Propuesta novedosa acerca del origen de la energía oscura

Durante muchos años se pensó que la expansión cósmica se hacía cada vez más lenta por la atracción gravitacional, pero en 1998 se descubrió que la velocidad de esta expansión aumentaba como resultado de un misterioso componente energético del universo. Aunque se desconoce la naturaleza de esta energía, conocida como energía oscura ( que se estima representa cerca de 70 por ciento del contenido energético del universo), tres físicos teóricos presentaron una novedosa propuesta acerca de su origen.

Daniel Sudarsky, del Instituto de Ciencias Nucleares, y Thibault Josset y Alejandro Pérez, de la Universidad Aix Marseille, en Francia, consideran que hay varias razones para pensar que, al contrario de lo que aprendimos en la escuela –que la energía no se crea ni se destruye, sólo se trasforma–, ésta en el universo no se conserva al cien por ciento sino que cambia gradualmente.

Lo anterior no es compatible con la teoría de la relatividad general de Albert Einstein, pero sí con una versión un tanto modificada de la misma: la gravedad unimodular, considerada originalmente por el genial físico durante sus investigaciones iniciales. En esa versión modificada, el acumulado a lo largo de la historia del universo de las pequeñísimas violaciones de la ley de la conservación de la energía se presentaría justo como una energía oscura.

Constante cosmológica

En la segunda década del siglo pasado, mientras elaboraba su modelo del universo, Einstein estaba convencido de que éste debía ser estático (o sea, no se agrandaba ni se contraía). Pero eso no encajaba con lo que decía su teoría de la relatividad general, por lo que, para compensar los efectos de la gravitación causada por la masa del universo, introdujo en sus ecuaciones un término al que denominó la constante cosmológica.

Sin embargo, en la década siguiente, las observaciones del astrónomo estadunidense Edwin Hubble concluyeron que el universo no era estático. Al observar el movimiento y distribución de galaxias muy lejanas notó que éstas se alejaban de nosotros a una velocidad que era proporcional a su distancia, de lo cual dedujo que el universo se expandía, como si hubiera surgido de una explosión. Frente a esto, Einstein comprendió que no era necesaria la constante cosmológica en sus ecuaciones y desechó este concepto.

“Desde la tercera década del siglo pasado sabemos que el universo se expande. El problema es que, según lo que entendemos de la gravitación, hasta hace poco menos de 20 años esperábamos que la velocidad de expansión del universo fuera disminuyendo debido a que la gravitación es atractiva, pero entonces se descubrió que ésta estaba aumentando. Para aclarar este fenómeno, los físicos reintrodujeron la constante cosmológica, ahora rebautizada y generalizada –permitiendo con ello que no fuera exactamente constante– como energía oscura. El punto es que la explicación funciona, aunque no sabemos qué tipo de cosa es esa energía oscura, porque no se manifiesta de ninguna otra forma”, aseguró Sudarsky.

Fundamentos teóricos

La motivación de este trabajo es el interés en ciertas dificultades de la teoría de la mecánica cuántica estándar. Ésta indica que, en general, una partícula no tiene posición ni velocidad definidas, sino que existe en una especie de estado nebuloso, “pero cuando decidimos medir su posición o velocidad, siempre adquiere un valor definido”. Lo complicado es que la teoría no indica claramente cuándo hay que considerar que ocurrió una medición. ¿Se requiere un humano o puede hacerlo una bacteria o un solo fotón?

El asunto es que, debido al problema de la medición, la teoría cuántica usual no puede aplicarse directamente al universo temprano porque en esos primeros instantes no había ningún observador o aparato de medición, el cual sería necesario en este caso.

Esto les llevo a considerar las teorías modificadas de la cuántica, según las cuales las cosas se comportan como si se automidieran. Una característica de esas teorías es que violan la ley de la conservación de la energía, por lo que no son compatibles con la relatividad general pues ésta implica la conservación local de la energía. “Para resolver este asunto recurrimos a la gravedad unimodular; en ella no se requiere la conservación de la energía”, dijo Sudarsky.

Posible respuesta

En su estudio de la evolución del universo, Sudarsky, Josset y Pérez consideraron una pequeña violación de la ley de la conservación de la energía, y lo que encontraron fue que surge algo que se parece a la energía oscura.

“Eso sería una posible respuesta a la pregunta de qué es la energía oscura, pero no estamos seguros. Einstein nunca consideró el que la energía no se conservara. En el contexto de las nuevas teorías, esta violación de la ley de la conservación de la energía parece natural”, apuntó el investigador.

Ellos están aplicando una de las teorías del colapso espontáneo en situaciones en las que no se había hecho antes, con la intención de resolver aspectos que no se habían planteado con esos enfoques.

Otra razón para pensar en violaciones de la ley de la conservación de la energía surge de consideraciones sobre la gravitación cuántica (teoría que aún se busca y que unificaría la relatividad de Einstein con la teoría cuántica) que llevan a sospechar que el espacio-tiempo es, en su nivel esencial, un ente discreto o granular, en contraste con el continuo con que se le suele concebir. En estas condiciones, la gravedad unimodular aplicada al estudio de la cosmología genera, una vez más, una energía oscura.

Lo interesante es que las estimaciones de la magnitud de la energía oscura generadas de esta forma son compatibles con las observadas en la expansión acelerada, dados los límites empíricos del tamaño de las violaciones de la conservación de la energía, que resultan de las modificaciones de la cuántica o de los efectos de la granularidad del espacio-tiempo.

“La propuesta no representa el final de esta historia y la investigación continúa para analizar con más detalle la viabilidad de la explicación y, de ser necesario, hacer los ajustes apropiados.”

Espacio de incertidumbre

El trabajo de Sudarsky, Josset y Pérez ha sido relativamente bien aceptado, en general, por la comunidad científica (se publicó en la prestigiosa revista Physical Review Letters, en la que fue seleccionado como “Recomendado por el editor”, y se le dedicó una reseña en Science). Con todo, han surgido algunas objeciones, una de las cuales es que viola la ley de la conservación de la energía.

“Una ley física es la manera en que resumimos una serie de observaciones. Hay muchas pruebas experimentales con las que se busca comprobar la conservación de la energía. Pero, en la física, estas pruebas no son absolutamente exactas. En algunas, la precisión es de uno en mil; en otras, de uno en cien mil. La ley de la conservación de la energía tiene un espacio de incertidumbre que permite suponer que quizá no funcione cien por ciento. Esa región es hacia donde estamos centrando nuestro trabajo. La energía oscura tendría que encajar ahí. Recordemos que, en la ciencia, las cosas, en general, no son absolutas”, finalizó el investigador.

(Con información de www.gaceta.unam.mx)