Einstein dan apa yang disebut sebagai kesalahan terbesarnya
Saya sedang membaca artikel ini, https://earthsky.org/space/this-date-in-science-edwin-hubble-and-the-expanding-universe. Harap dicatat bahwa pemahaman saya sangat mendasar. Anda dapat menemukan pertanyaan utama saya menjelang akhir. Saya telah mengomentari kutipan dari berbagai sumber di bawah ini sehingga Anda berada dalam posisi yang lebih baik untuk memahami di mana kesalahan saya dan bagaimana saya menafsirkannya. Saya berharap ini akan memudahkan Anda untuk membantu saya. Terima kasih.
Kutipan berikut diambil dari artikel tersebut. Saya telah berani bagian yang awalnya membingungkan dan mengarahkan saya untuk memposting pertanyaan saya.
Dikatakan bahwa Albert Einstein sangat gembira mendengar karya Hubble. Teori Relativitas Einstein menyiratkan bahwa alam semesta pasti mengembang atau menyusut. Tetapi Einstein sendiri menolak gagasan ini dan mendukung gagasan yang diterima bahwa alam semesta itu diam dan selalu ada. Ketika Hubble mempresentasikan buktinya tentang perluasan alam semesta, Einstein menerima gagasan itu. Dia menyebut kepatuhannya pada gagasan lama sebagai "kesalahan terbesar saya."
Saya tidak berpikir bahwa teori relativitas umum yang asli menyiratkan alam semesta mengembang seperti yang dikatakan di atas. Saya akan mengatakan bahwa Einstein memperkenalkan konstanta kosmologis sebagai cara untuk melawan gravitasi sehingga alam semesta tidak pada akhirnya runtuh ke dirinya sendiri. Tiga kutipan di bawah ini tampaknya mendukung pandangan saya.
Einstein memasukkan konstanta kosmologis sebagai suku dalam persamaan medannya untuk relativitas umum karena ia tidak puas jika persamaannya tidak memungkinkan, tampaknya, untuk alam semesta statis: gravitasi akan menyebabkan alam semesta yang awalnya berada pada kesetimbangan dinamis berkontraksi. Untuk melawan kemungkinan ini, Einstein menambahkan konstanta kosmologis. [3] Akan tetapi, segera setelah Einstein mengembangkan teori statisnya, pengamatan oleh Edwin Hubble menunjukkan bahwa alam semesta tampak mengembang; ini konsisten dengan solusi kosmologis terhadap persamaan relativitas umum asli yang telah ditemukan oleh matematikawan Friedmann, yang mengerjakan persamaan relativitas umum Einstein. Einstein dilaporkan merujuk pada kegagalannya untuk menerima validasi persamaannya — ketika mereka telah meramalkan perluasan alam semesta dalam teori, sebelum hal itu didemonstrasikan dalam pengamatan pergeseran merah kosmologis — sebagai "kesalahan terbesarnya". [10]
Faktanya, menambahkan konstanta kosmologis ke persamaan Einstein tidak mengarah pada alam semesta statis pada kesetimbangan karena kesetimbangannya tidak stabil: jika alam semesta mengembang sedikit, maka ekspansi melepaskan energi vakum, yang menyebabkan lebih banyak ekspansi. Demikian pula, alam semesta yang menyusut sedikit akan terus berkontraksi. [11]
Sumber 1: https://en.wikipedia.org/wiki/Cosmological_constant#History
Konstanta kosmologis pertama kali diusulkan oleh Einstein sebagai mekanisme untuk mendapatkan solusi dari persamaan medan gravitasi yang akan menghasilkan alam semesta statis, yang secara efektif menggunakan energi gelap untuk menyeimbangkan gravitasi. [16] Einstein memberi konstanta kosmologis simbol Λ (kapital lambda) ....
