Je No es una mala pregunta
Primero, reformulemos qué es la energía oscura. No sabemos mucho sobre la energía oscura, excepto su ecuación de estado. Su ecuación de estado es tal que su presión es negativa e igual en magnitud a su densidad de energía (positiva): [matemática] p = – \ rho [/ matemática]. Tome esto como la ecuación definitoria de la energía oscura, si lo desea.
¿A quién se le ocurre algo como esto, podrías preguntar? Bueno … A Einstein se le ocurrió la llamada constante cosmológica [matemáticas] \ Lambda [/ matemáticas] antes de darse cuenta de que el universo se estaba expandiendo, ya que esperaba encontrar una solución de sus ecuaciones de campo que predeciría un universo estático. Con [math] \ Lambda [/ math], tuvo éxito parcialmente; El resultado fue un universo que era estático pero no estable. Mientras tanto, Hubble et al. descubrió que el universo se está expandiendo, lo que lleva al famoso comentario de Einstein sobre su mayor error. Pero yo divago.
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Lo que pasa con [math] \ Lambda [/ math] es que si lo pongo en las ecuaciones de campo y pretendo que no es una constante de la naturaleza sino un término que representa una forma de masa-energía (soy libre de interpretar las cosas de cualquier forma que deseo, siempre y cuando las ecuaciones no se alteren), bueno, si [math] \ Lambda [/ math] es “cosas”, es algo con la ecuación de estado [matemáticas] p = – \ rho [/ matemáticas]. Es decir, tiene la ecuación de estado de energía oscura.
La presión negativa le da a la energía oscura dos propiedades curiosas. Primero … normalmente, cuando comprimes un gas, trabajas, y cuando el gas se expande, funciona. Con presión negativa es al revés. Trabajas haciendo que esto se expanda, y funciona cuando se contrae. La gravedad, en otras palabras, hace que la energía oscura se expanda, no se contraiga como otras cosas. Entonces la energía oscura se comporta como si la gravedad fuera repulsiva. Lo que significa que su auto-gravedad en realidad empuja al universo aparte … y si la energía oscura domina, hace que la expansión se acelere.
Ahora, ¿por qué dominaría la energía oscura? Aquí viene su otra propiedad. A medida que el universo se expande, la mayoría de las cosas se diluyen. Piensa en describir la expansión usando una escala de longitud. A medida que aumentan las longitudes, los volúmenes correspondientes suben por el cubo de la escala de longitud. Entonces la materia ordinaria se diluye como el cubo inverso de la escala de longitud. La radiación es aún peor … no solo habrá menos fotones en un volumen dado, sino que las longitudes de onda de los fotones también aumentarán, por lo que la densidad de energía de la radiación cambia a medida que la cuarta potencia inversa de la escala de longitud.
Pero para la energía oscura … la densidad de energía se mantiene constante. Es decir, a medida que el universo se expande, se llena con más energía oscura. En cualquier momento, la cantidad de energía oscura en una unidad de volumen es constante. Entonces, como todas las demás cosas se diluyen en un universo en expansión, excepto la energía oscura, en última instancia, la energía oscura sigue siendo el único niño en el bloque … y domina la expansión a partir de entonces.
Pero, ¿qué es la energía oscura? Bueno, aquí es donde entran las partículas virtuales / polarización al vacío. La física cuántica nos dice que el vacío no está vacío: está lleno de partículas virtuales y su densidad de energía no es cero. Más que eso … la presión de esta energía de vacío es negativa en su densidad de energía. En otras palabras, ¡la energía del vacío es un candidato perfecto para la energía oscura!
Excepto que cuando calcula la densidad de energía del vacío, dependiendo de cómo lo haga, termina con un número que es infinito, o unos 120 órdenes de magnitud más grande que la densidad de energía oscura observada. Esto se conoce como el problema cosmológico constante , y sigue siendo uno de los grandes problemas no resueltos en física.
Pero ya sea que la energía oscura sea realmente energía de vacío u otra cosa, su curiosa propiedad de que su densidad de energía permanece constante juega un papel en la expansión. No es la razón de la expansión; sin embargo, es la razón por la cual la expansión se acelera , como (creemos) que sabemos, a partir de los datos de supernova.
