Universo estático

En cosmología , un universo estático (también denominado estacionario , infinito , estático infinito o estático eterno ) es un modelo cosmológico en el que el universo es infinito tanto espacial como temporalmente , y el espacio no se expande ni se contrae. El concepto de universo estático infinito fue propuesto por primera vez por el astrónomo inglés Thomas Digges (1546-1595). ^{[ 1 ]}

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

Tras el descubrimiento de la relación entre el desplazamiento al rojo y la distancia (deducida a partir de la correlación inversa entre el brillo galáctico y el desplazamiento al rojo) por los astrónomos estadounidenses Vesto Slipher y Edwin Hubble , el astrofísico y sacerdote belga Georges Lemaître interpretó el desplazamiento al rojo como evidencia de la expansión universal y, por lo tanto, del Big Bang . Por su parte, el astrónomo suizo Fritz Zwicky propuso que el desplazamiento al rojo se debía a la pérdida de energía de los fotones al atravesar la materia o las fuerzas del espacio intergaláctico. La propuesta de Zwicky se conocería como « luz cansada », término acuñado por el principal defensor del Big Bang, Richard Tolman .

Durante 1917, Albert Einstein añadió una constante cosmológica positiva a sus ecuaciones de relatividad general para contrarrestar los efectos atractivos de la gravedad sobre la materia ordinaria, que de otro modo provocarían que un universo estático y espacialmente finito colapsara o se expandiera para siempre . ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]} Este modelo del universo se conoció como el Mundo de Einstein o el universo estático de Einstein .

Esta motivación terminó tras la propuesta del astrofísico y sacerdote católico Georges Lemaître de que el universo no parece ser estático, sino que se expande. Edwin Hubble había investigado datos de las observaciones del astrónomo Vesto Slipher para confirmar una relación entre el corrimiento al rojo y la distancia , que constituye la base del paradigma de expansión moderno introducido por Lemaître. Según George Gamow, esto llevó a Einstein a declarar que este modelo cosmológico, y especialmente la introducción de la constante cosmológica, fue su «mayor error».

El universo estático de Einstein es cerrado (es decir, tiene topología hiperesférica y curvatura espacial positiva) y contiene polvo uniforme y una constante cosmológica positiva con un valor precisamente${\displaystyle \Lambda _ {E}=4\pi G\rho /c^{2}}$, dónde${\displaystyle G}$es la constante gravitacional newtoniana,${\displaystyle \rho }$es la densidad de energía de la materia en el universo y${\displaystyle c}$es la velocidad de la luz . El radio de curvatura del espacio del universo de Einstein es igual a

${\displaystyle R_{E}=\Lambda _{E}^{-1/2}={c \over {\sqrt {4\pi G\rho }}}.}$

El universo de Einstein es una de las soluciones de Friedmann a la ecuación de campo de Einstein para el polvo con densidad${\displaystyle \rho }$constante cosmológica ${\displaystyle \Lambda _{E}}$y radio de curvatura${\displaystyle R_{E}}$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, se abandonó como modelo viable. 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 indefinidamente o que colapsa nuevamente hacia una singularidad.

Después de que Einstein renunciara a su constante cosmológica y adoptara el modelo de Friedmann-LeMaitre de un universo en expansión, ^{[ 5 ]} la mayoría de los físicos del siglo XX asumieron 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 acelerado en 1998, una constante cosmológica positiva ha resurgido como una explicación simple para la energía oscura .

En 1976, Irving Segal revivió la idea del universo estático en su cosmología cronométrica . Al igual que Zwicky, atribuyó el desplazamiento al rojo de las galaxias distantes a la curvatura del cosmos. Si bien afirmó que los datos astronómicos lo confirmaban, otros consideran que los resultados son inconclusos. ^{[ 6 ]}

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

Primero, debe explicar el corrimiento al rojo intergaláctico . Segundo, debe explicar la radiación cósmica de fondo de microondas . Tercero, 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 . ^{[ 7 ] [ 8 ]} Sin tal mecanismo, el universo consistiría en objetos muertos como agujeros negros y enanas negras .

• Modelo Milne
• Teoría del estado estacionario
• Cosmología del plasma

1. ^ En su autobiografía, My World LineGeorge Gamowdice de Einstein: "Mucho después, cuando discutía problemas cosmológicos con Einstein, comentó que la introducción del término cosmológico fue el mayor error de su vida."