Mekanismenya adalah contoh fine-tuning, dan kemudian disadari bahwa alam semesta statis Einstein tidak akan stabil: ketidakhomogenan lokal pada akhirnya akan mengarah pada ekspansi atau kontraksi alam semesta yang tak terkendali. Kesetimbangannya tidak stabil: jika alam semesta mengembang sedikit, ekspansi melepaskan energi vakum, yang menyebabkan lebih banyak ekspansi. Demikian pula, alam semesta yang menyusut sedikit akan terus berkontraksi. Gangguan semacam ini tidak bisa dihindari, karena distribusi materi yang tidak merata di seluruh alam semesta. Lebih lanjut, pengamatan yang dilakukan oleh Edwin Hubble pada tahun 1929 menunjukkan bahwa alam semesta tampak mengembang dan tidak statis sama sekali. Einstein dilaporkan merujuk pada kegagalannya untuk memprediksi gagasan tentang alam semesta yang dinamis, berbeda dengan alam semesta statis, sebagai kesalahan terbesarnya. [19]
Sumber 2: https://en.wikipedia.org/wiki/Dark_energy#History_of_discovery_and_previous_speculation
Pada tahun 1912, Vesto Slipher menemukan bahwa cahaya dari galaksi jauh mengalami pergeseran merah, [8] [9] yang kemudian ditafsirkan sebagai galaksi yang surut dari Bumi. Pada tahun 1922, Alexander Friedmann menggunakan persamaan medan Einstein untuk memberikan bukti teoritis bahwa alam semesta mengembang. [10] Pada tahun 1927, Georges Lemaître secara independen mencapai kesimpulan yang mirip dengan Friedmann secara teoritis, dan juga mempresentasikan bukti observasi pertama untuk hubungan linier antara jarak ke galaksi dan kecepatan resesi mereka. [11] Edwin Hubble secara observasi mengkonfirmasi temuan Lemaître dua tahun kemudian. [12] Dengan asumsi prinsip kosmologis, temuan ini menyiratkan bahwa semua galaksi bergerak menjauh satu sama lain.
Berdasarkan sejumlah besar observasi eksperimental dan karya teoritis, kesepakatan ilmiahnya adalah bahwa ruang angkasa itu sendiri mengembang, dan ia mengembang dengan sangat cepat dalam sepersekian detik setelah Big Bang. Ekspansi semacam ini dikenal sebagai "ekspansi metrik". Dalam matematika dan fisika, "metrik" berarti ukuran jarak, dan istilah tersebut menyiratkan bahwa pengertian jarak dalam alam semesta itu sendiri sedang berubah.
Sumber 3: https://en.wikipedia.org/wiki/Expansion_of_the_universe#History
Lebih lanjut, saya tidak berpikir itu adalah kesalahan Einstein untuk menghilangkan konstanta, seperti yang dinyatakan dalam kutipan di bawah ini dari Sumber 4. Einstein telah menggunakan konstanta kosmologis untuk menyeimbangkan gaya tarik gravitasi sehingga hasil akhirnya adalah alam semesta statis karena model statis lebih disukai pada saat itu. Bukannya jika Einstein tidak menghilangkan konstanta, itu akan menghasilkan alam semesta yang mengembang. Menurut pendapat saya, menghapusnya akan menghasilkan runtuhnya alam semesta yang awalnya coba dicegah oleh Einstein.
Albert Einstein menemukan konstanta kosmologis sebagai bagian dari teori gravitasi, yang dikenal sebagai Relativitas Umum.
Persamaan Einstein menunjukkan bahwa gravitasi semua materi di alam semesta akan memberikan tarikan yang kuat, menarik semua bintang dan galaksi ke arah satu sama lain dan akhirnya menyebabkan alam semesta runtuh. Namun, pada saat itu, para astronom percaya bahwa alam semesta itu statis - bahwa ia tidak mengembang atau menyusut. Untuk mengatasi masalah ini, Einstein menambahkan suku lain ke persamaannya, yang disebut konstanta kosmologis, untuk menyeimbangkan tarikan gravitasi ke dalam.
Namun, dalam waktu sekitar satu dekade, astronom Edwin Hubble menemukan bahwa alam semesta mengembang. Einstein membuang konstanta kosmologis, menyebutnya sebagai kesalahan ilmiah terbesarnya.
