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Nueva explicación a la energía oscura en el universo primitivo

Físicos han propuesto que las violaciones de la conservación de la energía en el universo primitivo pueden explicar la presencia de la misteriosa energía oscura.
En concreto, tal y como predijeron ciertas teorías modificadas de la mecánica cuántica y la gravedad cuántica, dicho fenómeno puede explicar el problema de la constante cosmológica, que a veces se denomina "la peor predicción teórica en la historia de la física".
Los físicos, Thibaut Josset y Alejandro Pérez, de la Universidad de Aix-Marseille, Francia, y Daniel Sudarsky, de la Universidad Nacional Autónoma de México, han publicado un artículo sobre su propuesta en un reciente número Physical Review Letters.
"El principal logro del trabajo fue la inesperada relación entre dos cuestiones aparentemente muy distintas, a saber, la acelerada expansión del universo y la física microscópica", dijo Josset a Phys.org. "Esto ofrece una nueva mirada al problema cosmológico constante, que todavía está lejos de ser resuelto."
Einstein propuso originalmente el concepto de la constante cosmológica en 1917 para modificar su teoría de la relatividad general con el fin de impedir que el universo se expandiera, ya que en aquel momento el universo se consideraba estático.
Ahora que las observaciones modernas muestran que el universo se está expandiendo a un ritmo acelerado, la constante cosmológica de hoy puede considerarse como la forma más simple de energía oscura, ofreciendo una manera de dar cuenta de las observaciones actuales.
Sin embargo, hay una enorme discrepancia -hasta 120 órdenes de magnitud- entre el gran valor teórico predicho de la constante cosmológica y el pequeño valor observado. Para explicar este desacuerdo, algunas investigaciones han sugerido que la constante cosmológica puede ser una constante completamente nueva de la naturaleza que debe medirse con mayor precisión, mientras que otra posibilidad es que el mecanismo subyacente asumido por la teoría sea incorrecto. El nuevo estudio cae en la segunda línea de pensamiento, lo que sugiere que los científicos todavía no entienden completamente las causas profundas de la constante cosmológica.
La idea básica del nuevo estudio es que las violaciones de la conservación de la energía en el primer universo podrían haber sido tan pequeñas que tendrían efectos insignificantes a escala local y permanecerían inaccesibles a los experimentos modernos, pero al mismo tiempo estas violaciones podrían haber hecho contribuciones significativas al valor actual de la constante cosmológica.
Para la mayoría de la gente, la idea de que la conservación de la energía es violada va en contra de todo lo que aprendieron acerca de las leyes más fundamentales de la física. Pero en la escala cosmológica, la conservación de la energía no es una ley tan firme como en escalas más pequeñas. En este estudio, los físicos específicamente investigaron dos teorías en las que surgen naturalmente violaciones de la conservación de la energía.
El primer escenario de violaciones implica modificaciones a la teoría cuántica que previamente se han propuesto para investigar fenómenos como la creación y evaporación de agujeros negros y que también aparecen en las interpretaciones de la mecánica cuántica en las que la función de onda sufre un colapso espontáneo. En estos casos, la energía se crea en una cantidad que es proporcional a la masa del objeto colapsante.
Las violaciones de la conservación de energía también surgen en algunos enfoques de la gravedad cuántica en la que el espacio-tiempo se considera granular debido al límite fundamental de longitud (la longitud de Planck, que es del orden de 10-35 m). Este discreto espacio-tiempo podría haber llevado a un aumento o disminución de la energía que puede haber comenzado a contribuir a la constante cosmológica comenzando cuando los fotones se desacoplaron de electrones en el universo temprano, durante el período conocido como recombinación.
Como explican los investigadores, su propuesta se basa en una modificación de la relatividad general llamada gravedad unimodular, propuesta por primera vez por Einstein en 1919.
"La energía de los componentes de la materia puede ser cedida al campo gravitacional, y esta 'pérdida de energía' se comportará como una constante cosmológica, no será diluida por la expansión posterior del universo", dijo Josset. "Por lo tanto, una pequeña pérdida o creación de energía en el pasado remoto puede tener importantes consecuencias hoy en gran escala".
Cualquiera que sea la fuente de la violación de la conservación de la energía, el resultado importante es que la energía que se creó o perdió afectó la constante cosmológica a medida que pasaba el tiempo, mientras que los efectos sobre la materia disminuían con el tiempo debido a la expansión de la universo.
Otra manera de expresarlo, como explican los físicos en su artículo, es que la constante cosmológica puede ser pensada como un registro de la no conservación de la energía durante la historia del universo.
Actualmente no hay manera de saber si las violaciones de la conservación de la energía investigadas aquí realmente afectaron la constante cosmológica, pero los físicos planean investigar más a fondo la posibilidad en el futuro.
"Nuestra propuesta es muy general y se espera que cualquier violación a la conservación de energía contribuya a una constante cosmológica efectiva", dijo Josset. "Esto podría permitir establecer nuevas restricciones a los modelos fenomenológicos más allá de la cantidad estándar