NeoFronteras

Otra solución a la energía oscura

Área: Espacio,Física — Sábado, 1 de Abril de 2017

Explican las observaciones cosmológicas sin necesidad de recurrir a la energía oscura y sin situaciones exóticas a base de Relatividad General sin aproximaciones.

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En esto de la parte del Cosmos de la cual desconocemos lo que es se produce un déjà vu académico de vez en cuando. O un síndrome de Sísifo, depende de cómo se mire.

Desde que en los años noventa del pasado siglo los astrónomos midieron las velocidades de recesión de las galaxias en las que explotaban supernovas, se deduce que la velocidad de expansión del Universo se está acelerando. Esto es atribuido a una energía que permea el vacío denominada “energía oscura” (en donde “oscura” viene a significar que ignoramos lo que es). Esta energía representaría un 68% de la energía total del Universo y se cree que se parece a la constante cosmológica propuesta en su día por Einstein.

En los ya casi una docena de años en los que ha estado abierto NeoFronteras hemos visto varias propuestas que tratan de confirmar o rechazar con una hipótesis alternativa esta energía oscura. Algunos de esas propuestas de rechazo proponían que estábamos en una región del Universo una tanto hueca con menos materia que el resto, esto produciría localmente el efecto observado en las supernovas, pero a gran escala el efecto no existiría y, por tanto, no habría necesidad de tal energía oscura.

El problema de este tipo de propuestas locales es que van en contra del principio copernicano que sostiene que no ocupamos un lugar privilegiado en el Cosmos, aunque este principio es filosófico y también podríamos haber tenido muy mala suerte. Además, esto también podría ir en contra del principio cosmológico que sostiene que el Universo es homogéneo e isótropo.

Pero, por otro lado, la existencia de la energía oscura con un valor dado sería un enigma muy difícil de resolver, pues el valor de esa energía del vacío no sería fácil de explicar, ¿por qué ese valor y no otro? Lo más sencillo es que el valor de la energía del vacío sea simplemente cero. Según la teoría cuántica de campos el valor de esa energía del vacío sería gigantesco y no se ha descubierto un buen mecanismo que compense casi todo ello, salvo la fracción infinitesimal supuestamente observada.

Así que no es de extrañar que se propongan nuevas soluciones que eliminen la necesidad de la energía oscura, aunque sea a costa de otras cosas.

La última de estas propuestas vuelve sobre el asunto de la inhomogeneidad. Todos sabemos que la materia (oscura y visible) se distribuye en forma de grumos y filamentos por el Universo formando por lo que se parece ser una “espuma”, por lo que hay huecos. No hay problema alguno en ello, es lo observado y esperado. Se supone que el tamaño de estas estructuras no debería influir en el comportamiento del Universo a escala global. Básicamente se aproxima la distribución de materia como si esta fuera absolutamente homogénea, entre otras cosas porque los cálculos son más sencillos.

El problema es que las ecuaciones de Einstein de la Relatividad General que se usan para modelar el Universo son muy difíciles de resolver analíticamente, incluso cuando la distribución de masa es totalmente uniforme. Si no es así, hay que resolver estas ecuaciones numéricamente, algo que, hasta hace poco, no se podía hacer con la suficiente precisión.

Ahora, un grupo de investigadores húngaro-americano dice que el modelo estándar de Universo falla por no tomar en cuenta este tipo de estructura y que, cuando se tiene en cuenta, la energía oscura desaparece porque no hay necesidad de ella.

La razón de este efecto es que la masa que está en los filamentos y las paredes de esas “burbujas” de materia tiende a ser concentrada por efecto su propia gravedad, mientras que los huecos vacíos tienden a expandirse debido a la ausencia en su interior de masa.

Las simulaciones computacionales que estos investigadores han realizado usando las ecuaciones de Einstein, pero teniendo en cuenta esta estructura de masa, reproducen la evolución del Universo y su estructura a gran escala. Esto es importante, porque en ciencia no se puede desvestir un santo para vestir a otro.

La gran ventaja de los resultados obtenidos que, además de lo observado y establecido, se observa que diferentes regiones de Universo se expanden a diferente ritmo. Pero el promedio de todas estas expansiones es consistente con las observado con las supernovas sobre una aceleración de esa expansión. A diferencia de propuestas anteriores el fenómeno no sería local, sino global.

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La propuesta de esta idea es que la energía oscura sería un subproducto, espejismo o artefacto generado por tomar una aproximación demasiado burda de cómo es el Universo. Básicamente se asumía que era perfectamente homogéneo, pero, en realidad, no lo es y se metía ese factor bajo la alfombra y se seguía adelante. De forma análoga, podemos dejar caer a la vez una pluma y un martillo y predecir que llegan a la vez al suelo al tomar la aproximación de que la resistencia del aire es despreciable, pero no ocurrirá así.

