Einstein y su llamado mayor error

Estaba leyendo este artículo, https://earthsky.org/space/this-date-in-science-edwin-hubble-and-the-expanding-universe . Tenga en cuenta que mi comprensión es muy básica. Podrías encontrar mi pregunta principal hacia el final. He comentado extractos de diferentes fuentes a continuación para que esté en una mejor posición para comprender dónde me estoy equivocando y cómo lo estoy interpretando. Espero que te sea más fácil ayudarme. Gracias.

La siguiente cita está tomada del artículo mencionado. He escrito en negrita la parte que originalmente confundió y me llevó a publicar mi pregunta.

Se dice que Albert Einstein estaba eufórico al enterarse del trabajo de Hubble. La Teoría de la Relatividad de Einstein implicaba que el universo debe expandirse o contraerse. Pero el mismo Einstein rechazó esta noción a favor de la idea aceptada de que el universo era estacionario y siempre había existido. Cuando Hubble presentó su evidencia de la expansión del universo, Einstein abrazó la idea. Llamó a su adhesión a la vieja idea "mi mayor error".

No creo que la teoría original de la relatividad general implicara un universo en expansión como se dijo anteriormente. Diría que Einstein introdujo la constante cosmológica como una forma de contrarrestar la gravedad para que el universo finalmente no colapse sobre sí mismo. Los tres extractos a continuación parecen apoyar mi punto de vista.

Einstein incluyó la constante cosmológica como un término en sus ecuaciones de campo para la relatividad general porque no estaba satisfecho de que, de lo contrario, sus ecuaciones no permitieran, aparentemente, un universo estático: la gravedad haría que un universo que inicialmente estaba en equilibrio dinámico se contrajera. Para contrarrestar esta posibilidad, Einstein añadió la constante cosmológica.[3] Sin embargo, poco después de que Einstein desarrollara su teoría estática, las observaciones de Edwin Hubble indicaron que el universo parece estar en expansión; esto era consistente con una solución cosmológica a las ecuaciones originales de la relatividad general que había encontrado el matemático Friedmann, trabajando en las ecuaciones de la relatividad general de Einstein.

De hecho, agregar la constante cosmológica a las ecuaciones de Einstein no conduce a un universo estático en equilibrio porque el equilibrio es inestable: si el universo se expande ligeramente, la expansión libera energía del vacío, lo que provoca aún más expansión. Asimismo, un universo que se contrae levemente seguirá contrayéndose.[11]

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

La constante cosmológica fue propuesta por primera vez por Einstein como un mecanismo para obtener una solución de la ecuación del campo gravitatorio que conduciría a un universo estático, utilizando efectivamente la energía oscura para equilibrar la gravedad.[16] Einstein dio a la constante cosmológica el símbolo Λ (lambda mayúscula)....

El mecanismo fue un ejemplo de ajuste fino, y más tarde se descubrió que el universo estático de Einstein no sería estable: las faltas de homogeneidad locales conducirían en última instancia a la expansión o contracción descontrolada del universo. El equilibrio es inestable: si el universo se expande ligeramente, la expansión libera energía del vacío, lo que provoca aún más expansión. Asimismo, un universo que se contrae levemente seguirá contrayéndose. Este tipo de perturbaciones son inevitables debido a la distribución desigual de la materia en todo el universo. Además, las observaciones realizadas por Edwin Hubble en 1929 mostraron que el universo parece estar en expansión y no estático en absoluto. Según los informes, Einstein se refirió a su fracaso para predecir la idea de un universo dinámico, en contraste con un universo estático, como su mayor error.[19]

Fuente 2: https://en.wikipedia.org/wiki/Dark_energy#History_of_discovery_and_previous_speculation

En 1912, Vesto Slipher descubrió que la luz de las galaxias remotas se desplazaba hacia el rojo, [8] [9], lo que luego se interpretó como galaxias que se alejaban de la Tierra. En 1922, Alexander Friedmann usó las ecuaciones de campo de Einstein para proporcionar evidencia teórica de que el universo se está expandiendo.[10] En 1927, Georges Lemaître llegó de forma independiente a una conclusión similar a la de Friedmann sobre una base teórica y también presentó la primera evidencia observacional de una relación lineal entre la distancia a las galaxias y su velocidad de recesión.[11] Edwin Hubble confirmó por observación los hallazgos de Lemaître dos años después.[12] Asumiendo el principio cosmológico, estos hallazgos implicarían que todas las galaxias se están alejando unas de otras.

Basado en grandes cantidades de observación experimental y trabajo teórico, el consenso científico es que el espacio mismo se está expandiendo y que se expandió muy rápidamente en la primera fracción de segundo después del Big Bang. Este tipo de expansión se conoce como "expansión métrica". En matemáticas y física, una "métrica" ​​significa una medida de distancia, y el término implica que el sentido de la distancia dentro del universo está cambiando.

