Kosmologiese konstante

In kosmologie is die kosmologiese konstante (gewoonlik aangedui deur die Griekse hoofletter lambda: Λ) die energiedigtheid van die ruimte, of vakuumenergie, wat voorkom in Albert Einstein se vergelykings van algemene relatiwiteit. Dit word nou verbind met die begrippe donker energie en kwintessens.

Einstein het die begrip aanvanklik in 1917 bekend gestel om die uitwerking van swaartekrag teen te werk vir ’n statiese heelal, wat toe die aanvaarde siening was. Einstein het die begrip in 1931 laat vaar ná Edwin Hubble se ontdekking dat die heelal uitdy en nie staties is nie. Van die 1930's tot laat in die 1990's het die meeste fisici aangeneem die kosmologiese konstante is gelyk aan nul. Dit het verander met die ontdekking in 1998 dat die uitdying van die heelal al hoe vinniger plaasvind. Dit het daarop gedui dat die kosmologiese konstante ’n postiewe waarde het in plaas van nul.

Sedert die 1990's het studies getoon sowat 68% van die massa-energie-digtheid van die heelal kan toegeskryf word aan sogenaamde donker energie. Die kosmologiese konstante is die eenvoudigste verduidelik van donker energie, en word gebruik in die huidige standaardmodel van kosmologie bekend as die ΛKDM-model.

In kwantummeganika
In die moderne kwantummeganika steek die kosmologiese konstante weer kop uit. Dit het egter ’n heel eenvoudige natuurkundige betekenis: Dit is die energie-inhoud van ’n vakuum. Hoewel in Einstein se tyd aangeneem is dat die waarde nul is, is dit tans nie die geval nie. Die aanwesigheid van virtuele deeltjies sorg daarvoor dat daar ook in ’n vakuum energie teenwoordig is.

Pogings is aangewend om die waarde van hierdie kosmologiese konstante te bereken. Die waardes wat gekry is, is egter baie groter as wat uit kosmologiese oorwegings moontlik behoort te wees – tot 10150 keer so groot. Hierdie afwyking is al "die swakste teoretiese voorspelling in die geskiedenis van fisika" genoem.

Dit is een van die grootste geheime in wetenskap en baie fisici glo die vakuum bevat die sleutel tot ’n volle begrip van die natuur.

Geskiedenis
Einstein het die kosmologiese konstante in sy vergelykings vir algemene relatiwiteit ingesluit, want hy was ontevrede omdat sy vergelykings andersins blykbaar nie voorsiening gemaak het vir ’n statiese heelal nie: Swaartekrag sou veroorsaak dat ’n heelal wat aanvanklik in dinamiese ewewig was, inkrimp. Om hierdie moontlikheid teen te werk, het Einstein die kosmologiese konstante bygevoeg. Kort daarna het waarnemings deur Hubble aangedui die heelal lyk of dit uitdy; dit het ooreengestem met ’n kosmologiese oplossing vir die oorspronklike vergelykings vir algemene relatiwiteit wat gevind is deur die wiskundige Friedmann terwyl hy aan die Einsteinvergelykings gewerk het. Einstein het na berig word na hierdie nalating om die geldigheid van sy vergelykings te aanvaar – toe hulle die uitdying van die heelal in teorie voorspel het voor dit deur die waarneming van rooiverskuiwing gedemonstreer is – as sy "grootste vergissing" beskryf (hoewel dit betwis word).

Inderwaarheid lei die toevoeging van die kosmologiese konstante tot Einstein se vergelykings nie tot ’n statiese heelal in ewewig nie, want die ewewig is onstabiel: As die heelal effens uitdy, sal die uitdying vakuumenergie vrystel wat tot verdere uitdying sal lei. Net so sal ’n heelal wat effens inkrimp, aanhou inkrimp.

Die kosmologiese konstante bly egter ’n onderwerp van belang. Die kosmologiese data van die afgelope paar dekades dui aan dat ons heelal wel ’n positiewe kosmologiese konstante het. Die verduideliking van hierdie klein maar positiewe waarde is ’n teoretiese probleem wat nog opgelos moet word.

Verwysings

Bronne

Skakels
 Michael, E., University of Colorado, Department of Astrophysical and Planetary Sciences, "The Cosmological Constant"
 Carroll, Sean M., "The Cosmological Constant" (kort), ''"The Cosmological Constant".
 News story: More evidence for dark energy being the cosmological constant
 Cosmological constant, artikel uit Scholarpedia

Relatiwiteit
Kosmologie