La cosmología, el estudio de las propiedades y la evolución del universo, se originó en la antigüedad. éste
Los autores dividieron la historia del desarrollo de la cosmología en cuatro etapas.
Cosmología, comienzo: 1917-1960
En el primer período del desarrollo de la cosmología matemática, aparecieron muchas ideas fundamentales nuevas, que aún juegan un papel importante en la formación de la cosmología teórica. Éstos son algunos de ellos:
- Constante cosmológica y energía del vacío;
- Uniformidad del Universo;
- Modelos cosmológicos anisotrópicos no homogéneos;
- Evolución frente al estado estacionario del universo;
- gran explosión caliente;
- Causalidad y viaje en el tiempo;
- Estructura local y global.
Todas las ideas presentadas anteriormente son iguales.fundamental e importante en el estudio de la cosmología teórica hoy, como en los albores del desarrollo de la ciencia. Como señalan los autores del artículo, el posterior desarrollo del campo en las próximas décadas ha demostrado que todas estas nuevas e importantes ideas “todavía desempeñan un papel importante, pero, al mismo tiempo, sólo una pequeña parte de la compleja red de métodos y direcciones que conforman la cosmología matemática actual”.
fecha8 de febrero de 1917considerado el nacimiento de la cosmología moderna.Fue entonces cuando Einstein demostró la primera aplicación de la Teoría General de la Relatividad (GR) al Universo. Creó el primer modelo cosmológico moderno en el que la materia está inmóvil. Al mismo tiempo, tiene un volumen finito, no tiene fronteras. La naturaleza estática del Universo según Einstein se logra debido aconstante cosmológica. Eso es lo que significa.
La energía oscura contrarresta la gravedad“responsable” de la expansión del espacio. A diferencia de la gravedad ordinaria, que se produce alrededor de grandes masas, la energía oscura actúa en todas partes, por lo que está asociada con el propio espacio. Los científicos incluso calcularon cuánta de esta “energía de repulsión” está contenida en un metro cúbico de espacio: 6×10−10 julios por metro cúbico. La constante cosmológica es la magnitud de esa misma fuerza. Esta es la energía del propio espacio-tiempo. Su magnitud en cualquier punto del Universo no cambia con el tiempo.
Luego, el matemático ruso Alexander Friedman logró un gran avance en la cosmología moderna. EN 1922encontró la solución a las ecuaciones de Einstein, quedescribir un Universo en expansión dinámica. Además, la teoría fue confirmada experimentalmente. El astrónomo británico Edwin Hubble lo consiguió. EN 1929desde descubierto el famosocorrimiento al rojogalaxias.
Desplazamiento al rojo: indicador de expansiónUniverso. Cuando el espacio se expande, las galaxias “se alejan” unas de otras, pero sus coordenadas siguen siendo las mismas. La forma más sencilla de entender este proceso es imaginar que el espacio es un globo al que están “pegadas” las galaxias. Él (como el espacio) se está expandiendo, pero la posición de las galaxias no cambia, las marcas están "pegadas" a sus coordenadas.
Más tarde,en 1947, basándose en esta información, Georgy Gamow (EE.UU.) formulóteoría del universo caliente. Según este modelo cosmológico, su evolución comenzó a partir de un estado de denso plasma caliente. El universo estaba formado por partículas elementales.
Dos años después,en 1949, este proceso del nacimiento del Universo se conoció comoGran explosion. Se cree que el término fue acuñadoastrónomo británico Fred Hoyle. Según este modelo, antes de que el Universo comenzara a expandirse, se encontraba en un estado singular. Hoy, estos dos conceptos se combinan, pero en realidad son independientes.
Segundo período: 1960-1980
Las nuevas ideas que surgieron durante este período y que tienen una relación especial con la cosmología se pueden resumir de la siguiente manera:
- Extensiones geométricas de la Relatividad General;
- teoremas de singularidad, métodos globales;
- singularidad BCL;
- Maestro de mezclas del universo;
- Física de partículas elementales.
Al final1970Los descubrimientos en física de partículas llevaron a la creación de modelos.Gran Unificación, que tuvo un impacto directo en la cosmología.
