¿Cómo distinguen los físicos entre la energía del vacío (energía latente en el espacio vacío debido a los efectos cuánticos) y la energía oscura?

En primer lugar, toda evidencia de energía oscura es indirecta en el mejor de los casos, pero sigue siendo convincente. El punto es que no tenemos un medidor de “energía oscura”, ni nada para medir directamente la energía oscura, o incluso medir cualquier cosa y confundirla con energía oscura. Por lo tanto, no es necesario distinguir físicamente entre la energía oscura y la energía del vacío.

En segundo lugar, los físicos no están de acuerdo sobre cuál es el nivel de energía de vacío del espacio. Y la diferencia entre modelos específicos de mecánica cuántica es tan vasta que el problema se conoce como la “catástrofe del vacío”. Algunos modelos predicen niveles de energía en el rango de 10 a menos 9 julios por metro cúbico, mientras que otros dan ese número para ser tan grande como 10 a la potencia número 100 más o menos. Gran diferencia. No acordado por todos los físicos.

El verdadero problema es que la energía de vacío del espacio (que en realidad puede correlacionarse con la constante de antigravedad de Einstein que él llamó la constante cosmológica) es que necesita resolver la mecánica cuántica y la relatividad general, para obtener una medida precisa de la constante cosmológica. Necesitas una teoría cuántica de la gravedad. Y los mejores intentos de hacerlo hasta ahora son las diversas teorías de cuerdas, que tienen predicciones del valor de la constante cosmológica que varían tanto como para ser casi ridículas. Si no obtiene una explicación cuántica de la gravedad, entonces la energía de vacío del espacio es mucho más pequeña que la energía antigravedad necesaria para mantener la aceleración de la expansión del universo (desactivada en una magnitud de entre 50 y 150, por lo tanto, desactivada entre 10 al 50 y 10 al 150).

La conclusión es que existe una fuerte evidencia de algo llamado “energía oscura” que actúa contra la fuerza de la gravedad para acelerar la expansión del universo. Esta energía aún no se ha descrito o definido por completo, solo se han descrito sus efectos. La energía de vacío del espacio vacío puede ser la base de la energía oscura, pero la falta de teoría de la gravedad cuántica nos impide determinarlo con seguridad ahora mismo. Con suerte, la física puede salir de esta crisis actual de teorías.

La frase “energía oscura” es solo una etiqueta que oculta nuestra ignorancia.

Todo comienza con las ecuaciones de campo de Einstein y la constante cosmológica infame. La constante cosmológica se puede interpretar como una constante de la naturaleza, pero también se puede interpretar como una forma exótica de materia / energía, con la inusual “ecuación de estado”, w = −1 ( w es la relación entre la presión y la densidad de energía ), que básicamente dice que su presión es negativa, y su magnitud es enorme, igual a su densidad de energía. (En comparación, la relación entre la presión y la densidad de energía para el aire aquí en la superficie de la Tierra es, por supuesto, positiva, y su magnitud es muy pequeña, aproximadamente una parte en un billón).

Durante muchos años, los cosmólogos asumieron que la constante cosmológica es cero. Sin embargo, el descubrimiento de 1998 de la relación luminosidad-distancia de las supernovas de Tipo Ia, interpretada como evidencia de que la expansión del universo se está acelerando, significa que la constante cosmológica no solo está allí, en el presente domina la expansión.

Entonces, ¿qué es? ¿Es solo una constante de la naturaleza? ¿O es alguna forma de materia / energía? Quienes apuestan por la última explicación utilizan la frase “energía oscura”, como una etiqueta adjunta a la forma desconocida de materia / energía con la ecuación de estado w = −1. ¿Qué formas de materia / energía tienen la ecuación de estado w = −1?

¿Puede ser energía de vacío? Como resultado, la energía del vacío (la energía transportada por el vacío en forma de fluctuaciones aleatorias, de acuerdo con el principio de incertidumbre) tiene la ecuación de estado correcta, w = −1. Solo hay un problema. Un cálculo ingenuo dice que la densidad de energía de la energía del vacío es infinita. Un cálculo ingenuo un poco menos (¿o un poco más?) Que corta el resultado en la escala de Planck da como resultado una densidad de energía de vacío que es finita, pero aproximadamente [matemática] 10 ^ {120} [/ matemática] veces mayor que la constante cosmológica . Entonces, si la “energía oscura” es de hecho energía de vacío, algún mecanismo misterioso cancela la mayor parte de la energía de vacío, dejando solo una parte en [matemáticas] 10 ^ {120} [/ matemáticas] para hacer su negocio y acelerar la expansión.

Esto es altamente improbable. Es por eso que muchas personas están más inclinadas a creer que la energía del vacío no contribuye después de todo, y lo que llamamos “energía oscura” se debe a algo más. Pero, realmente no lo sabemos.

Si alguna vez descubrimos una partícula de “energía oscura” a través de una interacción que no sea la gravedad (p. Ej., Si interactúa muy débilmente con la materia normal, que se puede probar en el laboratorio), sabríamos que no es una constante cosmológica, ni energía de vacío. Si no se hace tal observación, podemos concluir que, después de todo, es una constante cosmológica o energía de vacío (con esa cancelación casi mágica que mencioné anteriormente). Distinguir la constante cosmológica de la energía del vacío por observación puede nunca ser posible. Sin embargo, a medida que nuestras teorías evolucionan, puede haber argumentos convincentes para favorecer una explicación sobre la otra. O tal vez descubriremos que “constante cosmológica” y “energía de vacío” realmente significan lo mismo.

Sabemos cuál es la energía de vacío del espacio. Sabemos cuál es la energía en áreas de masa. La diferencia entre la suma de toda la energía conocida en el Universo y lo que se necesitaría para causar una expansión acelerada, la definimos como energía oscura.