Ketika energi gelap ditemukan, banyak fisikawan mulai berpikir bahwa satu-satunya kesalahan Einstein adalah menghilangkan konstanta. Gaya "tolak" ini bisa mulai menjelaskan percepatan alam semesta. Dengan kata lain, itu mungkin energi gelap.
Sumber 4: http://hetdex.org/dark_energy/what_is_it/vacuum_energy.html
PERTANYAAN UTAMA:
Energi gelap ditemukan pada tahun 1990 seperti yang dinyatakan dalam Sumber 6 dan saya juga berpikir, seperti dalam Sumber 5, energi gelap sangat berbeda dari konstanta kosmologis. Sekitar tahun 1930 Einstein yakin bahwa alam semesta mengembang, apakah dia sepenuhnya menghilangkan konstanta dari persamaannya atau apakah dia mengubah nilainya sehingga persamaan memprediksi alam semesta yang mengembang? Apa yang pada saat itu dianggap sebagai penyebab perluasan? Apa yang ada di ruang yang mendorongnya terpisah? Bagaimana Friedmann pada tahun 1922 mencapai kesimpulan bahwa alam semesta mengembang menggunakan persamaan asli relativitas umum yang ditetapkan oleh Einstein? Apa motivasi Friedmann? Saya menemukan pertanyaan serupa di sini tetapi jawabannya berat secara matematis dan saya tidak bisa memahaminya sama sekali.
Basilakos dan Sola malah menyarankan bahwa energi gelap adalah jenis energi vakum kuantum dinamis - sesuatu yang berbeda dari konstanta kosmologis Einstein, yang menjelaskan kepadatan energi vakum statis dan merupakan penjelasan lain yang mungkin tentang sifat energi gelap.
Sumber 5: https://www.space.com/25238-dark-energy-quantum-vacuum-theory.html
Energi gelap bahkan lebih misterius, dan penemuannya pada tahun 1990-an sangat mengejutkan para ilmuwan. Sebelumnya, fisikawan berasumsi bahwa gaya tarik gravitasi akan memperlambat perluasan alam semesta dari waktu ke waktu. Tetapi ketika dua tim independen mencoba mengukur laju perlambatan, mereka menemukan bahwa ekspansi sebenarnya semakin cepat. Seorang ilmuwan menyamakan temuan ini dengan melempar satu set kunci ke udara sambil berharap mereka akan jatuh kembali - hanya untuk melihatnya terbang lurus ke atas menuju langit-langit.
Sumber 6: https://www.nationalgeographic.com/science/space/dark-matter/
Sudah menjadi kepercayaan populer bahwa Albert Einstein meninggalkan alam semesta statisnya ketika, dalam kunjungan ke Pasadena pada bulan Januari dan Februari 1931, Edwin Hubble menunjukkan kepadanya spektrum nebular pergeseran merah dan meyakinkannya bahwa alam semesta mengembang, dan konstanta kosmologis berlebihan .
Sumber 7: https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1311/1311.2763.pdf (Konversi Einstein dari statis ke alam semesta mengembang)
Link yang berguna:
1: Apa perbedaan antara "energi gelap" dan "energi vakum"?
2: https://www.youtube.com/watch?v=g20JZ2HNZaw
EDIT # 1: (ditambahkan pada 12-25-2020, 12:26 UTC)
Sebelumnya di awal posting ini saya berkata, " Saya tidak berpikir bahwa teori relativitas umum asli menyiratkan alam semesta mengembang seperti yang dikatakan di atas. Saya akan mengatakan bahwa Einstein memperkenalkan konstanta kosmologis sebagai cara untuk menangkal gravitasi sehingga alam semesta tidak akhirnya runtuh ke dirinya sendiri. "
Saya pikir saya harus menambahkan lebih banyak. Saya sedang menonton film dokumenter " The Fabric of the Cosmos: What Is Space? " Yang dibawakan oleh Brian Greene.
