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.
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Fuentes y referencias:
Artículo original. [2]
Ilustraciones: István Csabai y colaboradores.