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» » Modelo de constante cosmológica propone alternativas del Universo

Nuestra visión limitada del cosmos oculta la identidad de misteriosas fuerzas que son responsables de la expansión acelerada del Universo. Los físicos de la Universidad de Cambridge, Reino Unido, proponen ahora en dos artículos que la "constante cosmológica", la cual se utiliza para representar la expansión del Universo en las ecuaciones cosmológicas, depende del tiempo y lugar donde se mida. Esto podría explicar los problemas de hace tiempo con la constante y ayudar a los físicos a explicar la expansión del Universo.

La explicación más conveniente para la expansión observada es que, el espacio vacío tiene una "energía" que genera la fuerza necesaria para apartar la materia. Esta energía es con la que se cuenta para una constante cosmológica en las ecuaciones. Pero los físicos siguen luchando para reconciliar la expansión observada con sus explicaciones teóricas.

Una de las dificultades, por ejemplo, es la falta de coincidencia entre la expansión observada y las predicciones de muchas teorías sobre el campo cuántico. Éstas predicen que los pares de partículas cuánticas que, constantemente, aparecen y desaparecen desde el vacío producen una fuerza repulsiva, conocida como repulsión del vacío cuántico, que por lo menos es unas 10,56 veces mayor que la constante cosmológica. Cualquier teoría al tanto de la expansión, no sólo tendrá que prever la constante correctamente, sino también, anular la enorme expansión prevista por dichas teorías.

La segunda dificultad viene cuando la constante cosmológica se expresa en unidades de tiempo, equivalente a 9,7 mil millones de años, sorprendentemente similar a la edad del Universo, que son unos 13.7 mil millones de años. Los físicos han estado durante mucho tiempo desconcertados por este "problema de la coincidencia" de estos dos números supuestamente no relacionados que vienen a ser aproximadamente el mismo.

Los cosmólogos John Barrow y Douglas Shaw, de la Universidad de Cambridge, han creado el modelo 1, que explica tal coincidencia de tiempo y, naturalmente, elimina suficientemente la repulsión del vacío cuántico, de tal manera que la energía del vacío puede explicar la expansión acelerada del Universo.

Creando ondas

Barrow y Shaw, comenzaron por considerar el universo entero como una función de onda de la mecánica cuántica, que mantiene la energía total de la constante del Universo, pero varía otras cantidades, como su masa, edad y forma, así como la misma constante cosmológica.

Esta importante restricción fue causal, ya que todo los factores de estas ecuaciones deben ser coherentes con lo que puede ver un observador desde la Tierra. Por ejemplo, una contribución a la función de onda desde Alpha Centauri, un sistema estelar binario a unos cuatro años luz (1,34 parsecs) de distancia de nuestro Sol, tendría que ser coherente con las propiedades de la estrella, como lo fue hace cuatro años o más, inferida de las observaciones actuales.

Los investigadores también ponderaron las diferentes posibilidades representadas con la función de onda, según la forma en que fueron consistentes con las predicciones de la relatividad general y el modelo estándar 1 y 2 . Igual que las ondas ópticas y acústicas, estas realidades alternativas o diferentes "historias", se interfieren unos de otras, algunos se anulen entre sí y otras se superponen o se refuerzan entre sí. Y en aquellas ‘historias’ supervivientes que no fueron anuladas, los autores descubrieron que la constante cosmológica quedaban fijadas, incluso cuando otras propiedades del Universo fluctuaban. Más tarde, conectaron las mediciones de estas propiedades y hallaron que se emparejaban con las observaciones predichas por la constante cosmológica.

Reescribiendo la historia

Los cálculos de Barrow y Shaw muestran que en cada historia superviviente, la constante es la misma en todas partes del Universo a lo largo de todo el tiempo, tal como ya se había asumido por los físicos. Pero se encontraron que las historias dominantes de función de onda pueden cambiar.

"A medida que pasa el tiempo, siguen llegando fotones de más allá del Universo que vemos", señala Shaw. Esto altera la ponderación de las distintas historias, trayendo nuevas combinaciones a un primer plano, y dando lugar a un cambio de esa constante cosmológica que tan ligada está a la edad del Universo que habitamos.

"Desde luego, encuentro interesante la premisa, pero no estoy de acuerdo con la lógica", dice el astrofísico Niayesh Afshordi del Perimeter Institute de Waterloo, Ontario, Canadá. Él dice que distintos observadores en diferentes momentos y lugares del Universo pueden ver diferentes valores en la constante cosmológica, y esto parece paradójico cuando el resto del universo obedece las leyes clásicas. Shaw argumenta que dado que diferentes observadores tienen diferentes historias, su incapacidad para comunicarse significa que cada uno de ellos percibe un clásico y coherente Universo.

Pese a que los cambios en la constante cosmológica no son observables, Shaw y Barrow utilizan la función de onda, ahora dominante, para predecir la curvatura del espacio a través de la conexión medida de la constante cosmológica. Este número indica que el Universo es una esfera, cuando el parámetro es mayor que uno, un Universo plano cuando es exactamente uno, y curvado con forma de montura si es inferior a uno.

En el siguiente artículo en Physical Review Letters 1, los autores sitúan el valor de 1,0056, como predicción de una muy ligera curvatura esférica (ref. 2). Esto es consistente con las observaciones de la Sonda Anisotrópica de Microondas Wilkinson (WMAP), una misión que puso en marcha la NASA en 2001, para medir las propiedades de la luz más antigua del cosmos y usarlo, además, para deducir las propiedades fundamentales del Universo, que sitúa la curvatura entre 1,0133 y 0,9916.

Sin embargo, el satélite Planck, de la Agencia Espacial Europea, lanzado en 2009, podría probar o refutar la idea de Barrow y Shaw en el plazo de dos años. Planck es el sucesor de WMAP, y será capaz de ofrecer un valor más preciso para la curvatura del Universo.

"No hay holgura posible con nuestro modelo: es correcto o incorrecto", señala Shaw. Si tienen razón, parece que la historia cosmológica merecerá reescribirse. 

  • Referencia: Nature.com, 23 de febrero 2011 por Kate McAlpine
  • Diarios de Referencia: 1). Barrow, J. D. and Shaw, D. J. Phys. Rev. Lett. (in the press). Preprint at http://arxiv.org:1007.3086v3 (2011). (2). Shaw, D. J. and Barrow, J. D. Phys. Rev. D 83, 043518 (2011).
  • Imagen: Galaxy Cluster Abell 1689 Magnifies the Dark Universe. Crédito: Nasa.

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Editor del blog Pedro Donaire

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