Hvernig heimurinn stækkar: Upphaf og uppreist æra heimsfastans Λ

Abstract

Heimsfastinn Λ var kynntur til sögunnar 1917 af Albert Einstein sem mótvægi við þyngdaraflinu sem verkar á alla þekkt efni. Hann hafði ekki náttúrulega skýringu á því hvað myndaði heimsfastann en taldi hann þurfa að vera til staðar svo kyrrstæða heimssmynd hans væri möguleiki. Með uppgötvunum vísindamanna á borð við Hubble, Lemaître og Friedmann varð ljóst að við byggjum ekki í slíkum kyrrstöðuheimi. Áratugina fyrir og eftir aldamót unnu hópar á borð við Calán/Tololo Supernova Survey, The Supernova Cosmolog og The Supernova Cosmology Project mikilvæga vinnu við söfnun og túlkun gagna frá tæplega 50 staðalkertum af sprengistjörnugerð Ia. Meðlimir úr tveim síðarnefndu hópunum hlutu nóbelsverðlaun í eðlisfræði 2011 fyrir það að sýna fram á hröðun útþennslu alheimsins. Í jöfnum Einsteins og Friedmanns varð hlutverk heimsfastans Λ því að útskýra þessa útþennslu þar sem hana er ekki auðvelt að skýra með innihaldi heimsins sem við nemum í dag. Í þessari ritgerð verður farið í sögu þess hvernig vísindamenn uppgötvuðu að heimurinn væri að þenjast út með vaxandi hrað seinustu hundrað árin og útleiðslur á jöfnum Friedmanns sem lýsa þeirri þróun. Einnig verður stiklað á stóru varðandi upphaf heimsins, ýmis fræðileg hugtök útskýrð og að lokum verða nokkur heimsmyndalíkön skoðuð.

The cosmological constant Λ was first introduced by Albert Einstein in 1917 to counter gravity’s pull on all known matter. He did not have an explanation as to what made up the cosmological constant but it needed to be present for his model of a static universe to be possible. With the findings of physicists such as Hubble, Lemaître and Friedmann it became clear that we do not live in such a static universe. Calán/Tololo Supernova Survey, High-z Supernova Search Team and The Supernova Cosmology Project made strides in the detection of type Ia supernovae when they analysed data from over 50 such stars in the decades preceding and following the turn of the century. Members of the latter two groups received the Nobel prize in Physics in 2011 for their work solidifying the notion that the expansion of the universe is gaining speed and the fabric of spacetime itself is expanding. The role of the cosmological constant Λ therefore transformed to being one of explaining this acceleration for it is hard to explain considering only the matter we can detect in the world as of now. In this thesis the Friedmann equations, which are a mathematical explanation of the expansion, will be derived and to the history of how scientists understood the expansion of the universe over the last century will be explained. In addition the course of the formation of the universe will be briefly explained, various scientific concepts deduced and in conclusion some universal models inspected.