Aportan científicos cálculo novedoso sobre la energía oscura

“La mayor parte de la energía del universo es eso que llamamos energía oscura, –más de 70 por ciento–, y no sabemos qué es con precisión, ése es el gran misterio”, dijo Daniel Sudarsky Saionz, investigador del Instituto de Ciencias Nucleares desde la Universidad de Nueva York, donde realiza una estancia académica.

El científico universitario, junto a Alejandro Pérez, de las universidades Aix-Marseille y de Toulon, además de James D. Bjorken, del National Accelerator Laboratory de la Universidad de Stanford, obtuvo el segundo lugar en los Awards for Essays for 2018, de The Gravity Research Foundation.

La investigación, denominada “A Microscopic Model for an Emergent Cosmological Constant”, será publicada en un número especial de la revista International Journal of Modern Physics.

Imagen de una supernova. Las supernovas se usan como elementos observables en los estudios que muestran la aceleración de la expansión cosmológica (que se atribuye a la energía obscura). Imagen: Instituto Max Planck de Astronomía.

Antecedentes

Daniel Sudarsky explicó vía telefónica que desde 1929 se descubrió que el universo se expande. “Lo anterior lo inferimos de ver cómo se mueven las galaxias, en particular al observar cómo se alejan de nosotros (las más distantes lo hacen más rápidamente). Lo natural sería esperar, dado que la gravitación es una fuerza atractiva, que esa velocidad se estuviera reduciendo, y que cada vez la expansión fuera más lenta, pero no es así”.

Sudarsky indicó que las medidas observacionales hechas a finales de los años 20 del siglo pasado, revelaron algo notable: que el universo, en lugar de desacelerarse, se acelera, en contraste con lo que se esperaba que hiciera la gravitación, que era frenar la expansión.

“Lo anterior revela que había algo en el comportamiento de la gravitación a nivel cosmológico que era muy extraño, y que hoy en día puede cuantificarse. En la actualidad, este algo se entiende como una componente extraña del contenido del universo, a la que se le dio el nombre de energía oscura”, puntualizó.

Parece ser que es una energía que no está asociada a algún tipo de partícula ni a algún objeto específico, sino que está dispersa por todos lados; por lo tanto, se llegó a pensar que se trata de una especie de energía del vacío, pero nadie sabe con precisión qué es. Las medidas que tenemos de cuánto es indican que representa cerca de 70 por ciento del contenido del universo, mencionó.

Sudarsky Saionz afirmó que él y sus colegas se han dedicado a estudiar teorías en que la energía a nivel local no se conserva y que por ello presentan dificultades, pues esta violación de la conservación de la energía está en conflicto con la Teoría de la Relatividad General de Albert Einstein (si bien Sudarsky aclaró que se centraron en el comportamiento de la conservación local de la energía, pues en el ámbito global, como se sabe desde ya tiempo, ésta no se conserva).

“Eso nos llevó a una versión nueva, diferente de la Relatividad General, que no la propusimos nosotros; de hecho la había considerado Einstein cuando estaba proponiendo la Teoría General de la Relatividad; se llama Gravedad Unimodular: es una versión de la Relatividad donde no se requiere para su autoconsistencia que la energía a nivel local se conserve.”

La expansión del universo comenzó con el Big Bang, hace casi 14 mil millones de años. Después de una breve inflación, el ritmo de la aceleración disminuyó, y varios miles de millones de años después la aceleración aumentó cuando la energía oscura dominó a la gravedad. Imagen: Nobel Prize Foundation.

LA APORTACIÓN

En esta particular propuesta, indicó Daniel Sudarsky, lo que se buscó es hacer un modelo que tuviera la siguiente propiedad: que la no-conservación de la energía estuviera asociada con el propio tejido del espacio-tiempo. En ella, el espacio-tiempo no es el continuo liso y parejo que uno se imagina, sino que está hecho como si tuviera granos. Para su mejor comprensión, expuso la siguiente analogía:

“Si tiras una bolita sobre una superficie plana, ésta rueda; ahora, si consideramos que la superficie plana está llena de pequeñas montañitas, la bolita va chocando y va perdiendo energía. Lo que postulamos es que algo así estaría pasando cuando la materia se propaga en el vacío: ésta tiene esa especie de choques con la estructura básica del espacio-tiempo mismo.”

El planteamiento, abundó Sudarsky, es que la granularidad del espacio-tiempo se manifiesta sólo cuando éste es curvo (como lo es en presencia de materia), y cuando el espacio-tiempo es plano, la rugosidad no se percibe.

La idea básica es imaginar al espaciotiempo como un piso de baldosas planas: “El objeto fundamental con el que se construye el espacio-tiempo sería el análogo de baldosas planas; si tienes un piso plano y tiras tu bolita sobre esa superficie, ésta no se desvía porque no siente las aristas de las baldosas; ahora imagínate que con esas mismas baldosas tratas de construir un piso que es curvo, tratas de tapizar, por ejemplo, una montaña. No van a encajar bien, y la bolita que se desplace por ahí sí sentirá las rugosidades de las baldosas, de manera que este efecto estaría asociado a que el espacio-tiempo sea curvo”.

Lo que encontramos, subrayó, es que usando estas teorías, puede calcularse lo que sería el acumulado de la violación de la conservación de energía durante toda la historia del universo, en todos sus puntos.

“Es un cálculo grosero, de aproximaciones, pero sí puede hacerse, y encontramos que eso daría lugar a una cosa que se comportaría como energía oscura. Lo que es muy interesante es que al hacer el cálculo, el resultado nos arroja el valor correcto, es decir, el observado de la aceleración de la expansión del universo. Es algo notable que no se había logrado antes: hacer un cálculo de este estilo que predijera el número, el valor correcto, de esa cosa llamada energía oscura”, destacó.

Podría ser, estimó, la punta del hilo de algo muy grande; también podría ser que la propuesta esté mal, podría ser que el número vaya bien, pero que fuera sólo una coincidencia, “si jalamos puede resultar una pera podrida o una manzana de oro, puede ser una clave importante; si esto es correcto, sería la primera evidencia de que el espacio-tiempo está hecho de una cosa granular, y eso cambia nuestra noción sobre de qué está hecho el espacio-tiempo, cómo es el universo que vivimos.

“Esta sería la primera ligazón con evidencia experimental de la granularidad fundamental del espacio-tiempo. Estamos diciendo que esta granularidad, que es responsable de que se produzcan estas pequeñas violaciones de la conservación de la energía, acumulada a lo largo de toda la historia del universo, da lugar a algo que vemos, que no entendíamos y cuya magnitud es totalmente misteriosa: la energía oscura.”

Según la propuesta del grupo de investigación, “esta energía oscura sería como el ‘recuerdo acumulado’ del universo, de todas las violaciones a la conservación de la energía que se dieron por la interacción de la materia con ese sustrato granular del que está hecho el espaciotiempo”, concluyó.

El reconocimiento, otorgado por la Gravity Research Foundation desde 1949, ha sido ganado por personajes tan relevantes de la física contemporánea como Martin Perl (Premio Nobel de Física 1995), Gerard t’Hooft (Premio Nobel de Física 1999) y Bernard Schutz.

(Con información de Gaceta UNAM)