¿Cómo vas a explicar la energía oscura a un laico?

Bueno … no fácilmente! Pero déjame intentarlo.

Los cosmólogos, como los astrofísicos, tienden a mantener las cosas simples. Para los astrofísicos, todo lo que no sea hidrógeno o helio es un “metal”. Para los cosmólogos, todo en el universo se reduce a polvo, bariones, radiación y energía oscura.

Dejame explicar.

Las ecuaciones que rigen la evolución del espacio-tiempo tienen dos parámetros que describen el “contenido” del espacio-tiempo: densidad (energía) y presión. Como resultado, la relación de presión a densidad es solo un número simple, no depende de la elección de las unidades utilizadas para medir la presión o la densidad. Los cosmólogos llaman a este número la ecuación de estado .

Hay cosas con poca o ninguna presión. Imagina una fina nube de polvo flotando en el espacio vacío. Las partículas de polvo casi nunca chocan; Todos viajan libremente. Lo único que podría mantener esta nube unida es la gravedad. Esta nube sin presión tiene la ecuación de estado w = 0. Como resultado, la mayoría de la materia ordinaria cae en esta categoría (las estrellas y los planetas se comportan como partículas de polvo en la inmensidad del espacio).

Por supuesto, una vez que entras en una densa nube de gas, la presión comienza a importar … un poco. Esto se debe a que todavía es materia ordinaria, compuesta de bariones (protones y neutrones, es decir, átomos ordinarios) que interactúan entre sí. Cuando una nube es lo suficientemente densa, se calienta, se funde en una estrella, comienza a brillar … así que la materia bariónica es diferente del polvo, después de todo, al menos en escalas pequeñas (dentro de una galaxia y en escalas más pequeñas).

Ahora sobre la radiación. Imagine una caja forrada con espejos perfectos. Deja entrar un rayo de luz. A medida que la luz rebota hacia adelante y hacia atrás en esa caja, ejerce una fuerza en las paredes de la caja. Eso es presión. Para la luz (o, de hecho, cualquier gas que esté lo suficientemente caliente como para que sus partículas se muevan a una velocidad cercana a la de la luz, es decir, un “gas ultrarelativista”), w = 1/3 es la ecuación de estado. Y este número es importante: todo en nuestra experiencia cotidiana tiene una ecuación de estado entre 0 y 1/3.

Pero las ecuaciones permiten otros valores. De hecho, cualquier valor entre w = -1 yw = +1 es permisible, sin crear un universo que sea inestable o acausal. Obviamente, w <0 es algo inusual: corresponde a algo con presión negativa.

¿Qué pasa con cosas que tienen presión negativa? Aquí es donde las cosas se ponen interesantes. Imagina una nube de gas. Su auto-gravedad lo une; la gravedad funciona, lo que se hace evidente a medida que la nube de gas se calienta como resultado. Pero, ¿y si esa nube de gas tuviera presión negativa? Entonces, curiosamente, la gravedad sí funciona al hacerlo expandirse . (Si esto suena demasiado contradictorio, piense cómo se eleva una burbuja en el mar debido a la gravedad).

Y aquí es donde entra en juego la “energía oscura”. Es algo con la ecuación de estado w = -1. No solo presión negativa, gran presión negativa. Entonces la gravedad hace que se expanda … y al hacerlo, el trabajo realizado por la gravedad se convierte, como un truco de magia barato, en más energía oscura.

Entonces la densidad de la energía oscura nunca cambia. En un universo en expansión, la energía oscura se expande pero no se diluye; El trabajo realizado por gravedad crea suficiente energía oscura para compensar el déficit.

Mientras tanto, otras cosas (materia, radiación) se diluyen en un universo en expansión. Entonces, en última instancia, prevalece la energía oscura. Y cuando eso sucede, la expansión de la energía oscura comienza a dominar la evolución del universo, acelerando la expansión del universo mismo.

Ese es el papel que juega la energía oscura. Pero soy consciente del hecho de que solo expliqué lo que hace , no lo que es . Creemos que la energía oscura existe porque vemos sus efectos en la evolución del universo. Pero realmente no sabemos qué es.

Para estar seguro, hay varios candidatos. Las ecuaciones de campo de Einstein, para empezar, permiten la introducción de un nuevo término, la llamada constante cosmológica; Se comporta como la energía oscura. (¿Pero la introducción de una constante matemática en una ecuación abstracta nos dice qué es esa cosa? En realidad no.) La llamada energía de vacío de la teoría cuántica también tiene la ecuación de estado correcta, pero antes de concluir apresuradamente que esto es lo que es la energía oscura. es decir, debemos darnos cuenta de que las estimaciones de su magnitud se reducen en docenas, tal vez más de cien órdenes de magnitud . Luego está el potencial de auto-interacción de un llamado campo escalar, que también tiene el comportamiento correcto. ¿Pero qué campo escalar? ¿Y cómo haríamos para detectarlo?

Todas estas son preguntas abiertas, sujetas a mucha investigación, tanto teórica como experimental. Y, por supuesto, las personas también están contemplando teorías alternativas en las que no existe energía oscura.

Sería presuntuoso para cualquiera explicar lo que el mundo nos dice que existe pero que aún no se puede encontrar y no se puede describir. Siendo presuntuoso, primero me aventuraría a comparar el rompecabezas con cosas que creo que sé que otros no saben: soy un poco estúpido pero tengo buen ojo para el dogma y la tradición que lo vincula a conclusiones antiguas.