La propuesta preserva la Relatividad General y sus resultados son compatibles con las observaciones del universo local (que son las únicas de las que ese dispone). Lo único sacrificado es la energía oscura.

Además, los autores dicen que las contradicciones entre la constate de Hubble medida en el universo local y la deducida del fondo cósmico de microondas desaparece si se tiene en cuenta su modelo.

El gran misterio es por qué la Física se presta tan bien a hacer aproximaciones. En otros sistemas si se desprecia un componente todo se viene abajo. En este caso, el desprecio de la estructura espumosa del Universo sólo nos hace creer que hay una energía desconocida por ahí.

Aunque, como siempre, puede que en este caso haya una contrarréplica pronto y volvamos a empezar de nuevo. Pero es así como funciona la ciencia.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=5441

Fuentes y referencias:
Artículo original.
Ilustraciones: István Csabai y colaboradores.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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15 Comentarios »

  1. Dr. Thriller:

    No creo que el problema esté en la Física, sino en el claustro (de físicos y físicas). Es como decir que el calzador se usa porque el zapato se presta. Si antes no había herramientas computacionales para afinar los cálculos, no hay lugar para más, pero uno como es así no lo ve de esa forma. En realidad la cosmología ha desarrollado muchísimo edificio con una carencia muy incómoda de soporte empírico (la escala de lo abordado es lo que tiene), así que tirarse a la piscina desde cualquier.lado está bastante de más.
    Como mi calzador es el que es (personal e intransferible con independencia de que sea el mismo que el de muchos otros), me he quedado ahíto de satisfacción hasta el autosonrojo y no puedo menos de celebrar la elegancia de la propuesta. Que sea elegante no significa que tenga correspondencia con la realidad -hay modelos que funcionan y tienen la elegancia de un debate de tertulianos en un estercolero-, pero nadie me negará que los artefactos, o sea, no.

  2. Pocosé:

    ¡Ya tiene bemoles la espumita esta!
    Amenaza con aniquilar 2/3 del Universo sin nisiquiera despeinarse.

  3. Tomás:

    O sea, que ni sí, ni no, sino todo lo contrario.

  4. lluís:

    Pero en el estudio se dice que la energía oscura es un “subproducto”, lo que parecería indicar que al menos como tal “subproducto” está por ahí.

    Por otro lado, de no existir la energía oscura, ¿cómo se vería afectada la “materia oscura” ¿no le correspondería una energía oscura a esa materia oscura?precisamente en base a E=mc^2. ¿O no se daría esa igualdad, en el caso de matería/energía oscuras?

  5. NeoFronteras:

    Estimado Lluís
    No, no está ahí, sería un espejismo. La expansión del Universo no se aceleraría, sólo a escala relativamente local parece que lo hace, según los autores, claro. Se ha reescrito esa parte para que se entienda mejor. Además, se ha añadido otra frase sobre la constante de Hubble.

  6. Albert:

    Lluis, la Energía Oscura NO tiene NADA que ver con la Materia Oscura multiplicada por el cuadrado de la velocidad de la luz´
    La materia oscura es sensible a la gravedad exactamente igual que la materia ordinaria, (atrae gravitatoriamente materia ordinaria y materia oscura) La materia ordinaria y la materia oscura con su fuerza gravitatoria atractiva frenan la expansión del universo
    La energía oscura es una “presión negativa” y por lo tanto equivalente a una “fuerza repulsiva” que incrementa la expansión del universo.
    El ponerle el mismo adjetivo: “oscura” a dos cosas tan antagónicas, dice mucho de lo poco imaginativos que son los cosmólogos poniendo nombres, y lleva a que personas normales podamos confundirnos.
    Parece que los cosmólogos tienen una única palabra “dark=oscura” para cosas que todavía desconocen, pero en mi opinión esta vez han estado muy desacertados con los nombres.
    Saludos.

  7. JavierL:

    Veamos. Según Este artículo se acelera las galaxias.. No se crea espacio..

    Entonces ¿como se explica con la estructura espumosa la creación de espacio? Porque ¿como entonces explica “lo observado”?

  8. NeoFronteras:

    La estructura espumosa es lo que se observa (estructura a gran escala del Universo) y lo que se obtiene en los modelos.

    La expansión se da porque se crea espacio, las galaxias son la referencia que se usa para medir esa expansión. En el caso de este estudio es de suponer que parte de lo medido no se debe estrictamente a la expansión.