Berikut ini dikatakan sekitar 40:33 - 43:10.
dan penemuan energi gelap memberikan kejutan lain gagasan bahwa alam semesta mengandung bahan seperti itu sebenarnya telah dimasak delapan puluh tahun sebelumnya. Saya akan memberi tahu Anda sebuah rahasia kecil meskipun dia tidak menyebutnya energi gelap sejak lama. Albert Einstein memprediksi bahwa ruang angkasa itu sendiri dapat menggunakan gaya yang akan membuat galaksi terpisah seperti yang Anda lihat tidak lama setelah menemukan teori relativitas umumnya, teori gravitasi Einstein menemukan bahwa menurut matematika alam semesta akan mengembang atau menyusut tetapi tidak dapat melayang pada titik tetap. ukuran ini membingungkan karena sebelum mereka tahu tentang Big Bang kebanyakan ilmuwan termasuk Einstein membayangkan alam semesta sebagai statis abadi dan tidak berubah ketika persamaan Einstein menyarankan alam semesta mengembang atau menyusut, bukan alam semesta statis yang diyakini semua orang dia punya masalah sehingga Einstein kembali ke miliknya persamaan dan memodifikasinya untuk memungkinkan jenis anti-gravitasi yang akan menanamkan ruang dengan counterac dorong keluar Tarikan gravitasi ke dalam yang biasa memungkinkan alam semesta untuk berdiri diam dia menyebut modifikasi konstanta kosmologis menambahkan konstanta kosmologis menyelamatkan persamaannya tetapi kenyataannya Einstein tidak tahu apakah dorongan luar atau anti-gravitasi benar-benar ada pengenalan konstanta kosmologis oleh Einstein bukanlah solusi yang sangat elegan untuk mencoba menemukan apa yang dia cari untuk alam semesta diam. Ini mencapai efek anti-gravitasi ini dikatakan bahwa gravitasi kadang-kadang dapat berperilaku sedemikian rupa bukan untuk menarik benda-benda bersama-sama tetapi untuk memisahkan benda-benda seperti benturan dua raksasa konstanta kosmologis dan tarikan materi biasa dapat mengendalikan alam semesta dan menjaganya tetap statis, tetapi sekitar selusin tahun kemudian astronom Edwin Hubble menemukan alam semesta tidak statis, ia mengembang karena gaya ledakan yang Besar. Bang empat belas miliar tahun yang lalu itu berarti persamaan asli Einstein tidak lagi harus diubah sehingga tiba-tiba perlu sebuah penafsiran kosmologis. stant langsung keluar jendela.
Dapat dimengerti bahwa gravitasi dapat menarik segala sesuatu ke dalam dan membuat alam semesta runtuh tetapi, melihat secara historis, tidak jelas apa yang ada di ruang angkasa yang akan mendorong segala sesuatu ke luar sehingga menghasilkan alam semesta yang mengembang. Sekitar tahun 1920-an, tidak ada pemikiran bahwa ruang angkasa memiliki energi yang melekat yang akan mendorong materi seperti galaksi terpisah. Ya, ruang-waktu Einstein adalah dinamis yang dapat menekuk, bergelombang, memutar, dll. Tetapi tidak memiliki energi yang melekat. Ngomong-ngomong, jika ia memiliki energinya sendiri, ia juga akan menghasilkan gravitasi. Jadi, apa yang ada dalam persamaan Einstein yang memprediksi atau menyiratkan alam semesta yang mengembang? Saya pikir jawabannya tidak terletak pada matematika. Perlu diketahui juga bahwa teori Big Bang dirumuskan sekitar tahun 1931.
Einstein mencoba untuk membuat model kosmologi untuk alam semesta menggunakan persamaan medan gravitasinya dan diperlukan beberapa asumsi untuk memulai; Menurut saya istilahnya adalah kondisi awal. Dia bisa saja berasumsi bahwa, untuk beberapa alasan yang tidak diketahui, alam semesta mengembang yang juga melawan gravitasi yang menarik, atau alam semesta itu statis dan ini akan membutuhkan gaya luar yang tetap untuk melawan gravitasi. Einstein memilih alam semesta statis karena ini adalah pandangan paling umum tentang alam semesta pada saat itu meskipun, seperti yang saya baca, secara matematis, tidak terlalu stabil. Singkatnya, itu bukan karena matematika itu sendiri menyiratkan sesuatu, itu lebih tentang asumsi yang digunakan untuk menghasilkan model. Silakan lihat kutipan di bawah ini.
