¿De dónde viene la energía en la expansión del universo?

Energía oscura.

Aproximadamente el 68% del universo es energía oscura. La materia oscura representa alrededor del 27%. El resto, todo en la Tierra, todo lo que se haya observado con todos nuestros instrumentos, toda la materia normal, suma menos del 5% del universo.

Este diagrama revela cambios en la tasa de expansión desde el nacimiento del universo hace 15 mil millones de años. Cuanto más superficial es la curva, más rápida es la tasa de expansión. La curva cambia notablemente hace unos 7.500 millones de años, cuando los objetos en el universo comenzaron a separarse a una velocidad más rápida. Los astrónomos teorizan que la tasa de expansión más rápida se debe a una fuerza misteriosa y oscura que está separando las galaxias.

Una explicación para la energía oscura es que es una propiedad del espacio. Albert Einstein fue la primera persona en darse cuenta de que el espacio vacío no es nada. El espacio tiene propiedades asombrosas, muchas de las cuales apenas comienzan a ser entendidas. La primera propiedad que descubrió Einstein es que es posible que exista más espacio. Entonces, una versión de la teoría de la gravedad de Einstein, la versión que contiene una constante cosmológica, hace una segunda predicción: el “espacio vacío” puede poseer su propia energía . La CONSTANTE COSMOLÓGICA es un término adicional agregado por Einstein al elaborar ecuaciones en relatividad general que describen el universo en la situación cuando es “estático”, es decir, no se expande. Recuerde que Einstein resolvió las soluciones antes de que Hubble descubriera que el universo se estaba expandiendo.

Ahora, debido a que esta energía es una propiedad del espacio en sí, no se diluirá a medida que el espacio se expande. A medida que surja más espacio, aparecería más de esta energía del espacio. Como resultado, esta forma de energía causaría que el universo se expanda cada vez más rápido. Desafortunadamente, nadie comprende por qué la constante cosmológica debería estar allí, y mucho menos por qué tendría exactamente el valor correcto para causar la aceleración observada del universo.

Esta imagen muestra la distribución de materia oscura, galaxias y gas caliente en el núcleo del cúmulo de galaxias que se está fusionando, Abell 520. El resultado podría presentar un desafío a las teorías básicas de la materia oscura.

Otra explicación de cómo el espacio adquiere energía proviene de la teoría cuántica de la materia. En esta teoría, el “espacio vacío” en realidad está lleno de partículas temporales (“virtuales”) que se forman continuamente y luego desaparecen. Pero cuando los físicos intentaron calcular la cantidad de energía que esto le daría al espacio vacío, la respuesta salió mal, ¡muy equivocada! El número salió 10 ^ 120 veces demasiado grande. Eso es un 1 con 120 ceros después (-_-) . Es difícil obtener una respuesta tan mala. Entonces el misterio continúa.

Para una contabilidad completa de la energía involucrada, vale la pena mirar una publicación de blog de Sean Carroll sobre el tema, La energía no se conserva. En breve:

  • En GR, la densidad de energía global [sin gravedad] no tiene que ser conservada. La 4 divergencia del tensor de energía de estrés desaparece, pero esta es una afirmación diferente. Por lo tanto, la energía no es una preocupación.
  • En una descripción alternativa, el único “aumento” de energía proviene de la energía oscura (que tiene una densidad de energía fija, por lo tanto, una energía total creciente a medida que el universo se expande), contrarrestada por una disminución de la energía gravitacional. [Vea la publicación del blog para una breve discusión sobre si esta es una forma mejor o peor de comunicar el concepto.]

Hay dos descripciones equivalentes allí. La única diferencia es a qué te refieres cuando dices “energía”: la disputa aparente es lingüística, no científica; las matemáticas son claras de todos modos.

La expansión del Hubble en sí tiene una densidad de energía negativa. La energía expansiva total es negativa y aumenta, ya que el volumen del universo está aumentando. Esto se compensa con la cantidad total de energía oscura que aumenta, nuevamente, debido al aumento del volumen del universo. Un factor menor es la energía perdida por los fotones cambiantes rojos.

En conjunto, la energía total es constante. Esto está encapsulado en la primera de las ecuaciones de Friedmann. Los términos de energía negativa aparecen en un lado, los términos de energía positiva en el otro.

Es la energía primordial que se expulsó del período de tiempo del Big Bang. Sin fricción contra un complejo de dimensiones en expansión, el universo continuará expandiéndose y expandiéndose sin fin, sin perder nada de su energía. Además de eso, ahora creemos que existe la fuerza siempre repulsiva de la energía / materia oscura contra la centripetalidad gravitacional que mantiene la expansión en marcha … Kaiser T, MD.

Como la gravedad no es una fuerza, no se necesita energía para expandir el Universo. El misterio es, por qué tardó tanto en llegar aquí, a este tamaño, y no más grande o más pequeño.

Que lo llamemos Energía Oscura, es simplemente donde ponemos el término en las ecuaciones de Relatividad General.

Se dice que la energía provenía de los otros universos que se formaron antes que nuestro universo y están liberando energía allí. Esto es cierto debido a la prueba del hecho de la teoría del multiverso.