הקבוע הקוסמולוגי

הקבוע הקוסמולוגי הוא קבוע פיזיקלי שניתן להוסיף למשוואות השדה של איינשטיין ללא הפרת תורת היחסות הכללית. קבוע קוסמולוגי חיובי יוצר כוח שפועל בכיוון הפוך לכבידה, כלומר דוחף את המרחב להתרחב.

הקבוע מקושר לאנרגיית הריק, אנרגיה שנמצאת בריק של החלל. מקובל לכתוב אותו בעזרת הנוסחה:
:Λ = {{8π G} \over {c^4}} ρ_Λ
כך גודלו של Λ קשור לצפיפות האנרגיה של הריק ρ_Λ באמצעות קבועי טבע G ו-c.

איינשטיין הציג את הקבוע זמן קצר אחרי נוסחת תורת היחסות הכללית כדי לאפשר פתרון המתאר יקום סטטי. לאחר שמדידות של אדווין האבל הראו שהיקום מתפשט, הוא ויתר על הרעיון. משוואות פרידמן, שמקורן במשוואות השדה, מתארות איך גודל היקום משתנה בזמן. בלי קבוע קוסמולוגי, ההתפשטות מואטת. איינשטיין כינה את הכנסת הקבוע טעות גדולה.

בשנת 1998 גילו שההתפשטות של היקום מואצת. כדי להסביר האצה זו נחוץ מרכיב הפועל נגד כבידה, האנרגיה האפלה. אפשרות מרכזית היא שקבוע קוסמולוגי חיובי גורם לאפקט כזה.
מדידות של קרינת הרקע הקוסמית (הקרינה שנותרה מהמפץ הגדול), ובמיוחד תצפיות של הלוויין WMAP יחד עם ניסויים אחרים, תואמות את הרעיון שהאנרגיה האפלה נובעת מקבוע קוסמולוגי. מודלים חלופיים, כמו "היסוד החמישי" (quintessence), התאימו פחות טוב לתוצאות.

ערכו של הקבוע שמתאים להתפשטות הנצפית קטן מאוד ביחס לגדלים פיזיקליים אחרים. הקושי להסביר ערך כה קטן נקרא בעיית הקבוע הקוסמולוגי. אחד הרעיונות שנדונו כדי להתמודד עם הבעיה הוא העיקרון האנתרופי, אך אין פתרון מוסכם.

הקבוע הקוסמולוגי הוא מספר בתורת היחסות של איינשטיין. תורת היחסות הכללית היא תיאוריה של איינשטיין שמסבירה כבידה. קבוע זה עושה אפקט של דחיפה הפוכה לכבידה.

הקבוע קשור למה שנקרא אנרגיית הריק. אנרגיית הריק היא אנרגיה שנמצאת בריק של החלל.

איינשטיין הוסיף את הקבוע כדי לקבל יקום שלא משתנה בגודלו. אחר כך גילו שאכן היקום מתפשט. האסטרונום אדווין האבל מצא שהגלקסיות נעות רחוקות מאיתנו. לכן איינשטיין ויתר על הרעיון.

בשנת 1998 גילו שהיקום לא רק מתפשט, אלא גם מואץ. קיומה של האצה זו מראה שיש משהו נוסף שפועל נגד הכבידה. קוראים לזה אנרגיה אפלה. ייתכן שהקבוע הקוסמולוגי גורם לזה.

גם קרינת הרקע הקוסמית עוזרת לחקור את העניין. קרינת הרקע היא אור ישן שנשאר מהמפץ הגדול. הלוויין WMAP בדק את הקרינה הזו ומצא תוצאות שתומכות בקשר בין אנרגיה אפלה לבין קבוע קוסמולוגי. ערך הקבוע מאוד קטן, וזה מבלבל את המדענים. הבעיה הזאת נקראת בעיית הקבוע הקוסמולוגי.