  9. lluís:

    Albert, ya sé que la energía oscura se supone que es una presión negativa, uno de esos muchos estados de vacío que se dan dentro de la mecánica cuántica, la pregunta es ¿hay algún campo que pueda producir esa supuesta presión negativa?. Se habla del campo del inflatón, al que se le supone causante de la inflación, pero dónde hay un campo existe o debe existir una partícula, ¿dónde está la partícula “inflatona”?. Teníamos el campo de Higgs y finalmente apareció la partícula, el bosón de Higgs?. Por supuesto, todo esto es mera especualación “oscura”.
    Saludos.

  10. lluís:

    Y por otra parte, Albert, la gravedad es una forma de energía, luego la gravedad gravita, por tanto si realmente existe una “energía oscura”, esa energía parece que debería gravitar, por tanto que sea una fuerza repulsiva es incluso un tanto extraño. Aunque es lo que parece que hace.

  11. NeoFronteras:

    Estimado Lluís:
    Para la expansión en sí no hace falta ni energía del vacío, ni inflación, ni cuántica ni nada. Simplemente un universo en expansión es de las pocas soluciones consistentes de la RG.

    La inflación supone un momento de ultra-rapidísima expansión que luego se detiene. Para que funcione la teoría de inflación no hace falta decir por qué o cómo ocurre esa inflación, simplemente es la premisa de partida. A posteriori agregaron lo del inflatón, pero porque les dio la gana. No hay ninguna prueba de que tal campo o tal partícula exista. Incluso hay propuestas recientes que prescinden del inflatón:

    http://neofronteras.com/?p=5358

    Algunos creemos que si existió dicha inflación entonces pertenece al dominio de la gravedad cuántica. Así que, de momento, podemos decir más bien poco.

    En cuanto a la energía oscura, si una constante cosmológica tampoco hace falta echar mano de la teoría cuántica de campo. Simplemente se introduce como un término extra en las ecuaciones de Einstein. En el apéndice de esta entrada:

    http://neofronteras.com/?p=3501

    se explica un poco cómo podría ser.

    Otra cosa es que haya físicos que quieran llevar el ascua a su sardina, claro.

    Si uno tiene en cuenta la teoría cuántica de campo conocida y calcula la energía del vacío de las partículas virtuales sale que esta es gigantesca. De algún modo se cancelan las contribuciones, pero no se sabe cómo. Es un misterio sin resolver que es, además, independiente de la constante cosmológica o la energía oscura.

    Sin embargo, a algunos les dio por decir que quizás esa energía del vacío se correspondía con la energía oscura de tal modo que no se cancela totalmente, sino que queda un poquito que da cuenta de lo observado. Es ajuste fino aquí sería tremendo. NO hace falta decir que no hay pruebas, cálculos o argumentos que digan cómo se puede producir todo ello.

  12. JavierL:

    Pero si se usa la energía oscura para justificar la expansión del universo y este estudio explica lo observado me queda la duda. Porque lo que propone este estudio se basa en la velocidad de las galaxias.. Entonces ¿si de podría explicar cosas como el corrimiento al rojo con el efecto doppler?

    Referente a la energía de vacío ¿no debería gravitar en vez de ser repulsiva? Como dice Luis de la oscura

  13. NeoFronteras:

    Es que la energía oscura no explica la expansión del Universo, en todo caso explicaría la supuesta aceleración de esa expansión.

    Por otro lado no hay que confundir Doppler con corrimiento al rojo cosmológico. El primero se produce por un emisor que se mueve en el espacio, el segundo porque la expansión del espacio alarga las longitudes de onda de la luz que viaja por él.

    La energía oscura como constante cosmológica y la supuesta energía del vacío funcionaría como una presión negativa. Está explicado en el apéndice mencionado en el comentario 11.

  14. JavierL:

    Justamente lo que expones en el segundo párrafo de tu 13 querido neo… Solo que, Si el modelo de este articulo es compatible con lo observado ¿como explica el corrimiento al rojo?

    En si, es una solución muy elegante al problema, y me gusta. Pero me queda esa duda

  15. lluís:

    Y luego para añadir un poco más de madera y siempre desde la especulación teórica ( al fin y al cabo, especulación es el asunto de la energía oscura, puesto que en definitiva no sabemos que es o que la produce, ni si realmente existe,o si se trata de errores de medición) cabe pensar en la materia (sí, materia) con densidad de energía negativa. Esta exótica materia ( que debería gravitar, como toda materia) es precisamente la que abre la puerta a soluciones de la Relatividad General que abarcan desde los famosos agujeros de gusano, hasta los no menos fomosos “motores de distorsión” (Alcubierre).

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