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

Además, no creo que haya sido un error por parte de Einstein eliminar la constante, como se afirma en el siguiente extracto de la Fuente 4. Einstein había usado la constante cosmológica para equilibrar la fuerza de atracción de la gravedad, de modo que el resultado final era un universo estático. ya que en ese momento se prefería el modelo estático. No es que si Einstein no hubiera eliminado la constante, hubiera resultado en un universo en expansión. En mi opinión, eliminarlo habría resultado más bien en el colapso del universo que Einstein había tratado de evitar inicialmente.

Albert Einstein inventó la constante cosmológica como parte de su teoría de la gravedad, conocida como Relatividad General.

Las ecuaciones de Einstein mostraron que la gravedad de toda la materia del universo ejercería un fuerte tirón, atrayendo a todas las estrellas y galaxias unas hacia otras y eventualmente provocando el colapso del universo. Sin embargo, en ese momento, los astrónomos creían que el universo era estático, que no se expandía ni se contraía. Para contrarrestar este problema, Einstein agregó otro término a sus ecuaciones, llamado constante cosmológica, para equilibrar la atracción de la gravedad hacia el interior.

Sin embargo, en aproximadamente una década, el astrónomo Edwin Hubble descubrió que el universo se está expandiendo. Einstein descartó la constante cosmológica, llamándola su mayor error científico.

Sin embargo, cuando se descubrió la energía oscura, muchos físicos comenzaron a pensar que el único error de Einstein fue eliminar la constante. Esta fuerza "repulsiva" podría comenzar a explicar la aceleración del universo. En otras palabras, podría ser la energía oscura.

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

PREGUNTA PRINCIPAL:

La energía oscura se descubrió en 1990 como se indica en la Fuente 6 y también creo, como en la Fuente 5, que la energía oscura es bastante diferente de la constante cosmológica. Alrededor de 1930, Einstein estaba convencido de que el universo se estaba expandiendo, ¿eliminó por completo la constante de sus ecuaciones o cambió su valor para que las ecuaciones predijeran la expansión del universo? ¿Qué se pensó en ese momento como la causa de la expansión? ¿Qué había en el espacio que lo estaba separando? ¿Cómo llegó Friedmann en 1922 a la conclusión de que el universo se estaba expandiendo utilizando las ecuaciones originales de la relatividad general establecidas por Einstein? ¿Cuál fue la motivación de Friedmann? Encontré una pregunta similar aquí , pero la respuesta es matemáticamente pesada y no pude encontrarle ningún sentido.

Basilakos y Sola, en cambio, sugieren que la energía oscura es un tipo de energía de vacío cuántico dinámico, algo diferente a la constante cosmológica de Einstein, que describe una densidad de energía de vacío estática y es otra posible explicación de la naturaleza de la energía oscura.

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

La energía oscura es aún más misteriosa, y su descubrimiento en la década de 1990 fue un completo shock para los científicos. Previamente, los físicos habían asumido que la fuerza de atracción de la gravedad frenaría la expansión del universo con el tiempo. Pero cuando dos equipos independientes intentaron medir la tasa de desaceleración, descubrieron que la expansión en realidad se estaba acelerando. Un científico comparó el hallazgo con lanzar un juego de llaves al aire esperando que volvieran a caer, solo para verlas volar hacia el techo.

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

Se ha convertido en una creencia popular que Albert Einstein abandonó su universo estático cuando, en una visita a Pasadena en enero y febrero de 1931, Edwin Hubble le mostró los espectros de las nebulosas corridas hacia el rojo y lo convenció de que el universo se estaba expandiendo y que la constante cosmológica era superflua .

Fuente 7: https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1311/1311.2763.pdf (la conversión de Einstein de su universo estático a uno en expansión)

Enlaces Útiles:

1: ¿Cuál es la diferencia entre "energía oscura" y "energía de vacío"?

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

EDICIÓN n.° 1: (agregada el 25/12/2020, 12:26 p. m. UTC)

Anteriormente, al comienzo de esta publicación, dije: " No creo que la teoría original de la relatividad general implicara la expansión del universo como se dijo anteriormente. Diría que Einstein introdujo la constante cosmológica como una forma de contrarrestar la gravedad para que el universo finalmente no colapsa sobre sí mismo " .

Creo que debería agregarle más. Estaba viendo el documental " The Fabric of the Cosmos: What Is Space? " presentado por Brian Greene.

