¿Cuál es la verdadera razón por la que Einstein añadió la "constante cosmológica"?

El origen de la cosmología moderna es el artículo de Einstein de 1917 "Reflexiones cosmológicas sobre la teoría de la relatividad general", pero el contenido es bastante diferente de la introducción del comentario. Al sustituir toda la ecuación de la estructura del universo en la ecuación de la relatividad, los resultados mostraron que el universo está cambiando dinámicamente, pero Einstein, que pensó que esto era extraño, no encontró el universo en la ecuación original.

Al no poder encontrar un trabajo de investigación después de graduarse de la universidad, Einstein trabajó durante un tiempo en la Oficina Suiza de Patentes, revisando los documentos de solicitud. Mientras tanto, escribió un artículo de física, pero estaba ocupado investigando en la biblioteca, sin comprender las investigaciones de vanguardia de Lorentz y Poincaré, escribió un artículo sobre la teoría especial de la relatividad. Quizás a causa de esta profesión, sus trabajos eran un tanto amateurs.

Los físicos profesionales no escriben cosas superfluas, sólo resumen los puntos principales, pero Einstein es interesante porque describe en qué ideas se basó. En sus tratados cosmológicos se desarrolló plenamente su cosmología.

Este artículo se basa en la teoría de la dinámica del tiempo de que las galaxias son los únicos cuerpos celestes que existen en el espacio exterior. He estudiado todo tipo de cosas sobre las propiedades geométricas del espacio a medida que me alejo infinitamente de la galaxia, pero no puedo encontrar una respuesta razonable. Escribió que se le ocurrió una estructura esférica que volvería a su punto original cuando viajara en línea recta, como un espacio que "no puede estar más lejos de la galaxia".

Sin embargo, incluso si se sustituye la ecuación del espacio esférico, las ecuaciones relativistas básicas no pueden satisfacerse. Por lo tanto, elegí cambiar la ecuación básica a una forma que incorpore la constante cosmológica. La solución al espacio esférico que satisface la ecuación modificada es el llamado "universo estacionario de Einstein". De estas descripciones se desprende claramente que lo que le importaba era la geometría de la galaxia tal como la dejó y que, en última instancia, no veía el cambio con el tiempo como un problema.

Siguiendo la idea de Einstein sobre el espacio esférico, Friedman analizó su comportamiento dinámico. Su artículo, publicado en 1922, se describe a menudo en los libros de historia de la ciencia como "considerando soluciones a ecuaciones sin una constante cosmológica", pero no fue así. La solución al sumar la constante cosmológica se calcula caso por caso.

Hay algunos errores matemáticos en el artículo de Friedman, pero las razones se pueden deducir leyendo el artículo original.

Dado que muchas de las ecuaciones básicas de la física moderna tienen la forma de ecuaciones diferenciales parciales, ahora es común enseñar ecuaciones diferenciales parciales a estudiantes universitarios de ciencias e ingeniería. Sin embargo, a principios del siglo XX, incluso en Europa occidental, no existía ningún sistema para enseñar sistemáticamente ecuaciones diferenciales parciales.

En la Rusia de Friedman, el sistema educativo se retrasaría aún más. Donde se equivocó fue al citar un antiguo artículo matemático de Weierstrass anterior a 1866, pero probablemente no tenía acceso a la literatura más reciente sobre estudios analíticos, etc.

Junto con Friedmann, Lemaître jugó un papel importante en la investigación cosmológica. En 1927 demostró que el universo de Einstein en reposo era inestable y se movía hacia la expansión con ligeras fluctuaciones. A veces se dice que Lemaître discutió las soluciones generales de ecuaciones que incluyen la constante cosmológica, a diferencia de Friedman, pero en realidad fue Friedman quien discutió las soluciones generales, mientras que Lemaître se ocupó principalmente de las soluciones especiales.

Aunque se publicó en francés en una revista belga poco conocida, el artículo de Lemaître llamó la atención del magnate de la astronomía británica Eddington y lo puso en el centro de atención. Eddington sugirió que el tratado se tradujera al inglés para su difusión, y la propia traducción al inglés de Lemaître se publicó en 1931. Hoy en día, las traducciones al inglés se recogen principalmente en tratados cosmológicos.

Esta traducción al inglés es algo diferente del artículo original. Ahora puede encontrar la versión original en francés en línea, así que búsquela si está interesado.

El artículo original no mencionaba a Friedman, pero él no robó sus logros, simplemente no lo sabía. En la traducción al inglés, los comentarios recién agregados brindan críticas positivas.

Es importante destacar que en la traducción al inglés, la sección que analiza la relación entre los datos observacionales y las predicciones teóricas se ha eliminado por completo. El motivo de la eliminación no está claro, pero quizás Hubble publicó sus últimos datos sobre galaxias distantes en 1929, por lo que no vio la necesidad de conservar los datos antiguos.

Sin embargo, si la pieza faltante permanece, sería más conocido que Sliver había observado la tasa de desintegración de la galaxia antes que el Hubble.

Además, Lemaître predijo una relación de escala entre los corrimientos al rojo encontrados en galaxias distantes y la distancia, y utilizó datos anteriores del Hubble para verificar esto. Hubble insistió en esta relación proporcional en su artículo basándose en sus propios datos de observación, pero los datos mostrados allí tenían un gran error y era difícil admitir que esta relación proporcional en sí misma fuera cierta.

Hubble tomó prestadas las ideas de Lemaître y abogó por la proporcionalidad porque tanto Lemaître como Hubble asistieron a una conferencia internacional en 1928, donde discutieron la relación entre el corrimiento al rojo y la distancia. Se intercambiaron opiniones. Ese puede ser el caso. Teniendo en cuenta estas circunstancias, el Congreso de la Unión Astronómica Internacional de 2018 decidió cambiar el nombre de la anteriormente llamada "Ley de Hubble" a "Ley de Hubble".