Permítanme repetir algo que a menudo dije aquí en Quora en respuesta a preguntas sobre la expansión cósmica: la expansión no es una fuerza . No tiene el poder de destrozar nada, porque no tiene poder en primer lugar.
Por el contrario, la única fuerza que actúa en grandes escalas cosmológicas es la gravedad. Ahora, para la mayoría de las cosas ordinarias, esto significa ralentizar la expansión (la expansión que existe porque, bueno, el universo nació en un estado de expansión, y ha pasado al menos los primeros mil millones de años de su existencia disminuyendo), porque la gravedad tiende a unir las cosas. No es así para la energía oscura, como explicaré en un momento, pero primero, hay que decir algo más sobre cómo se comportan las cosas en un universo en expansión.
Entonces, digamos, un volumen del universo se expande al doble de su tamaño anterior. Es de esperar que cualquier cosa que contenga ahora se diluya por un factor de dos, ¿verdad? Y su expectativa es, de hecho, válida cuando el “material” en cuestión es lo que los cosmólogos llaman “polvo”: material con una presión insignificante.
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Pero no es cierto para la radiación, por ejemplo. Recuerde que la energía de un fotón es inversamente proporcional a su longitud de onda. En un universo en expansión, a medida que un fotón viaja de un lugar a otro, pierde energía y su longitud de onda se extiende. Entonces, en un volumen dado, no solo habrá menos fotones, sino que también transportarán menos energía individualmente. Entonces, la densidad de energía de la radiación (fotones) se diluye más rápido que el polvo.
El comportamiento de las cosas se capta fácilmente mediante la llamada ecuación de estado. Este es un número muy fácil de recordar, la relación de presión a densidad de energía. Sucede que la presión (fuerza dividida por el área) y la densidad de energía (energía dividida por el volumen) se miden realmente utilizando unidades de medida idénticas (la energía es la fuerza, la distancia de tiempo, el volumen es el área por la distancia; el resto es matemática básica de la escuela secundaria. ) Por lo tanto, la relación de presión a densidad de energía es solo un número simple, sin unidades de medida adjuntas. Para el polvo, con presión cero, este número es 0. Para la mayoría de las formas ordinarias de materia, es solo un pequeño número positivo (es decir, la mayoría de las cosas con las que estamos familiarizados es casi como “polvo” para los cosmólogos). Para la radiación, es es 1/3. Pero para la energía oscura, es -1. Sí, una gran presión negativa .
Y como resultado, la energía oscura no se diluye en absoluto. Así es como funciona. Recordemos qué hace la gravedad para cosas normales. La gravedad funciona haciendo que las cosas se contraigan. Si de alguna manera lograras apagar la gravedad, un planeta como la Tierra o una estrella como el Sol explotarían debido a toda esa presión interna que la gravedad mantiene a raya. La energía para esa explosión proviene del trabajo realizado anteriormente por la gravedad cuando el planeta o la estrella se fusionaron. Entonces la gravedad funciona contra la presión.
Y es por eso que las cosas se ponen raras cuando la presión es negativa: la gravedad funciona al hacer que las cosas de presión negativa se expandan . Es decir, es casi como si fuera antigravedad. (Realmente no lo es. Recuerde, una burbuja se eleva en el mar debido a la gravedad, también. Fenómeno diferente, pero una idea relacionada, y la conclusión es que solo porque la burbuja sube no significa que la Tierra tenga antigravedad tampoco .)
Entonces, ahora conoce las dos características importantes de la energía oscura: 1) no se diluye en un universo en expansión, y 2) se expande bajo su propia gravedad (y el trabajo realizado por la gravedad es precisamente lo que produce más energía oscura, manteniéndola de ser diluido)
Pero todo lo demás se diluye, al igual que la energía oscura no. Lo que significa que en cierto punto, en promedio, la energía oscura comienza a dominar sobre otras formas de materia. Y es entonces cuando la expansión cósmica, que hasta este punto se desaceleraba debido a la gravedad propia, ahora comienza a acelerarse debido a la gravedad propia.
Pero … esto funciona en las escalas más grandes, en las escalas de cúmulos y supercúmulos de galaxias. No es así dentro de una galaxia. Allí, la expansión se detuvo hace mucho tiempo … la gravedad “ganó” la batalla, y en lugar de continuar expandiéndose, las cosas se unieron en estas estructuras. Ya no se diluye más. Su densidad no está disminuyendo, por lo que la energía oscura nunca se hará cargo (recuerde, la densidad de la energía oscura no aumenta, permanece constante; la energía oscura prevalece cuando otras cosas se diluyen).
Entonces, no, la energía oscura no tiene ninguna posibilidad dentro de las estructuras que ya no se expanden. No hará estallar galaxias, estrellas, planetas, personas o partículas elementales.
Sin embargo, hay un giro en esta historia … en principio, también podemos postular la energía fantasma , con una presión negativa aún mayor. Esto es realmente desagradable, ya que en un universo en expansión, su densidad en realidad está aumentando. Entonces sí, la energía fantasma puede acumularse hasta tal punto que eventualmente destruye incluso átomos. Sin embargo, no tenemos ninguna razón para creer que exista energía fantasma, y su existencia en realidad violaría algunas leyes de la física presuntamente retenidas.