Pada awal abad ke-20, pandangan dunia umum menyatakan bahwa alam semesta itu statis - kurang lebih sama sepanjang kekekalan. Einstein mengungkapkan pendapat umum pada tahun 1917 setelah de Sitter menghasilkan persamaan yang dapat menggambarkan alam semesta yang mengembang, alam semesta dengan permulaan . Einstein menulis kepadanya bahwa "Keadaan ini membuat saya kesal." Dalam surat lain, Einstein menambahkan: "Mengakui kemungkinan seperti itu tampaknya tidak masuk akal."
Dalam persamaan medan gravitasinya, Einstein saat itu memberikan alat matematis ringkas yang dapat menggambarkan konfigurasi umum materi dan ruang yang mengambil alam semesta secara keseluruhan. Kelengkungan aneh ruang yang diprediksi dalam persamaan dengan cepat didukung dalam eksperimen terkenal, dan pada awal 1920-an, sebagian besar ilmuwan terkemuka setuju bahwa persamaan medan Einstein dapat menjadi dasar bagi kosmologi. Satu-satunya masalah adalah menemukan solusi untuk persamaan sederhana ini - yaitu, menghasilkan model alam semesta - merupakan mimpi buruk matematika. ...
Einstein bertemu dengan de Sitter di negeri Belanda yang netral. Saling merangsang dan mengkritik, mereka menghasilkan dua model kosmologis, dua solusi berbeda untuk persamaan medan. Namun kedua model tersebut sepertinya membutuhkan penyesuaian khusus.
Percobaan pertama Einstein pada sebuah model juga tidak bisa mengandung materi dan stabil. Karena persamaan tersebut menunjukkan bahwa jika alam semesta pada awalnya statis, tarikan gravitasi materi akan membuat semuanya runtuh ke dalam dirinya sendiri. Kelihatannya konyol, karena tidak ada alasan untuk menganggap bahwa ruang angkasa begitu tidak stabil.
Einstein menemukan bahwa dia dapat menstabilkan modelnya dengan menambahkan suku konstanta sederhana ke persamaan. Jika konstanta ini bukan nol, model tidak harus runtuh karena gravitasinya sendiri. "Konstanta kosmologis" ini, diakui Einstein, hanyalah "suku hipotetis". Itu "tidak diperlukan oleh teori seperti itu juga tidak tampak alami dari sudut pandang teoritis." Faktanya, "Istilah ini diperlukan hanya untuk tujuan memungkinkan distribusi materi yang semu statis."
Sumber: https://history.aip.org/exhibits/cosmology/ideas/expanding.htm
Jawaban
Saya akan mencoba dan secara singkat menjalankan beberapa poin (tanpa detail matematis) untuk melihat apakah ini menjawab pertanyaan Anda
• Sepertinya Anda salah memahami bagian 'kesalahan': 'kesalahan' tidak menghilangkan konstanta kosmologis, tetapi menambahkannya ke persamaannya (secara ad-hoc, pada saat itu).
• Saat ini, energi gelap tidak 'berbeda' dari konstanta kosmologis - CC hanyalah cara yang mungkin (dan paling sederhana) untuk menggambarkan energi gelap. (Itu juga salah satu yang bekerja paling baik, terlepas dari masalah teoretis di sekitarnya.)
• Einstein menghapus CC karena tidak lagi diperlukan untuk alam semesta statis (dan masalah terkait lainnya terkait stabilitas, yang Anda kutip).
Untuk memperjelas, baik konstanta kosmologis maupun jenis energi gelap tidak diperlukan untuk alam semesta yang mengembang, tetapi diperlukan untuk ekspansi yang dipercepat . Alam semesta sudah mengembang dari Big Bang. Alam semesta dengan CC nol masih mengembang.