Donde quiera que vaya hay gráficos circulares que muestran cuánto del universo es Dark Matter. Los académicos intentan explicar los rayos atmosféricos comenzando con “Separación de carga”. De ninguna manera. Se trata de cómo los estados cambiantes del agua se contraen en la proximidad de iones. Muchos de ellos piensan que los chorros polares salen de los agujeros negros. De ninguna manera. Se forman al igual que las armas en algunos CRT. ¿Cómo sobreviven las antiguas explicaciones de las colas de los cometas mucho después de que llegara la electricidad? ¿Cómo una mancha solar causa un vórtice en el plasma solar? Esa es la causa y el efecto arruinar a lo grande. Etcétera: ¡todavía somos un montón de pelotas! Mi apuesta es que el misterio de la materia oscura es solo una manifestación de estupidez en alguna parte. Incluso las probabilidades?

Después de que la gente tome una decisión sobre el empleo a lo grande con Dark Matter, le recomendaría a un laico que no se involucre. Ya hace mucho tiempo que me he comprometido a creer que un sesgo eléctrico negativo creciente es todo lo que se necesita para disminuir los efectos de la gravedad.

¿Qué es la energía oscura?

Comencemos con la literatura actual sobre Dark Energy.

Se desconoce más de lo que se sabe. Sabemos cuánta energía oscura hay porque sabemos cómo afecta la expansión del universo. Aparte de eso, es un completo misterio. Pero es un misterio importante. Resulta que aproximadamente el 68% del universo es energía oscura.

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. Debido a que esta energía es una propiedad del espacio en sí, no se diluirá a medida que el espacio se expanda. 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.

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, mucho por error. El número llegó como 1 con 120 ceros después. Esto se conoce como el cálculo “catastrófico”.

Una última posibilidad es que la teoría de la gravedad de Einstein no es correcta. Eso no solo afectaría la expansión del universo, sino que también afectaría la forma en que se comportaba la materia normal en galaxias y cúmulos de galaxias. Este hecho proporcionaría una manera de decidir si la solución al problema de la energía oscura es una nueva teoría de la gravedad o no: podríamos observar cómo las galaxias se unen en cúmulos. Pero si resulta que se necesita una nueva teoría de la gravedad, ¿qué tipo de teoría sería? ¿Cómo podría describir correctamente el movimiento de los cuerpos en el Sistema Solar, como se sabe que hace la teoría de Einstein, y todavía nos da la predicción diferente para el universo que necesitamos? Hay teorías candidatas, pero ninguna es convincente. Entonces el misterio continúa.

Según nuestro experimento mental, la Energía Oscura podría considerarse como la energía responsable de la formación del tejido del espacio y la energía potencial liberada que se utilizó para comprimir los dos tipos propuestos de partículas de energía elemental responsables de la formación de los Asuntos Oscuros.

La energía oscura se manifiesta como un tejido del espacio y la energía responsable de desplegar las partículas espaciales (el gran rebote) y expulsar los hilanderos y las cadenas de energía en todas las direcciones para formar las galaxias que se alejan corriendo. Esta definición de Energía Oscura no necesariamente respalda el cálculo de que el 68% del universo está hecho de Energía Oscura, ya que se necesitan nuevos enfoques para las mediciones.

Para un lego, lo mejor que puedo pensar es esto:

El espacio no es estático, tiene una tendencia natural a expandirse. Tal vez haya visto esos aerosoles de espuma aislante que se usan en edificios, por ejemplo, rocía espuma en el espacio entre dos superficies para aislar las transferencias de calor y frío. Cuando disparas la pistola, esa espuma se expande y comienza a ocupar cualquier espacio vacío que tenga alrededor. Si desea evitar que la espuma se expanda, debe aplicar una fuerza, por ejemplo conteniéndola dentro de un volumen fijo, empujando una placa contra la espuma expansiva, etc.

El espacio es un poco el mismo, con la diferencia de que a medida que la espuma se expande, cada cm cúbico de espuma recién creado conserva la misma tendencia de expansión que las originales. La expansión no se desvanece. La tendencia a expandirse en cm cúbicos de espuma sigue siendo la misma, sin importar cuántos cm cúbicos nuevos de espuma se hayan creado.

Lo único que detiene la expansión de la espuma es la gravedad causada por la materia dentro de la espuma, la gravedad empuja la espuma hacia adentro, hace que se contraiga en lugar de expandirse. Entonces, hay un cierto punto de equilibrio, si hay suficiente materia dentro de la espuma, su tracción puede equilibrar con precisión la tendencia de la espuma a expandirse y el volumen total de la espuma no aumentará ni disminuirá, permanecerá constante.

Si el contenido de la materia es mayor que ese punto, su tracción hará que el volumen total de espuma se contraiga y se contraiga y se vuelva cada vez más pequeño.

Y si el contenido de la materia es menor que ese punto, el tirón no podrá contrarrestar la tendencia de la espuma a expandirse y la espuma continuará expandiéndose más y más. Nuestro universo es así, la naturaleza expansiva de la espuma es más grande que el tirón de la materia tratando de ralentizarla.

Nuestra mejor suposición en este momento es que la energía oscura es la energía asociada con el espacio vacío.

Cuando digo “espacio vacío”, no me estoy refiriendo solo al espacio exterior antiguo. Me refiero a vacío . Como en, absolutamente nada allí (por ejemplo, vacío).

La energía oscura es la energía intrínseca asociada con el espacio mismo.