Si coloca un gas ordinario (a una presión mayor que cero) dentro de un cilindro que está cerrado en un extremo, con un pistón móvil en el otro extremo y si ese cilindro y pistón se ubican en el vacío del espacio exterior, entonces el gas empujaría la superficie del pistón e intentaría empujar el pistón fuera del cilindro para tratar de aumentar su volumen. Por lo tanto, se podría hacer que el gas trabaje en el pistón a medida que el pistón sale del cilindro. Por supuesto, esta es la forma en que funcionan los motores de pistón alimentados con gasolina.
Sin embargo, si pudieras tener un recipiente de gas “mágico” que tiene presión negativa y si pones ese “gas de presión negativa” en el cilindro y el pistón, entonces el gas de presión negativa realmente trataría de tirar del pistón hacia el cilindro para intentar para disminuir su volumen. Por lo tanto, tendría que trabajar en el gas para extraer el pistón del cilindro. Esto, por supuesto, parece muy poco intuitivo: ¿cómo podría empujar el “gas” hacia adentro? Las moléculas de gas ordinarias chocan con las paredes de una cámara y cuando rebotan en la pared, esa inversión del impulso de la molécula de gas ejercerá una presión positiva hacia la pared del recipiente. Esta mágica molécula de “gas de presión negativa” intentaría tirar de la pared del contenedor hacia adentro cada vez que “rebotara” fuera de la pared. Eso no tiene ningún sentido, ¿verdad …
Bueno, el principal candidato para la energía oscura: la pequeña constante cosmológica positiva (que es equivalente a una densidad de energía de vacío positiva) actuará de esta manera. Esta densidad de energía de vacío positiva (muy pequeña) actúa como un gas de presión negativa. Ahora la energía de vacío no se puede empaquetar y mover como un gas, pero si imagina que sí puede y si imagina un cilindro con un pistón que tiene una densidad de energía de vacío positiva dentro del cilindro / pistón, y si está fuera del cilindro / pistón tiene exactamente cero densidad de energía de vacío constante, entonces tendría la misma situación que con un “gas de presión negativa” en el cilindro. Cuando intente mover el pistón hacia afuera para expandir el volumen del cilindro / pistón, creará un volumen mayor y, por definición, la misma densidad de energía positiva constante ahora llenaría un volumen mayor, por lo que la energía total, que es el ¡El producto del volumen multiplicado por la densidad de energía positiva constante será mayor! Por lo tanto, le costará energía tratar de sacar el pistón del cilindro. De hecho, si suelta el pistón, se aceleraría dentro del cilindro (con una fuerza distinta de cero) ya que al moverse hacia adentro, la energía total dentro del cilindro disminuirá (un volumen menor multiplicado por una densidad de energía positiva constante). Es por eso que una densidad de energía de vacío positiva constante actúa como si tuviera presión negativa.
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En nuestro universo, tanto el interior como el exterior del cilindro / pistón tendrán exactamente la misma densidad de energía positiva constante, por lo que no habrá fuerza neta en un cilindro que se encuentra en nuestro universo. La presión negativa en un lado del pistón coincide exactamente con la presión negativa en el otro lado del pistón.
Ahora, si esta energía oscura tiene una densidad de presión negativa, ¿por qué no está tratando de volver a unir el universo? ¿Por qué está causando una tasa de expansión acelerada para el universo? No tengo una respuesta intuitiva para eso, simplemente resulta que las ecuaciones de la relatividad general dicen que una presión negativa constante que es mayor en magnitud que un tercio de la densidad de masa positiva del universo causará una expansión acelerada del universo. . Realmente creo que esto solo es comprensible a partir de las ecuaciones de la relatividad general. Ver la respuesta de Himanish Ganjoo a ¿Cuáles son las ecuaciones de Friedmann? para la ecuación de Friedmann que involucra “[matemáticas] (\ rho + 3p) [/ matemáticas]” para ver cómo la aceleración del universo es positiva para esta condición [matemáticas] (\ rho + 3p) <0 [/ matemáticas]. Vea también la respuesta de Leo C. Stein a ¿Qué es la energía oscura? ¿Por qué eso importa? para una explicación de la ecuación de estado de energía oscura que es [matemática] p = – \ rho [/ matemática].
Sin embargo, es posible extraer energía de la expansión acelerada del universo que es causada por la energía oscura, si tuviera una longitud infinita de magia, costo cero, cuerdas rígidas disponibles. Sin embargo, dado que este tipo de cuerdas mágicas no pueden existir realmente, realmente no se puede extraer de manera factible suficiente energía para construir cuerdas reales: vea la respuesta de Frank Heile a Si uno despliega cuerdas suficientemente rígidas ancladas a masas unidas dentro de dos galaxias separadas por distancia cosmológica, y pacientemente espera lo suficiente para que se acumulen las tensiones, ¿se puede extraer energía de la expansión del espacio-tiempo?
