Científicos probaron la teoría de relatividad de Einstein a escala cósmica y hallaron algo extraño
Científicos probaron la teoría de relatividad de Einstein a escala cósmica y hallaron algo extraño
Sputnik Mundo
La teoría de la relatividad general de Albert Einstein sigue ocupando las mentes de los científicos, aunque cabe destacar que no parece aplicarse perfectamente... 14.11.2022, Sputnik Mundo
Einstein creó una teoría universal para describir la gravedad de las estrellas y los planetas. Ya la relatividad general había sido comprobada en varias pruebas científicas, tanto en los estudios de Eddington sobre la desviación de la luz de las estrellas por el Sol realizados en 1919, así como en la reciente detección de las ondas gravitacionales.Aun así, una nueva investigación muestra que la teoría no funciona perfectamente si aplicamos la teoría a distancias extremadamente pequeñas, donde entran en vigor las leyes de la mecánica cuántica. Tampoco si intentamos describir el universo entero. De ahí que la idea de la relatividad general pueda necesitar un ajuste a escala mayor, es decir, cósmica.Defectos en el modeloSegún la teoría cuántica, el espacio vacío está lleno de energía. Su presencia no se nota, los dispositivos no pueden detectar la cantidad de energía, sino sus cambios. También, Einstein planteó que esta energía tiene una fuerza repulsiva, que es lo que separa el espacio vacío. Asimismo, en 1998, revelaron que la expansión del universo se está acelerando. Después, en 2011, este hallazgo fue galardonado con el Premio Nobel de Física.En realidad, la cantidad de energía del vacío, o energía oscura, para comprobar esta aceleración es menor de lo que predice la teoría de Einstein. Así, surge "el viejo problema de la constante cosmológica" que pone en duda que la energía del vacío tenga su gravedad y al ejercer una fuerza gravitatoria cambie la expansión del universo.Si eso es así, entonces, no queda claro por qué su gravedad es mucho más débil de lo que se había previsto en la teoría cuántica. Además, si el vacío no gravita en absoluto, ¿por qué existe la aceleración cósmica?Aunque no sabemos precisamente qué es la energía oscura, asumimos que a través de ella podemos explicar la expansión del universo, afirman los investigadores en su artículo en la revista The Conversation. Asimismo, en cuanto a la evolución de las galaxias, se supone que existe un tipo de materia invisible, o sea, materia oscura. De ahí que estas observaciones formen parte de la teoría cosmológica estándar de los científicos, es decir, el modelo de materia oscura fría lambda —un 70% de energía oscura, un 25% de materia oscura y un 5% de materia ordinaria en el cosmos—. Esta teoría fue exitosa a lo largo de los últimos 20 años.Sin embargo, en cuanto a los estudios a escala del universo, los científicos suponen que la teoría debe ser modificada. Un nuevo giro ha sido el descubrimiento de la constante de Hubble, que mide cómo cambia la expansión del universo dependiendo de la distancia. De ahí que surge un problema denominado la tensión de Hubble.Este efecto se produce a causa de la diferencia entre dos valores de la constante de Hubble. Lo primero es el número predicho por el modelo de materia oscura fría lambda que se ha desarrollado para ajustarse a la luz sobrante del Big Bang (la radiación cósmica de fondo de microondas). Por otra parte, también se ha medido la tasa de expansión mediante observación de las explosiones de supernovas en galaxias lejanas.La solución de la tensión de HubbleEl equipo de investigadores trató de diseñar pruebas de que el universo obedezca las reglas de la teoría cuántica y describieron su experimento al detalle en el artículo. En particular, comprobaron cómo funcionan leyes básicas de la relatividad general y cómo puede solucionarse el problema de la tensión de Hubble.La gravedad, según la teoría de Einstein, es una deformación del espacio y el tiempo que dobla las trayectorias de la luz y la materia. También, se supone que estas dos trayectorias de los rayos de luz y la materia ambas deben ser distorsionadas por la gravedad.Los científicos decidieron investigar tres aspectos de la teoría: la expansión del universo, los efectos de la gravedad sobre la luz y los efectos de la gravedad sobre la materia. Al utilizar inferencia bayesiana, un método estadístico, propusieron la reconstrucción de la gravedad del universo a lo largo de la historia del espacio a través de un modelo informático basado en estos parámetros. Para este fin consiguieron utilizar los datos del fondo cósmico de microondas del satélite Planck, los catálogos de supernovas y las observaciones de las formas y la distribución de las galaxias lejanas realizadas por los telescopios SDSS y DES y comparar estas observaciones realizadas con el modelo de Einstein.Insistieron en que existe la posibilidad de que la gravedad funcione de forma diferente a grandes escalas, pese a que notaron que hay poca diferencia entre las dos estimaciones. También, revelaron que la tensión de Hubble no puede ser solucionada solo mediante cambios en la teoría de gravedad.El estudio agrega que para la solución, tal vez, sea imprescindible utilizar un nuevo elemento en el modelo cosmológico, que existía antes de la formación de hidrógeno por protones y electrones justo después del Big Bang. Este elemento puede ser una forma especial de materia oscura, un tipo temprano de energía oscura o campos magnéticos primordiales.Tampoco se descarta la posibilidad de un error sistemático aún desconocido en los datos.
