¿Por qué se considera que la aceleración del universo se debe a algún tipo de energía?

Entonces, esta es mi analogía para ti. Imagine que tiene una pelota y una colina perfectamente lisa sin resistencia al aire. Dale un empujón a la pelota. Rodará cuesta arriba por un tiempo y luego disminuirá la velocidad. En condiciones terrestres, se detendrá y retrocederá. (Podemos imaginar que si empujamos la pelota lo suficientemente fuerte y la colina se extiende infinitamente alta, escapará de la gravedad de la Tierra y continuará para siempre). El empuje inicial de la pelota comienza con energía cinética, y la gravedad la transforma en energía potencial. Cuando la pelota cae al fondo, sucede lo contrario.

En esta analogía, el empuje inicial es la energía del Big Bang, la altura de la pelota desde el suelo es la expansión del espacio en el universo, y tanto el universo como la pelota se ralentizan debido a la gravedad (aunque el universo lo está haciendo debido a gravedad interna, no una interacción con un objeto externo).

Ahora, imagina que vemos que la pelota se acelera. (Digamos que le colocamos un cohete). En el sistema original, la energía mecánica de la bola no cambia: fue el empuje inicial, con cantidades crecientes que se convierten en energía potencial. Ahora, le damos a la pelota más energía al tomarla del combustible del cohete, lo que significa que es más probable que la pelota escape y es menos probable que regrese a 0.

Entonces, básicamente, eso es energía oscura. Energía pre-oscura, suponemos que el universo se dirige a un Big Freeze donde la energía inicial es suficiente para forzar a los supercúmulos galácticos (o el espacio que ocupan) a escapar de la gravedad de los demás, o un Big Crunch donde la gravedad es suficiente para tirar de las cosas. de nuevo en su lugar, devolviendo la energía a un estado similar al Big Bang. Ahora encontramos otro lugar donde se almacena la energía (¿dónde? No sé) para dominar la gravedad.

Primeras y segundas leyes de la red: un objeto permanecerá en un estado de movimiento uniforme a menos que una fuerza actúe sobre él; la fuerza es igual a la masa por la aceleración. Tienes que agregar un multiplicador, gamma, que es básicamente la fracción de velocidad en el espacio-tiempo, si quieres que se aplique al universo.

Traducido, sin fuerza, sin aceleración.

¿Pero qué es una fuerza? En pocas palabras, el sistema para transferir energía de un lugar a otro.

Entonces, sin energía, sin fuerza.

La conservación de la energía dice que no puedes transferir algo que no tienes. Por lo tanto, la energía involucrada en la aceleración debe haber venido de alguna parte.

El resto se dejará como ejercicio al cosmólogo.

El uso de la palabra “energía” aquí no es exacto. La aceleración podría estar bien si quiere decir que la tasa de expansión del universo debe estar en consonancia con su ocurrencia continua en el contexto de otras fuerzas.

Sabemos que se debe aplicar una fuerza de alguna manera continua para mantener el universo en expansión, porque de lo contrario, la fuerza de gravedad dentro de él provocaría que se curvara sobre sí mismo hasta el punto de colapso.

También sabemos que el universo “comenzó” con un evento similar a una explosión, debido a la existencia del fondo cósmico de microondas, un resplandor isotópico infinitesimal, universal, que salió de la época de recombinación cuando se formaron átomos estables. (Espero ser claro; estoy tratando de no permitir que esta respuesta se expanda indefinidamente).

Otras respuestas aquí mencionan la materia oscura y la energía oscura como posibles orígenes de la fuerza involucrada. Cuando lo visualizo, siempre se me ocurre una noción ligeramente diferente.

Nadie sabe las matemáticas del Big Bang. Nuestro conocimiento de las leyes científicas se vuelve cada vez más tenue a medida que nos acercamos. Pero como evento, a menudo se concibe erróneamente.

Recuerda que nuestro universo ES el Big Bang. Eso es lo que nos muestra el fondo cósmico de microondas. El Big Bang no es similar a una explosión, por masiva que sea, que podría ocurrir dentro de nuestro universo. La singularidad inicial tipo punto no se expandió hacia afuera en algún espacio; más bien, se convirtió en espacio.

Dado que no conocemos las matemáticas del Big Bang, excepto muy parcial y especulativamente por ingeniería inversa, no sabemos cómo se distribuyó la fuerza dentro de la explosión inicial. Un punto de vista es que la explosión todavía está ocurriendo, solo que ahora lo llamamos el universo. “Explosión” es, en cualquier caso, una descripción aproximada de lo que sucedió. Otro término sería “estructura de fuerzas”. La estructura de fuerzas podría haber sido tal que algunas partes solo se “desempaquetarían” mucho más tarde en la historia del universo, que Obviamente, nos parece mucho tiempo, pero puede que no lo sea tanto para el Big Bang (si entiendes lo que quiero decir).

En ese caso, las partes más poderosas de la explosión podrían estar sucediendo ahora.

La fuerza así aplicada habría estado presente dentro de la configuración matemática inicial del Big Bang o la singularidad precedente, incluso si solo vemos sus efectos mucho “más tarde” en la estructura.

Esto haría que la “materia oscura” o la “energía oscura” fueran tan superfluas como el éter se volvió después de la Relatividad.

Si esta teoría tiene algo, debería haber una relación bastante fija entre la edad del universo y la tasa de expansión. De acuerdo con esto, debería ser posible predecir cómo la expansión formará diferentes regiones del universo.

Bien, ese es mi intento de ser Einstein por hoy. Es el tipo de cosas que me pasan cuando realmente no he dormido bien.

Todo depende de cómo se formulan las ecuaciones de la Relatividad general. Se puede formular solo con Energía Oscura, solo la Constante Cosmológica, o ambos términos.

Como Energía, podemos imaginar que no es necesariamente constante a lo largo de la historia del Universo.

Pero algo tiene que aplicarse a GR, para que describa el Universo que se muestra. No tiene que ser energía clásica, no tiene que ser “cosas”, solo tiene que ser “una razón”.