En resumen, todas las fuerzas con las que la humanidadLos encuentros diarios se pueden reducir a cuatro categorías: gravedad, electromagnetismo, fuerzas fuertes y débiles. La esencia de las teorías de la Gran Unificación es unir de alguna manera las interacciones fuertes, débiles y electromagnéticas. Se supone que se combinan a energías extremadamente altas.
Entonces, los físicos Sheldon Glashow (sí, en honor a élllamó al personaje Sheldon Cooper de la serie de televisión "The Big Bang Theory") y Steven Weinberg y Abdus Salam recibieron el Premio Nobel de Física en 1979 por combinar la fuerza electromagnética con la fuerza débil para formar el concepto de fuerza electrodébil. Los físicos que trabajan en la Gran Teoría Unificada buscan combinar la fuerza electrodébil con la fuerza fuerte para definir la fuerza electrón-nuclear. Los modelos lo habían predicho anteriormente, pero aún no se había observado.
Tercer período: 1980-2000
Nuevas ideas que surgieron durante este período:
- cosmología inflacionaria;
- multiverso;
- Función de onda del Universo;
- El problema de la medida cosmológica;
- Universos infantiles y agujeros de gusano;
- Universos de Kaluza—Klein;
- cosmología de cuerdas;
- El problema de la estabilidad cosmológica.
Fue durante este período que apareció la hipótesis, segúnen el que el Universo en el que vivimos puede no ser el único que existe. De hecho, hay una cantidad infinita de universos y todos están unidos en el multiverso. Este concepto puede parecer un poco loco, pero si es cierto, existe un mundo alternativo. Es similar al que vivimos. A pesar de que los físicos afirman que el multiverso es sólo una ficción, algunos científicos están tratando de demostrarlo. Incluso Stephen Hawking intentó resolver su paradoja.
Existe una teoría que encaja en la hipótesis sobreexistencia del multiverso: una teoría caótica de la inflación. Según él, la inflación no ocurrió una vez y terminó, sino que continúa y se desarrolla en diferentes regiones del espacio. Por cierto, fue en el “tercer período” del desarrollo de la cosmología cuando apareció la hipótesis de la inflación, que cambia la idea del estado físico y la ley de expansión del Universo en las primeras etapas del Big Bang. Es de destacar que supone una expansión más acelerada en comparación con el modelo estándar de un Universo caliente.
Cuarto período: desde el año 2000 hasta la actualidad
Como escriben los autores del artículo, en los últimos 20 años, "todo el campo del desarrollo de la cosmología matemática ha madurado más allá del reconocimiento en comparación con su imagen de hace 50 años".
Aquí están las ideas principales de los últimos 20 años:
- Teoría M y cosmología;
- Branes y mundos paralelos;
- Problemas topológicos y evolución dinámica;
- Generalidad en cosmología;
- Modelos de energía oscura.
Uno de los temas más populares y estudiados.en cosmología, energía oscura, principal componente de la actual aceleración del Universo. Ha sido objeto de intensa atención desde 1998. Luego, dos equipos de científicos, utilizando diferentes conjuntos de datos y métodos, descubrieron que la tasa de expansión de las supernovas distantes se curva "hacia arriba" en relación con su distancia. Desde entonces, este descubrimiento ha tenido un enorme impacto en la cosmología y ha confirmado las expectativas de la constante cosmológica, la llamada ΛCDM (modelo Lambda-CDM, en inglés Cold Dark Matter, materia oscura fría).
Hoy en día, los modelos de energía oscura cubren todo el mundo.una gama de posibilidades, desde la constante cosmológica hasta campos escalares (la llamada quintaesencia) y teorías modificadas de la gravedad. La característica verdaderamente sorprendente de este hipotético tipo de energía es el hecho de que combina una amplia gama de teorías modificadas de la gravedad y otras formas exóticas de energía para buscar el "eslabón" perdido del Universo.
La opinión general de los científicos es queLlena todo el espacio del Universo y representa el 72% de su masa (energía). Según otras estimaciones, el 66,2%. El otro componente del material restante en el Universo es materia oscura, que constituye otro 24%. Pero todos los componentes visibles de la materia y la radiación pueden representar sólo un minúsculo 4%. Cómo sucedió esto es quizás el mayor misterio del Universo en la actualidad.
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Basado en: 100 años de cosmología matemática: modelos, teorías y problemas, parte A y parte B.