Universo estático

En cosmología, un universo estático (también conocido como estacionario, infinito, estático infinito o estático eterno) es un modelo cosmológico en el que el universo es espacial y temporalmente infinito, y el espacio no se expande ni se contrae. Un universo así no tiene la llamada curvatura espacial; es decir que es 'plano' o euclidiana. El astrónomo inglés Thomas Digges (1546-1595) propuso por primera vez un universo infinito estático.

En contraste con este modelo, Albert Einstein propuso un modelo temporalmente infinito pero espacialmente finito - universo eterno estático - como su cosmología preferida durante 1917, en su artículo Consideraciones cosmológicas en la teoría general. de la Relatividad.

Después del descubrimiento de la relación corrimiento al rojo-distancia (deducida por la correlación inversa entre el brillo galáctico y el corrimiento al rojo) por los astrónomos estadounidenses Vesto Slipher y Edwin Hubble, el astrofísico y sacerdote Georges Lemaître interpretó el corrimiento al rojo como evidencia de expansión universal y, por tanto, de una Big Bang, mientras que el astrónomo suizo Fritz Zwicky propuso que el corrimiento al rojo fue causado por la pérdida de energía de los fotones al atravesar la materia y/o fuerzas en el espacio intergaláctico. La propuesta de Zwicky pasaría a denominarse “luz cansada”, término inventado por el principal defensor del Big Bang, Richard Tolman.

El universo Einstein

Durante 1917, Albert Einstein añadió una constante cosmológica positiva a sus ecuaciones de relatividad general para contrarrestar los efectos de atracción de la gravedad sobre la materia ordinaria, que de otro modo provocaría que un universo estático y espacialmente finito colapsara o se expandiera para siempre. Este modelo del universo llegó a ser conocido como el Mundo de Einstein o el universo estático de Einstein.

Esta motivación terminó después de la propuesta del astrofísico y sacerdote católico romano Georges Lemaître de que el universo no parece estático, sino en expansión. Edwin Hubble había investigado los datos de las observaciones realizadas por el astrónomo Vesto Slipher para confirmar una relación entre el corrimiento al rojo y la distancia, que forma la base del paradigma de expansión moderno introducido por Lemaître. Según George Gamow, esto hizo que Einstein declarara este modelo cosmológico, y especialmente la introducción de la constante cosmológica, su "mayor error".^{[1 ]}

El universo estático de Einstein está cerrado (es decir, tiene topología hiperesférica y curvatura espacial positiva), y contiene polvo uniforme y una constante cosmológica positiva con valor precisamente ▪ ▪ E=4π π G*** *** /c2{displaystyle Lambda _{E}=4pi Grho /c^{2}, donde G{displaystyle G. es la constante gravitacional Newtoniana, *** *** {displaystyle rho } es la densidad energética de la materia en el universo y c{displaystyle c} es la velocidad de la luz. El radio de curvatura del espacio del universo de Einstein es igual a

RE=▪ ▪ E− − 1/2=c4π π G*** *** .{displaystyle R_{E}=Lambda ################################################################################################################################################################################################################################################################ {4fncH00} Grho }}}

El universo de Einstein es una de las soluciones de Friedmann a la ecuación de campo de Einstein para polvo con densidad *** *** {displaystyle rho }, constante cosmológica ▪ ▪ E{displaystyle Lambda ¿Qué?, y radio de curvatura RE{displaystyle R_{E}. Es la única solución estática no-trivial a las ecuaciones de Friedmann.

Debido a que pronto se reconoció que el universo de Einstein era inherentemente inestable, actualmente fue abandonado como modelo viable para el universo. Es inestable en el sentido de que cualquier ligero cambio en el valor de la constante cosmológica, la densidad de la materia o la curvatura espacial dará como resultado un universo que se expande y acelera para siempre o vuelve a colapsar hasta convertirse en una singularidad.

Después de que Einstein renunció a su constante cosmológica y abrazó el modelo de Friedmann-LeMaitre de un universo en expansión, la mayoría de los físicos del siglo XX supusieron que la constante cosmológica es cero. De ser así (en ausencia de alguna otra forma de energía oscura), la expansión del universo se estaría desacelerando. Sin embargo, después de que Saul Perlmutter, Brian P. Schmidt y Adam G. Riess introdujeran la teoría de un universo en aceleración durante 1998, una constante cosmológica positiva ha resurgido como una explicación simple de la energía oscura.

En 1976 Irving Segal revivió el universo estático en su cosmología cronométrica. Al igual que Zwicky, atribuyó el corrimiento al rojo de las galaxias distantes a la curvatura del cosmos. Aunque afirmó que los datos astronómicos lo justifican, otros consideran que los resultados no son concluyentes.

Requisitos de un modelo infinito estático

Para que un modelo estático de universo infinito sea viable, debe explicar tres cosas:

Primero, debe explicar el corrimiento al rojo intergaláctico. En segundo lugar, debe explicar la radiación cósmica de fondo de microondas. En tercer lugar, debe tener un mecanismo para recrear materia (particularmente átomos de hidrógeno) a partir de radiación u otras fuentes para evitar un 'agotamiento gradual' del universo debido a la conversión de materia en energía en procesos estelares. Sin tal mecanismo, el universo estaría formado por objetos muertos como agujeros negros y enanas negras.