Costante cosmologica

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Con costante cosmologica (usualmente indicata con la lettera greca lambda: Λ) ci si riferisce in generale a una componente di energia in grado di integrare il modello cosmologico derivante dalla relatività generale.

Il primo esempio storico di costante cosmologica fu il termine aggiunto da Albert Einstein all'equazione di campo della sua teoria, implicante un universo dinamico, allo scopo di ottenere una soluzione per un universo statico. La costante cosmologica ha assunto oggi un nuovo ruolo: essa tenta di spiegare l'accelerazione dell'espansione dell'universo e il modello più accreditato è attualmente quello dell'energia del vuoto prevista dalla meccanica quantistica.

Definizione storica[modifica | modifica wikitesto]

Le equazioni di campo, nella versione semplificata, hanno la forma

dove è il tensore di Einstein che descrive la curvatura dello spazio, G la costante gravitazionale e è il tensore stress-energia.

Necessità di una costante per avere soluzioni statiche[modifica | modifica wikitesto]

Nel 1917 Albert Einstein formulò il primo modello cosmologico relativistico, caratterizzato da uno spazio di volume finito, ma illimitato. Pur non essendo possibile visualizzare un tale spazio chiuso a tre dimensioni, possiamo ricorrere all'analogia con il caso bidimensionale della superficie di una sfera. Tale modello prevede un universo dinamico, o in contrazione o in espansione, ed Einstein, ritenendo di dover contrastare in particolare la prima possibilità, cioè quella di un collasso sotto l'effetto della gravità, propose l'inserimento di una costante, Λ, che compensasse la tendenza a contrarsi (o ad espandersi in altri modelli) dello spazio, modificando la sua equazione nel modo seguente:

dove g è la metrica dello spaziotempo. Essendo posta a sinistra, la costante veniva intesa come una proprietà dello spaziotempo.

Lavori successivi mostrarono che il modello originario di Einstein non è stabile: qualunque minima perturbazione ne provoca o il collasso o l'espansione. In effetti le osservazioni di Hubble nel 1929 convinsero gli astronomi che l'universo è in espansione, indicando la presenza di una costante cosmologica positiva Λ enormemente piccola; tali conclusioni spinsero Einstein a ritenere l'idea della costante cosmologica come "stabilizzatore dell'universo" il suo "più grave errore".

Costante cosmologica come energia del vuoto[modifica | modifica wikitesto]

Anche i modelli di espansione possono però includere una costante cosmologica in quanto osservazioni successive hanno mostrato un universo in accelerazione, indicando la presenza di una costante cosmologica positiva il cui significato fisico è oggi associato all'energia del vuoto.

A differenza della costante di Einstein, l'ipotetico contributo della densità di energia del vuoto, ρvac, si colloca a destra nella equazione di campo, secondo la relazione:

La relazione fra la densità e la costante cosmologica è la seguente:

Il valore positivo osservato, circa 10−120, derivante da una infinitesima prevalenza dei contributi bosonici su quelli fermionici (cioè dei contributi di energia su quelli di materia) nelle fluttuazioni quantistiche del vuoto, è enormemente più piccolo di quello che ci si aspetterebbe in base alla teoria quantistica dei campi.

Ricerca di prove empiriche[modifica | modifica wikitesto]

La natura della costante cosmologica come energia oscura è un problema aperto. Negli anni 2007 e 2008, sono state effettuate dal satellite Chandra della NASA molte osservazioni nello spettro dei raggi X sull'ammasso di galassie Abel 85, distante 740 milioni di anni luce dalla Terra. Queste osservazioni hanno permesso di estendere gli studi sull'energia oscura, rivelando come essa possa influire sulla struttura dello spaziotempo e avvalorare, quanto meno dal punto di vista matematico, la presenza della costante cosmologica intuita da Einstein.

Alcuni fisici ritengono che la costante cosmologica sia una delle costanti della natura e non abbia niente di più misterioso delle altre costanti fondamentali, come la massa dell'elettrone.[1]

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ E. Bianchi and C. Rovelli, Is dark energy really a mystery?, in Nature, vol. 466, 2010, p. 321.

Bibliografia[modifica | modifica wikitesto]

Voci correlate[modifica | modifica wikitesto]

Collegamenti esterni[modifica | modifica wikitesto]

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