro/univacc.html

3: http://en.wikipedia.org/wiki/Lambda-CDM_model

Ich schlage folgendes Modell vor:

Das Universum besteht bereits aus einem riesigen zentralen Schwarzen Loch, das unsere Milchstraße und alle anderen Galaxien anzieht. Die beobachtete Rotverschiebung lässt sich durch das 1/r²-Gravitationsgesetz erklären: Galaxien, die dem zentralen Schwarzen Loch näher sind als unsere, haben höhere Geschwindigkeiten auf dieses zu als wir. Wir sehen also, wie sie sich von uns entfernen. Galaxien, die weiter vom zentralen Schwarzen Loch entfernt sind als unsere, bewegen sich nicht so schnell darauf zu wie wir. Wenn wir sie also betrachten, sehen wir sie auch vor uns entkommen. Das Schwarze Loch und unsere Entfernung zu ihm sind so groß, dass der Feldgradient ziemlich gering ist, sodass wir keine Gezeitenkräfte erfahren. Die Anpassung des Newtonschen 1/r²-Gesetzes an Einsteins allgemeine Relativitätsfeldgleichungen macht keinen großen Unterschied zu diesem Modell. Das allgemeine Bewegungsmuster der Galaxien relativ zueinander bleibt gleich.

Wie können diese Behauptungen überprüft werden? Hier ist der prinzipielle Algorithmus. Es kann sogar auf einem PC implementiert und ausgeführt werden:

Entnehmen Sie alle aufgenommenen Quasar-Spektren aus den bekannten Quasar-Katalogen. Normalisieren Sie ihre Spektren auf eine Rotverschiebung von Null. Vergleichen Sie jede spektrale Signatur miteinander. Versuchen Sie einen angemessenen Ausgleich für Unterschiede aufgrund von Staub oder anderen rauschverstärkenden Effekten. Wenn Sie zwei identische oder ähnliche finden, überprüfen Sie die Positionen der jeweiligen Quasare. Wenn sich ihre Winkelpositionen um mehrere Grad unterscheiden, haben Sie einige Beweise. Weil Sie denselben Quasar zweimal gefunden haben: Einmal in direkter (gekrümmter) Linie gesehen, und einmal wurde sein Licht vom Gravitationsfeld des zentralen Schwarzen Lochs umhüllt. Zwillingsquasare sind bereits bekannt, aber es stellte sich heraus, dass sie das Ergebnis "kleiner" (bedeutet: eine massive Galaxie in unserer Sichtlinie zu ihnen) Gravitationslinseneffekte waren. In diesen Fällen unterschieden sich ihre scheinbaren Positionen um einige Bogensekunden oder Minuten.