Lo siguiente se dice alrededor del 40:33 - 43:10.

y el descubrimiento de la energía oscura trajo otra sorpresa la idea de que el universo contiene tal ingrediente en realidad había sido inventado ochenta años antes. Les contaré un pequeño secreto, aunque él no lo llamó energía oscura hace mucho tiempo que predijo Albert Einstein. que el espacio mismo podría ejercer una fuerza que separaría las galaxias ves poco después de descubrir su teoría general de la relatividad su teoría de la gravedadEinstein descubrió que, de acuerdo con las matemáticas, el universo se expandiría o contraería, pero no podría flotar en un tamaño fijo. Esto era desconcertante porque antes de que supieran sobre el Big Bang, la mayoría de los científicos, incluido Einstein, imaginaban el universo como estático, eterno e inmutable. Las ecuaciones sugirieron un universo en expansión o contracción, no el universo estático en el que todos creían.tenía un problema, así que Einstein volvió a sus ecuaciones y las modificó para permitir un tipo de antigravedad que infundiría espacio con un empuje hacia afuera que contrarrestaría la atracción de gravedad hacia adentro habitual, lo que permitiría que el universo se detuviera. Llamó a la modificación la constante cosmológica agregando la constante cosmológica rescató sus ecuaciones pero la verdad es que Einstein no tenía idea si realmente existía su empuje hacia afuera o la antigravedad la introducción de la constante cosmológica por parte de Einstein no fue una solución muy elegante para tratar de encontrar lo que buscaba universo estacionario logra este efecto de antigravedad dice que la gravedad a veces puede comportarse de tal manera que no une las cosas sino que las separa como el choque de dos titanes la constante cosmológica y la atracción de la materia ordinaria podrían mantener el universo bajo control ymantenerlo estático, pero aproximadamente una docena de años más tarde, el astrónomo Edwin Hubble descubrió que el universo no es estático, se está expandiendo debido a la fuerza explosiva del Big Bang hace catorce mil millones de años, lo que significó que las ecuaciones originales de Einstein ya no tenían que modificarse tan repentinamente la necesidad de una constante cosmológica se fue por la ventana.

Es comprensible que la gravedad pudiera empujar todo hacia adentro y hacer que el universo colapsara pero, viéndolo históricamente, no está claro qué había en el espacio que empujaría todo hacia afuera y daría como resultado un universo en expansión. Alrededor de la década de 1920, no se pensaba que el espacio tuviera una energía inherente que separaría la materia, como las galaxias. Sí, el espacio-tiempo de Einstein era dinámico y podía doblarse, ondularse, torcerse, etc. pero no tenía ninguna energía inherente. Por cierto, si tuviera su propia energía, también resultaría en gravedad. Entonces, ¿qué había en las ecuaciones de Einstein que predecía o implicaba la expansión del universo? Creo que la respuesta no está en las matemáticas. También tenga en cuenta que la teoría del Big Bang se formuló alrededor de 1931.

Einstein estaba tratando de llegar a un modelo de cosmología para el universo usando sus ecuaciones de campo gravitatorio y requirió pocas suposiciones para empezar; Creo que el término es condiciones iniciales. Podría haber asumido que, por alguna razón desconocida, el universo se está expandiendo, lo que también contrarrestó la atracción de la gravedad, o que el universo estaba estático y esto requeriría alguna fuerza externa fija para contrarrestar la gravedad. Einstein optó por el universo estático porque esta era la visión más predominante del universo en ese momento aunque, como he leído, matemáticamente no era muy estable. En resumen, no se trataba de que las matemáticas en sí implicaran algo, se trataba más de las suposiciones utilizadas para llegar al modelo. Por favor, vea el extracto a continuación.

A principios del siglo XX, la cosmovisión común sostenía que el universo es estático, más o menos igual a lo largo de la eternidad. Einstein expresó la opinión general en 1917 después de que de Sitter produjera ecuaciones que pudieran describir un universo que se estaba expandiendo, un universo con un comienzo . Einstein le escribió que "Esta circunstancia me irrita". En otra carta, Einstein agregó: "Admitir tales posibilidades parece una tontería".

En sus ecuaciones del campo gravitatorio, Einstein estaba proporcionando una herramienta matemática compacta que podía describir la configuración general de la materia y el espacio tomando el universo como un todo. La peculiar curvatura del espacio predicha en las ecuaciones fue respaldada rápidamente en famosos experimentos y, a principios de la década de 1920, la mayoría de los principales científicos acordaron que las ecuaciones de campo de Einstein podrían constituir una base para la cosmología. El único problema era que encontrar una solución a estas ecuaciones simples, es decir, producir un modelo del universo, era una pesadilla matemática. ...

Einstein se reunió con De Sitter en la Holanda neutral. Estimulándose y criticándose mutuamente, produjeron dos modelos cosmológicos, dos soluciones diferentes a las ecuaciones de campo. Pero ambos modelos parecían necesitar ajustes especiales.

El primer intento de Einstein con un modelo tampoco podía contener materia y ser estable. Porque las ecuaciones mostraban que si el universo era estático desde el principio, la atracción gravitacional de la materia haría que todo colapsara sobre sí mismo. Eso parecía ridículo, porque no había razón para suponer que el espacio fuera tan inestable.

Einstein descubrió que podía estabilizar su modelo agregando un término constante simple a las ecuaciones. Si esta constante no fuera cero, el modelo no tendría que colapsar por su propia gravedad. Esta "constante cosmológica", admitió Einstein, era sólo "un término hipotético". No era "requerido por la teoría como tal ni parecía natural desde un punto de vista teórico". De hecho, "El término es necesario sólo con el fin de hacer posible una distribución cuasiestática de la materia".

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