Todo en el universo tiene gravedad, y también la siente. Sin embargo, también es esta fuerza fundamental más común la que presenta los mayores desafíos para los físicos.
La teoría general de la relatividad de Albert Einstein Tuvo un éxito notable al describir la atracción gravitatoria de las estrellas y los planetas, pero no parece ser del todo cierto en todas las escalas.
relatividad general Pasó muchos años de pruebas de observación, desde Medida de Eddington Desde la difracción de la luz estelar del sol en 1919 hasta La última detección de ondas gravitacionales.
Sin embargo, empiezan a aparecer lagunas en nuestra comprensión cuando tratamos de aplicarla en distancias muy pequeñas, y donde Las leyes de la mecánica cuántica funcionano cuando tratamos de describir el universo entero.
Nuestro nuevo estudio, Publicado en astronomía naturalAhora ha probado la teoría de Einstein en las escalas más grandes.
Creemos que nuestro enfoque algún día puede ayudar a resolver algunos de los mayores misterios de la cosmología, y los resultados sugieren que es posible que la relatividad general deba modificarse a esta escala.
modelo defectuoso?
La teoría cuántica predice que el espacio vacío, el vacío, está lleno de energía. No notamos su presencia porque nuestros dispositivos solo pueden medir cambios en la energía en lugar de su cantidad total.
Sin embargo, según Einstein, la energía del vacío tiene una atracción repulsiva: separa el espacio vacío. Curiosamente, en 1998 se descubrió que, de hecho, la expansión del universo se está acelerando (descubrimiento que fue concedido con Premio Nobel de Física 2011).
Sin embargo, la cantidad de energía de vacío, o energía oscura Como se le ha llamado, es necesario explicar que la aceleración es muchos órdenes de magnitud menor de lo que predice la teoría cuántica.
Por lo tanto, la gran pregunta, denominada “Viejo problema de la constante cosmológica”, es si la energía del vacío es realmente atraída, dando lugar a la fuerza de la gravedad y alterando la expansión del universo.
En caso afirmativo, ¿por qué su atracción es mucho más débil de lo esperado? Si el vacío no es atraído en absoluto, ¿qué causa la aceleración cósmica?
No sabemos qué es la energía oscura, pero necesitamos postular su existencia para explicar la expansión del universo.
Asimismo, también debemos suponer que existe algún tipo de existencia de materia invisible denominada materia oscuraExplicar cómo evolucionaron las galaxias y los cúmulos para ser la forma en que los observamos hoy.
Estas suposiciones se han incorporado a la teoría cosmológica estándar de los científicos, llamada Modelo Lambda de Materia Oscura Fría (LCDM), que sugiere que hay un 70 por ciento de energía oscura, un 25 por ciento de materia oscura y un 5 por ciento de materia ordinaria en el universo. Este modelo ha tenido un éxito notable al ajustar todos los datos que los cosmólogos han recopilado durante los últimos 20 años.
Pero el hecho de que la mayor parte del universo esté formado por fuerzas y materia oscura, que adquieren valores extraños y sin sentido, ha llevado a muchos físicos a preguntarse si la teoría de la gravedad de Einstein necesita modificarse para describir el universo entero.
Un nuevo desarrollo surgió hace unos años cuando se hizo evidente que las diferentes formas de medir la tasa de expansión cósmica, llamadas constante de Hubbledar diferentes respuestas – un problema conocido como Tensión del Hubble.
Desacuerdo o tensión entre dos valores de la constante de Hubble.
El primero es el número predicho por el modelo cosmológico LCDM, que fue desarrollado para igualar La luz dejada por el Big Bang (Los fondo cósmico de microondas radiación).
El otro es la tasa de expansión, que se mide observando supernovas en galaxias distantes.
Se han propuesto varias ideas teóricas para los métodos de modulación LCDM para explicar la tensión de Hubble. Entre ellas se encuentran las teorías alternativas de la gravedad.
buscando respuestas
Podemos diseñar pruebas para verificar si el universo obedece las reglas de la teoría de Einstein.
La relatividad general describe la gravedad como la curvatura o desviación del espacio y el tiempo, que tuerce los caminos a lo largo de los cuales viajan la luz y la materia. Es importante destacar que predice que los caminos de los rayos de luz y de materia deberían doblarse por la gravedad de la misma manera.
Junto con un equipo de cosmólogos, probamos las leyes fundamentales de la relatividad general. También exploramos si modificar la teoría de Einstein podría ayudar a resolver algunos problemas abiertos en cosmología, como la tensión de Hubble.
Para averiguar si la relatividad general es cierta a gran escala, nos propusimos, por primera vez, investigar tres aspectos de ella simultáneamente. Estos fueron la expansión del universo, los efectos de la gravedad sobre la luz y los efectos de la gravedad sobre la materia.
Usando un método estadístico conocido como inferencia bayesiana, reconstruimos la gravedad del universo a través de la historia cósmica en un modelo de computadora basado en estos tres parámetros.
Podemos estimar parámetros utilizando datos de fondo de microondas cósmicos del satélite Planck, catálogos de supernovas, así como observaciones de formas y distribución de galaxias distantes mediante SDSS Y el Delaware telescopios
Luego comparamos nuestra reconstrucción con la predicción con el modelo LCDM (esencialmente el modelo de Einstein).
Encontramos pistas interesantes sobre un posible desajuste con las predicciones de Einstein, aunque con una significación estadística bastante baja.
Esto significa que todavía existe la posibilidad de que la gravedad funcione de manera diferente a gran escala, y que la relatividad general deba modificarse.
Nuestro estudio también encontró que es muy difícil resolver el problema de la tensión de Hubble simplemente cambiando la teoría de la gravedad.
Quizás una solución completa requeriría un nuevo componente del modelo cosmológico, que existía antes del tiempo en que los protones y electrones se combinaron por primera vez para formar hidrógeno después de la gran explosióncomo una forma especial de materia oscura, un tipo primitivo de energía oscura o campos magnéticos primordiales.
O tal vez hay un error sistemático desconocido en los datos.
Sin embargo, nuestro estudio demostró que es posible probar la validez de la relatividad general a distancias cósmicas utilizando datos de observación. Si bien aún no hemos resuelto el problema del Hubble, tendremos muchos datos de las nuevas sondas en unos años.
Esto significa que podremos utilizar estos métodos estadísticos para modificar aún más la relatividad general y explorar los límites de las modificaciones, para allanar el camino para resolver algunos de los desafíos abiertos en cosmología.
kazuya koyamaprofesor de cosmología, Universidad de Portsmouth Y el levon bogosianprofesor de física, Universidad Simon Fraser
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