¿Cómo pueden los astrofísicos estar seguros de la existencia de materia oscura y energía oscura? ¿No podría ser que las leyes actuales de la física son defectuosas?

Prefieres no mezclar materia oscura y energía oscura con demasiada facilidad, ya que son cosas muy diferentes.

Comencemos con la materia oscura. Por supuesto, los científicos son conscientes de que las teorías actuales de la gravitación pueden ser solo una aproximación incompleta (no “defectuosa”) y les encantaría que así fuera, preferirían encontrar alguna extensión a las teorías actuales que podrían explicar observó la gravitación sin necesidad de invocar algún nuevo tipo extraño de materia. Ha habido varios intentos de hacer precisamente eso, el más notable es MOND (Dinámica Newtoniana Modificada), pero hasta ahora todos han fallado. La hipótesis de algunos tipos de materia aún desconocidos sigue siendo el candidato más fuerte para una solución al problema.

Con respecto a la energía oscura, no es una invención nueva, surgió de forma bastante natural cuando Einstein desarrolló la Relatividad General. Si la gravedad tiende a unir las cosas, y la gravedad es una fuerza (incluso cuando se entiende como deformación del espacio, es algo capaz de funcionar), era natural esperar que tal fuerza actuara contra alguna resistencia opuesta. Esta resistencia opuesta sería una tendencia innata del espacio a resistir la compresión, en realidad una tendencia innata a expandirse a menos que la gravedad actúe contra esa tendencia, disminuyendo o incluso invirtiendo esa tendencia natural a expandirse.

Es solo que en ese momento Einstein creía que el universo era estático, ni se expandía ni se contraía, por lo que eliminó el término de la tendencia innata del espacio a expandirse. Pero observaciones recientes mostraron que el espacio parece tener una tendencia innata a expandirse, contra lo cual la gravedad lucha contra un tira y afloja.

En lugar de considerar las leyes actuales de la física defectuosas, es mejor considerar la posibilidad de que estén incompletas. Las teorías científicas son frecuentemente reemplazadas por teorías que extienden el rango sobre el cual son válidas. Por ejemplo: dejando de lado la energía oscura y la materia, aunque pueden estar relacionadas, ya sabemos que existen incompatibilidades entre la Teoría General de la Relatividad y la mecánica cuántica y la búsqueda ha estado en marcha durante décadas para construir una teoría que combine las dos para cubrir un rango mucho mayor de dimensiones, masas, velocidades, etc. que cualquiera de las cubiertas correctas en este momento. Es la forma en que realmente funciona la ciencia: una teoría reemplaza a otra porque hace mejores predicciones sobre la forma en que funciona el universo.

En el caso de la materia oscura, no es que las leyes actuales de la física estén equivocadas, sino que tendrían que ampliarse. Hay tres candidatos principales para una partícula exótica detrás de la materia oscura: axiones, neutrinos estériles y WIMP. Los axiones son básicamente compatibles con las leyes conocidas de la física pero no (¿todavía?) Descubiertas. Los neutrinos estériles o WIMP requieren una nueva física, pero esto no invalidaría el modelo Stabdard existente. La supersimetría en el caso de los WIMP se ha buscado y se está buscando en el Gran Colisionador de Hadrones y en otros lugares, pero sigue siendo difícil de alcanzar y puede no existir.

Los agujeros negros primordiales son otra posibilidad y no requieren una nueva física más allá del Modelo estándar y la relatividad general.

Con respecto a la energía oscura, parece ser bastante consistente con la constante cosmológica en la relatividad general. Por qué es así requiere una comprensión más profunda de la gravedad cuántica y / o la teoría de cuerdas que aún no tenemos.

Para ser claros, los astrofísicos no están 100% seguros de la materia oscura o la energía oscura, ni de ninguna teoría física.

Lo que es más exacto es decir que la materia oscura y la energía oscura son nuestra mejor explicación actual de lo que vemos en el Universo.

