Kosmologische constante

De kosmologische constante wordt binnen de kwantummechanica gezien als de energie-inhoud van het vacuüm.

Omschrijving 
Oorspronkelijk was ze een correctiefactor, die door Albert Einstein aan de algemene relativiteitstheorie werd toegevoegd, maar later verworpen. Er is daarna nog veel onzekerheid geweest over deze constante (zelfs over het teken, en met de mogelijkheid dat de constante nul is). Tegenwoordig echter is de kosmologische constante in diverse heelalmodellen weer zeer actueel wegens de versnelde uitdijing van het heelal. Volgens een huidige schatting is deze positief, en in de orde van 10−52 m−2. Het symbool dat in formules doorgaans voor de constante wordt gebruikt is de Griekse hoofdletter lambda: Λ.

De kosmologische constante in de relativiteitstheorie 

Toen Einstein de algemene relativiteitstheorie opstelde, stelde hij vast dat het resulterende systeem geen statische oplossing had. Zet een aantal massa's bij elkaar, en ze zullen onherroepelijk elkaar aantrekken. Omdat men toen geloofde dat het heelal statisch was, voegde hij een extra kosmologische constante toe, die de ruimte uit zichzelf de mogelijkheid gaf uit te dijen of in te krimpen. Als deze constante de juiste waarde had, kon zij precies de ineenstorting van het heelal tegengaan.

Het duurde slechts een paar jaar voor de kosmologische constante op de schroothoop werd gegooid. De wet van Hubble werd ontdekt, en daarmee de uitdijing van het heelal. Het heelal was dus niet statisch, en de aantrekking van de zwaartekracht zorgde simpelweg voor een vertraging van deze uitdijing. Bovendien bleek uit diepere berekeningen dat de kosmologische constante ook niet werkte om het heelal statisch te houden — het heelal zou alleen statisch zijn en blijven als het volmaakt uniform was. Elke afwijking daarvan zorgt voor hetzij uitdijing hetzij inkrimping. Einstein zou de toevoeging van de kosmologische constante aan zijn metrische tensorvergelijking een paar jaar later de grootste blunder uit zijn carrière noemen.

De kosmologische constante in de kwantumtheorie 
In de moderne kwantummechanica steekt de kosmologische constante echter weer de kop op. Hij heeft namelijk een heel eenvoudige natuurkundige betekenis: het is de energie-inhoud van het vacuüm. Hoewel het in Einsteins tijd aannemelijk was dat deze energie-inhoud nul was, is dat tegenwoordig niet het geval; de aanwezigheid van virtuele deeltjes zorgt ervoor dat ook in het vacuüm nog steeds energie aanwezig is.

Vanuit de kwantumfysica zijn pogingen ondernomen om de waarde van deze kosmologische constante te berekenen. De gevonden waarden zijn echter veel groter dan uit kosmologische overwegingen mogelijk wordt gehouden – tot 10150 keer zo groot. Juist door dit grote verschil werd in de jaren 80 en 90 aangenomen dat de kosmologische constante toch nul zou zijn - het leek veel waarschijnlijker dat een of ander nog onbekend symmetrie-argument zorgde dat de diverse factoren elkaar precies ophieven dan dat de som van een aantal getallen van dergelijke grootte-ordes wel bijna, maar niet precies nul zou zijn. Dit veranderde echter toen men in 1998 ontdekte dat de uitdijing van het heelal niet vertraagde maar versnelde. Een dergelijk gedrag kan eigenlijk alleen door een kosmologische constante verklaard worden.

Zie ook 
 Donkere energie

Natuurkundige constante
Relativiteit
Kosmologie
Sterrenkundige constante
Albert Einstein