La constante cosmológica, introducida hace un siglo por Albert Einstein en su teoría de la relatividad general, es una espina en el costado de los físicos. La diferencia entre la predicción teórica de este parámetro y su medición basada en observaciones astronómicas es del orden de 10121. No es sorprendente saber que esta estimación se considera la peor en toda la historia de la física. En un artículo que se publicará en Physics Letters B, un investigador de la Universidad de Ginebra (UNIGE), Suiza, propone un enfoque que aparentemente puede resolver esta inconsistencia. La idea original en el artículo es aceptar que otra constante, la gravitación universal de Newton G, que también forma parte de las ecuaciones sobre la relatividad general, puede variar. Este avance potencialmente importante, que ha sido recibido positivamente por la comunidad científica, aún debe llevarse a cabo para generar predicciones que puedan confirmarse (o refutarse) experimentalmente.

"Mi trabajo consiste en una nueva manipulación matemática de las ecuaciones de la relatividad general que finalmente hace posible armonizar la teoría y la observación de la constante cosmológica", dice Lucas Lombriser, profesor asistente en el Departamento de Física Teórica en la Facultad de Ciencias de la UNIGE y único. autor del artículo.

Expansión en aceleración completa


La constante cosmológica Λ (lambda) fue introducida en ecuaciones sobre relatividad general por Einstein hace más de un siglo. El famoso físico necesitaba la constante para asegurarse de que su teoría fuera compatible con un universo que creía que era estático. Sin embargo, en 1929, otro físico, Edwin Hubble, descubrió que las galaxias se están alejando, una señal de que el universo se está expandiendo. Al enterarse de esto, Einstein se arrepintió del hecho de que había introducido la constante cosmológica, que se había vuelto inútil a sus ojos, e incluso la describió como "el mayor error de mi vida".

En 1998, el análisis preciso de supernovas distantes ofreció pruebas de que la expansión del universo, lejos de ser constante, en realidad se está acelerando, como si una fuerza misteriosa estuviera hinchando el cosmos cada vez más rápidamente. La constante cosmológica fue invocada una vez más para describir lo que los físicos llaman "energía de vacío", una energía cuya naturaleza es desconocida (hablamos de energía oscura, quintaesencia, etc.) pero que es responsable de la expansión acelerada del universo.

Las observaciones más precisas de las supernovas, y especialmente del fondo cósmico de microondas (radiación de microondas que proviene de todas las partes del cielo y que se considera sobrante del Big Bang), han permitido medir un valor experimental para esto. constante cosmológica El resultado es una cifra muy pequeña (1,11×10-52 m-2) que, sin embargo, es lo suficientemente grande como para generar el efecto deseado de expansión acelerada.

Gran brecha entre la teoría y la observación

El problema es que el valor teórico de la constante cosmológica es muy diferente. Este valor se obtiene utilizando la teoría del campo cuántico: esto sostiene que pares de partículas en una escala muy pequeña se crean y destruyen casi instantáneamente en cada punto del espacio y en cualquier momento. La energía de esta "fluctuación del vacío", un fenómeno muy real, se interpreta como una contribución a la constante cosmológica. Pero cuando se calcula su valor, se obtiene una cifra enorme (3,83×1069 m-2), que es en gran medida incompatible con el valor experimental. Esta estimación representa la brecha más grande jamás obtenida (por un factor de 10121) entre la teoría y el experimento en la ciencia.

Este problema de la constante cosmológica es uno de los temas "más candentes" en la física teórica actual, y está movilizando a numerosos investigadores de todo el mundo. Todos están mirando las ecuaciones de la relatividad general de todos los lados en un intento de descubrir ideas que resuelvan la pregunta. Aunque se han presentado varias estrategias, no existe un consenso general sobre el momento.

El profesor Lombriser, por su parte, tuvo la idea original hace unos años de introducir una variación en la constante universal de gravitación G (Newton) que aparece en las ecuaciones de Einstein. Esto significa que el universo en el que viven (con una G de 6,674 08×10-11 m3/kg.s²) se convierte en un caso especial entre un número infinito de diferentes posibilidades teóricas.

Después de numerosos desarrollos e hipótesis, el enfoque matemático del profesor Lombriser significa que es posible calcular el parámetro ΩΛ (omega lambda), que es otra forma de expresar la constante cosmológica pero que es mucho más fácil de manipular. Este parámetro designa también la fracción actual del universo que está compuesta de energía oscura (el resto está compuesto de materia). El valor teórico obtenido por el físico con sede en Ginebra es 0,704 o 70,4 por ciento. Esta cifra está muy de acuerdo con la mejor estimación experimental obtenida hasta la fecha, 0,685 o 68,5 por ciento, indicando que esta es una gran mejora con respecto a la discrepancia 10121.

Este éxito inicial ahora debe ser seguido por análisis adicionales para verificar si el nuevo marco propuesto por Lombriser puede usarse para reinterpretar o aclarar otros misterios de la cosmología. El físico ya ha sido invitado a presentar y explicar su enfoque en conferencias científicas, lo que refleja el interés mostrado por la comunidad.

Fuente: phys.org