Hay tantas líneas de evidencia separadas, es muy difícil resumirlas todas aquí, pero básicamente la materia oscura se infiere de los movimientos de los objetos luminosos que podemos ver, combinados con nuestra comprensión de la gravedad. ¿Podría nuestra teoría de la gravedad estar equivocada? Sí, pero créanme, muchas personas han intentado y continúan tratando de encontrar una alternativa, y hasta ahora ninguna ha estado realmente cerca de tener éxito.

La energía oscura se infiere de la tasa de expansión y la planitud del Universo, junto con otras observaciones. Actualmente es consistente con una constante cosmológica, pero eso puede deberse a que nuestros experimentos actuales no pueden detectar desviaciones de la constante cosmológica. Es por eso que se están construyendo y planificando muchos experimentos hoy para tratar de detectar tales desviaciones.

La materia oscura y la energía oscura son los nombres que le damos a las cosas que creemos que existen, pero que aún no hemos podido observar directamente.

En ciencia, este tipo de cosas suceden todo el tiempo: antes del descubrimiento del neutrón, muchas personas suponían que toda la masa del núcleo estaba formada por protones. Pero cuando observaron diferentes elementos, notaron que el peso atómico no se ajustaba a esta comprensión: los núcleos tenían más de lo que podrían explicarse con solo protones. Entonces, teorizaron que una partícula grande con carga neutra también residía en el núcleo atómico, incluso pensando que no podían observarla directamente. Esta teoría les ayudó a explicar lo que VÍAN, y luego se demostró que eran correctos.

La materia oscura y la energía son como el neutrón: dado lo que sabemos sobre el universo, la gravedad, la materia, etc., esperaríamos mirar hacia el cielo y ver estrellas y galaxias moviéndose de una manera particular, pero a menudo no lo hacen ‘ t. Entonces, una posibilidad es que nuestra comprensión de la masa y la gravedad y demás no sea defectuosa, pero esa no es la actitud que adoptan las personas. Por un lado, nuestra comprensión de la masa y la gravedad está confirmada por todo lo que nos rodea, todo el tiempo. Pero por otro lado, las discrepancias que vemos en el cielo se pueden explicar si teorizamos que hay una masa extra por ahí que no estamos viendo, lo que hace que todo encaje bien con lo que ya sabemos.

Si el movimiento de los cielos fuera simplemente aleatorio y la hipótesis de que hubiera algo de materia oscura por ahí no haría nada para ayudarnos a explicarlo, nadie compraría la teoría de la materia oscura. Solo tenemos estas teorías sobre la materia / energía oscura porque nos permiten explicar muy bien lo que realmente estamos viendo, incluso si no vemos la materia o la energía en sí.

La materia oscura se detecta debido al movimiento de las galaxias que infiere que hay algo de masa, que según los modelos, no puede ser materia normal como el polvo interestelar. Algunas correcciones simples a la teoría de la gravedad no son consistentes, por lo que es una corrección compleja y extraña de la gravedad, o hay una materia invisible. La materia invisible es probablemente una mejor teoría, pero también podría ser la gravedad.

Energía oscura, bueno, ¿quién sabe realmente? Es difícil decir que la teoría es defectuosa cuando se sabe tan poco sobre el fenómeno (la expansión del universo se está acelerando)

Los movimientos orbitales observados de los planetas e incluso las estrellas distantes implican que el llamado espacio vacío entre las estrellas y los planetas NO está realmente vacío, sino que posee una densidad de masa> 0. Según principios lógicos matemáticos, esta densidad de masa solo puede existir a partir de una densidad extremadamente grande de neutrinos. Energía oscura, solo es energía “invisible”. El campo EM posee energía “visible” y la energía “invisible” del campo gravitacional spin2. Esta es la principal fuente de energía invisible, llamada “oscura”.

Las leyes actuales de la física no son defectuosas, solo el QCD debe describirse con quarks como partículas inestables de spin 3/2 sin el llamado spin 1/2 “iso-spin”.