La teoría de la relatividad general de Albert Einstein sigue ocupando las mentes de los científicos, aunque cabe destacar que no parece aplicarse perfectamente en todos los niveles, como lo demuestra un estudio reciente que la puso a prueba a escala cósmica.
Einstein creó una teoría universal para describir la gravedad de las estrellas y los planetas. Ya la relatividad general había sido comprobada en varias pruebas científicas, tanto en los estudios de Eddington sobre la desviación de la luz de las estrellas por el Sol realizados en 1919, así como en la reciente detección de las ondas gravitacionales.
Aun así, una nueva investigación muestra que la teoría no funciona perfectamente si aplicamos la teoría a distancias extremadamente pequeñas, donde entran en vigor las leyes de la mecánica cuántica. Tampoco si intentamos describir el universo entero. De ahí que la idea de la relatividad general pueda necesitar un ajuste a escala mayor, es decir, cósmica.
Defectos en el modelo
Según la teoría cuántica, el espacio vacío está lleno de energía. Su presencia no se nota, los dispositivos no pueden detectar la cantidad de energía, sino sus cambios. También, Einstein planteó que esta energía tiene una fuerza repulsiva, que es lo que separa el espacio vacío. Asimismo, en 1998, revelaron que la expansión del universo se está acelerando. Después, en 2011, este hallazgo fue galardonado con el Premio Nobel de Física.
En realidad, la cantidad de energía del vacío, o energía oscura, para comprobar esta aceleración es menor de lo que predice la teoría de Einstein. Así, surge "el viejo problema de la constante cosmológica" que pone en duda que la energía del vacío tenga su gravedad y al ejercer una fuerza gravitatoria cambie la expansión del universo.
Si eso es así, entonces, no queda claro por qué su gravedad es mucho más débil de lo que se había previsto en la teoría cuántica. Además, si el vacío no gravita en absoluto, ¿por qué existe la aceleración cósmica?
Aunque no sabemos precisamente qué es la energía oscura, asumimos que a través de ella podemos explicar la expansión del universo, afirman los investigadores en su artículo en la revista The Conversation. Asimismo, en cuanto a la evolución de las galaxias, se supone que existe un tipo de materia invisible, o sea, materia oscura. De ahí que estas observaciones formen parte de la teoría cosmológica estándar de los científicos, es decir, el modelo de materia oscura fría lambda —un 70% de energía oscura, un 25% de materia oscura y un 5% de materia ordinaria en el cosmos—. Esta teoría fue exitosa a lo largo de los últimos 20 años.
Sin embargo, en cuanto a los estudios a escala del universo, los científicos suponen que la teoría debe ser modificada. Un nuevo giro ha sido el descubrimiento de la constante de Hubble, que mide cómo cambia la expansión del universo dependiendo de la distancia. De ahí que surge un problema denominado la tensión de Hubble.
Este efecto se produce a causa de la diferencia entre dos valores de la constante de Hubble. Lo primero es el número predicho por el modelo de materia oscura fría lambda que se ha desarrollado para ajustarse a la luz sobrante del Big Bang (la radiación cósmica de fondo de microondas). Por otra parte, también se ha medido la tasa de expansión mediante observación de las explosiones de supernovas en galaxias lejanas.
La solución de la tensión de Hubble
El equipo de investigadores trató de diseñar pruebas de que el universo obedezca las reglas de la teoría cuántica y describieron su experimento al detalle en el artículo. En particular, comprobaron cómo funcionan leyes básicas de la relatividad general y cómo puede solucionarse el problema de la tensión de Hubble.
La gravedad, según la teoría de Einstein, es una deformación del espacio y el tiempo que dobla las trayectorias de la luz y la materia. También, se supone que estas dos trayectorias de los rayos de luz y la materia ambas deben ser distorsionadas por la gravedad.
Los científicos decidieron investigar tres aspectos de la teoría: la expansión del universo, los efectos de la gravedad sobre la luz y los efectos de la gravedad sobre la materia. Al utilizar inferencia bayesiana, un método estadístico, propusieron la reconstrucción de la gravedad del universo a lo largo de la historia del espacio a través de un modelo informático basado en estos parámetros. Para este fin consiguieron utilizar los datos del fondo cósmico de microondas del satélite Planck, los catálogos de supernovas y las observaciones de las formas y la distribución de las galaxias lejanas realizadas por los telescopios SDSS y DES y comparar estas observaciones realizadas con el modelo de Einstein.
Insistieron en que existe la posibilidad de que la gravedad funcione de forma diferente a grandes escalas, pese a que notaron que hay poca diferencia entre las dos estimaciones. También, revelaron que la tensión de Hubble no puede ser solucionada solo mediante cambios en la teoría de gravedad.
El estudio agrega que para la solución, tal vez, sea imprescindible utilizar un nuevo elemento en el modelo cosmológico, que existía antes de la formación de hidrógeno por protones y electrones justo después del Big Bang. Este elemento puede ser una forma especial de materia oscura, un tipo temprano de energía oscura o campos magnéticos primordiales.
Tampoco se descarta la posibilidad de un error sistemático aún desconocido en los datos.
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