Energía oscura: teoría y explicación

Publicado el 23 agosto, 2021

La constante cosmológica

Cuando el gran físico Albert Einstein desarrolló su teoría de la relatividad general, se encontró con un problema. Según su teoría, nuestro universo debe estar en un estado de expansión o contracción. En ese momento, sin embargo, Einstein creía en un universo estático. Esto significa que el universo no se expande ni se contrae, sino que mantiene el mismo tamaño constante.

Para reconciliar lo que creía sobre el universo y lo que predijo su teoría de la relatividad general, Einstein ideó algo llamado la constante cosmológica. Y así comenzaron a formarse las teorías sobre la energía oscura.

La expansión del universo

En 1929, Einstein y la mayoría de la comunidad científica que pensaba que el universo era estático, hicieron añicos esa creencia cuando un astrónomo llamado Edwin Hubble descubrió que, de hecho, el universo se estaba expandiendo. Esta revelación demostró que la predicción original de la teoría general de la relatividad de que el universo debía expandirse o contraerse era cierta y, a su vez, hizo que Einstein declarara que su constante cosmológica era su mayor error.

En este punto, la mayoría de los astrónomos creían que la expansión del universo se ralentizaría con el tiempo a medida que la fuerza gravitacional actuara en su contra. En 1999, una vez más, la sabiduría convencional se desvaneció cuando dos equipos de astrónomos descubrieron de forma independiente que la expansión del universo de hecho se estaba acelerando en lugar de desacelerarse. Esto significaba que debía haber algo que actuara contra la gravedad para acelerar la expansión del universo, y esa cosa se llamó energía oscura .

¿Qué es la energía oscura?

Entonces, ¿qué es exactamente esta energía oscura que contrarresta la fuerza gravitacional? La respuesta es, simplemente no lo sabemos. La palabra ‘oscuro’ en su nombre es incluso una referencia al hecho de que no sabemos exactamente qué es. Se podría decir que no lo sabemos. Dejando de lado los juegos de palabras, sin embargo, tenemos algunas ideas sobre lo que podría ser.

Una de las posibilidades de lo que podría ser la energía oscura es en realidad el error que él mismo describe a Einstein, la constante cosmológica . Pero, ¿cuál fue la constante cosmológica? Resulta que era un término constante agregado a los cálculos de Einstein para equilibrar el atractivo de la fuerza debido a la gravedad entre toda la materia existente para mantener el universo en el estado estático en el que él creía que estaba.

Resulta que la constante cosmológica encaja muy bien con lo que hemos visto con la energía oscura. Si la energía oscura es la constante cosmológica, entonces es una energía que está asociada con el espacio mismo. Si bien la constante cosmológica se usó originalmente para explicar un universo estático, también puede explicar uno en expansión. Cuando el universo se expande, se le agrega más espacio, y luego este nuevo espacio agrega más energía que contrarresta la gravedad del universo. Dado que la energía se agrega constantemente, hace que la expansión del universo se acelere.

Otra posibilidad de lo que podría ser la energía oscura es algo llamado quintaesencia . Si la energía oscura es la quintaesencia, entonces es un campo que se extiende por todo el espacio contrarrestando la fuerza gravitacional. Si bien la constante cosmológica es uniforme en todo el espacio, este campo permitiría variaciones en la energía oscura tanto a lo largo del tiempo como de un lugar a otro. Desafortunadamente, si la quintaesencia resulta ser energía oscura, todavía hay misterios que deben resolverse. Actualmente no sabemos cómo se creó este campo, o exactamente qué tipo de campo es.

Finalmente, una explicación menos popular para la energía oscura es que la teoría de la gravedad tal como la conocemos es incorrecta. En esta solución, no hay energía oscura real, y simplemente no entendemos completamente las fuerzas gravitacionales. Sin embargo, para que esta sea la respuesta, tendríamos que idear una teoría de la gravedad completamente nueva. Esta nueva teoría no podría solo explicar la energía oscura, sino que también tendría que explicar todo lo demás que la actual hace con tanta precisión como lo hace. Esto incluye cosas desde cómo se forman y se agrupan las galaxias hasta cómo los planetas de nuestro propio sistema solar orbitan alrededor del Sol.

Resumen de la lección

Revisemos.

Después de que Einstein hiciera sus famosos descubrimientos con respecto a la relatividad, los científicos posteriores descubrieron que no solo el universo se estaba expandiendo, sino que se estaba expandiendo a un ritmo acelerado. El hecho de que la expansión del universo se estuviera acelerando significaba que debía haber algún factor desconocido que contrarrestara la fuerza gravitacional para causar esta aceleración. Este factor desconocido, como aprendimos, se llamó energía oscura . Hasta el día de hoy todavía no sabemos qué es exactamente la energía oscura, pero hay algunas ideas.

La primera es que la energía oscura es la constante cosmológica. Esta constante cosmológica es una energía creada por el propio espacio que se dispersa uniformemente a través de él. A medida que el universo se expande y se agrega espacio, también aumenta la energía para hacer que la expansión del universo se acelere.

La segunda posibilidad es que la energía oscura sea la quintaesencia . Este es un campo de origen y composición desconocidos que resiste la fuerza gravitacional. A diferencia de la constante cosmológica, puede variar tanto en el tiempo como en la posición en el espacio.

Finalmente, no podría haber energía oscura y nuestra teoría actual de la gravedad podría estar equivocada. Sin embargo, esto requeriría una nueva teoría de la gravedad que no solo explique la expansión del universo, sino todo lo demás que la anterior parece explicar con precisión también.

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