La energía oscura podría esconderse en la nada del espacio

Crédito de la imagen: Credit: agsandrew/Shutterstock.com Por Jesse Emspak, para Live Science Mayo 26 de 2017 Un nuevo estudio puede ayudar a revelar la naturaleza de la energía oscura, la sustancia misteriosa que está empujando al universo para expandirse hacia afuera. La energía oscura puede emerger de las fluctuaciones en la nada del espacio vacío, sugiere una nueva hipótesis. Esa idea, a su vez, podría explicar también por qué la constante cosmológica, una constante matemática que Albert Einstein evocó y famosa, llamada "el mayor error de su vida", toma el valor que tiene. El nuevo estudio propuso que la expansión es impulsada por fluctuaciones en la energía transportada por el vacío, o regiones de espacio desprovisto de materia. Las fluctuaciones crean presión que obliga al espacio a expandirse, haciendo que la materia y la energía sean menos densas a medida que el universo envejece, dijo el coautor del estudio, Qingdi Wang, estudiante de doctorado en la Universidad de British Columbia (UBC) en Canadá. Un Universo acelerándose Los científicos llaman a la fuerza que empuja al universo a expandirse una constante cosmológica (aunque no es una "fuerza" en sentido estricto). Esta constante es la densidad de energía del propio espacio. Si es mayor que cero, entonces las ecuaciones de relatividad de Einstein, que describen la estructura del espacio-tiempo, implican un universo en expansión. A finales de la década de 1990, las mediciones de supernovas lejanas mostraron que el universo estaba acelerandose, no sólo expandiendose. Los cosmólogos llaman la energía que impulsa esa aceleración energía oscura. Cualquiera que sea la energía oscura, se disipa más lentamente que la materia o la materia oscura, y no se agrupa como cualquiera de ellos bajo la influencia de la gravedad. Esta aceleración ha sido un gran dilema para los físicos, porque contradice las predicciones de las teorías cuánticas de campo, los marcos teóricos que describen las interacciones de las partículas subatómicas más pequeñas. Las teorías de campo cuánticas predicen energías de vacío que son tan grandes que el universo no debería existir en absoluto, dijo Lucas Lombriser, becario postdoctoral en el Observatorio Real, Edimburgo, en Escocia, quien no participó en este nuevo estudio. Esta discrepancia se llama el "viejo" problema de la constante cosmológica, y los físicos generalmente pensaban que una vez descubierta la física nueva, la constante cosmológica desaparecería; La expansión se explicaría de alguna otra manera. Sin embargo, cuando los científicos descubrieron la expansión acelerada, surgió un nuevo problema. Según los cálculos teóricos, la constante cosmológica debería ser de 50 a 120 órdenes de mayor magnitud que la que es, con una tasa de expansión correspondientemente grande, dijo Lombriser. Esencialmente, la densidad de energía del universo (cuánta energía hay por unidad de volumen) debe ser gigantesca, y esta claramente no lo es. Fluctuaciones en el espacio vacío El nuevo trabajo se ocupa no sólo de lo que es la energía oscura, sino de por qué la tasa de expansión universal tiene el valor que esta tiene. "Todo el mundo quiere saber qué es la energía oscura", dijo Wang a Live Science. "Reconsideré esta pregunta con más cuidado", desde la perspectiva de la densidad de energía del universo. Wang y sus colegas asumieron que la teoría cuántica moderna del campo era correcta sobre la densidad de energía que era muy grande, pero que las fluctuaciones del vacío, o los movimientos del espacio vacío, eran muy grandes en escalas minúsculas, cerca de qué se llama la longitud de Planck, × 10 ^ menos 35 metros. Eso es tan pequeño que un protón es 100 millones de trillones de veces más grande. "Cada punto en el espacio está pasando por la expansión y la contracción", dijo. "Pero parece suave como una mesa parece suave desde muy lejos." Las fluctuaciones del vacío, en la formulación de Wang, son como los niños en un columpio balanceando sus piernas. Aunque nadie está empujándolos, consiguen impartir energía adicional en el oscilación, haciendo que la oscilación aumente la amplitud para arriba más que de otra manera. Este fenómeno se llama resonancia paramétrica, lo que básicamente significa que alguna parte del sistema — la expansión y la contracción, o el balanceo de las piernas del niño — cambia con el tiempo. En este caso, la densidad de una porción muy pequeña del universo está cambiando, dijo Wang. Dado que las fluctuaciones son pequeños fragmentos del universo en expansión y contracción, esta diminuta resonancia se suma a las escalas cosmológicas, dijo. Así que el universo se expande. (Expansión y contracción del espacio no viola las leyes de conservación, porque el espacio mismo está haciendo la expansión). Como resultado del enfoque de Wang, no hay necesidad de nuevos campos, como en algunos modelos de energía oscura. En cambio, la expansión del universo es aproximadamente la misma que la ya predicha por la teoría del campo cuántico. Observaciones necesarias Aunque la idea de Wang es buena, eso no significa que sea el final de la historia, dijo Lombriser. La pregunta es si las observaciones del universo dejan la teoría por fuera, dijo él. "Hasta el momento, pueden argumentar que la contribución del vacío está en el lugar adecuado para lo que se está observando (que, si se mantiene, ya es un gran éxito)", dijo Lombriser en un correo electrónico. "Todavía no han hecho una predicción exacta para el valor observado exacto, pero esto es algo que pretenden investigar más en su trabajo futuro". Otros físicos son más escépticos. "En estas escalas de alta energía, la relatividad general clásica no funciona más, pero eso es lo que usan, así que su aproximación es interesante, pero no está bien justificada, porque en este límite se debería usar la gravedad cuántica (una teoría que aun no tenemos) ", dijo Sabine Hossenfelder, investigadora del Instituto de Estudios Avanzados de Frankfurt, en Alemania, a través de correo electrónico. "Este documento es simplemente un primer paso en el proceso", dijo el coautor del estudio, William Unruh, físico de UBC. "Pero creo que vale la pena seguir este camino, ya que nuestros resultados son sugerentes". El estudio se publica en la edición del 15 de mayo de la revista Physical Review D. Originalmente publicado en Live Science. -------------------------------------- With a tiny help from Google Translate