Algunos científicos llaman a la
constante cosmológica la "peor predicción de la física." Y cuando las teorías de hoy en día dan un valor estimado de alrededor de 120 órdenes de magnitud mayor que el valor medido, es difícil discutir con ese título.
En un nuevo estudio, un equipo de físicos ha dado un punto de vista diferente de la constante cosmológica Λ, la cual impulsa la expansión acelerada del universo. Mientras que la constante cosmológica se suele interpretar como una
energía del vacío, aquí los físicos presentan pruebas que respaldan la posibilidad de que la fuerza misteriosa en su lugar surgiría de una microscopica
teoría cuántica de la gravedad, la cual se encuentra actualmente fuera del alcance de los físicos.
Los científicos, Stefano Finazzi, en la actualidad en la Universidad de Trento, en Povo-Trento, Italia, Stefano Liberati del SISSA, INFN en Trieste, Italia, y Lorenzo Sindoni del Instituto Albert Einstein en Golm, Alemania, han publicado su estudio en una reciente emisión de la revista Physical Review Letters(ver
aquí) .
Los autores están lejos de ser los primeros que no están satisfechos con la constante cosmológica . Anteriormente, otros científicos han sugerido que la enorme discrepancia entre los valores observados y estimados se debe a la utilización de una semi-clásica
teoría de campo eficaz (EFT)para estimar una cantidad que sólo puede calcularse utilizando una completa teoría cuántica de la gravedad . Aunque no se puede demostrar cuál es el valor que una teoría cuántica de la gravedad daría sin tener aún esa teoría, los físicos han demostrado que los cálculos de la EFT fallan en la estimación de valores similares en modelos análogos de gravedad.
la teoría de campo eficaz (EFT) predice incorrectamente el valor de la constante cosmológica ( Λ ) según un nuevo estudio al calcular un término análogo en un modelo de gravedad similar en la forma de un condensado Bose-Einstein (BEC).El BEC es correctamente descrito únicamente por modelos cuánticos y una teoría cuántica de la gravedad puede ser requerida para correctamente predecir el valor de ( Λ ).Crédito.Stefano Finazzi,American Physical Society.Aquí, los físicos consideran un modelo de gravedad análoga en la forma de un
condensado Bose-Einstein (BEC), un grupo de átomos que se comportan como un solo sistema cuántico cuando se enfrían a temperaturas cercanas al cero absoluto. Mientras que un BEC puede parecer que no tienen nada en común con la expansión del universo, los físicos demostraron en un ensayo anterior de que un BEC puede ser descrito por la misma
ecuación de Poisson que describe a una gravedad no relativista (newtoniana) (ver
aquí). Este marco incluye un término que es análogo a la constante cosmológica, este término se describe como la parte de la energía del estado fundamental de un BEC que se corresponde con el agotamiento cuántico del condensado.
Dado que los BEC están descritos con exactitud por otras ecuaciones(cuánticas), los físicos decidieron probar qué tan bien los cálculos del EFT podrían calcular el análogo término a la constante cosmológica del BEC. Ellos encontraron que los cálculos del EFT no dan el resultado correcto. El hallazgo confirma los estudios anteriores que mostraron que los cálculos del EFT producen un resultado incorrecto cuando es utilizado para calcular la energía del estado fundamental de otros modelos de gravedad analógos.
"Hemos mostrado cuan conceptualmente sutil podría ser el cálculo de la constante cosmológica, considerando un modelo de gravedad analógo", dijo Finazzi . "Este simple ejemplo muestra que el conocimiento de la estructura microscópica del
espacio-tiempo podría ser una guía esencial para una interpretación correcta de la naturaleza de la constante cosmológica, y por lo tanto para una estimación correcta de la misma. A continuación, reinterpretamos la gran discrepancia entre el cálculo ingenuo y el valor observado como un malentendido básico en este punto.Curiosamente, este razonamiento también podría ser una guía para la selección de la teoría de la gravedad cuántica correcta. "
Como explican los físicos, el modelo BEC descrita por las ecuaciones de Poisson es demasiado simple para describir completamente las complejas características de la expansión acelerada del universo. Sin embargo, el fracaso del marco del EFT para describir la constante cosmológica análoga del BEC admite la posibilidad de que el marco del EFT también falle en la descripción de la constante cosmológica.
Los detalles tienen implicaciones adicionales. Por un lado, los resultados sugieren que puede haber ninguna razón a priori para describir la constante cosmológica, como la energía del vacío. En cambio, la constante cosmológica puede emerger de la subyacente teoría cuántica de la gravedad que describe el espacio-tiempo. Como explican los físicos, una teoría cuántica de la gravedad difiere de diversas teorías modificadas de la gravedad que se han propuesto recientemente en que una teoría cuántica describe el espacio-tiempo en el nivel más fundamental.
"En una teoría modificada de la gravedad, uno esta sólo postulando una diferente dinámica gravitacional que podría mostrar una expansión acelerada también para un universo lleno de materia normal (es decir, sin el llamado componente de energía oscura)", dijo Liberati. "En su lugar, consideramos el caso dónde una dinámica gravitacional emerge desde una microscopica teoría cuántica, es decir, una teoría que describe los componentes fundamentales, cualesquiera que sean, de nuestro espacio-tiempo. De tal teoría uno sería capaz de derivar una teoría de la gravedad (relatividad general o cualquier forma de la gravedad modificada) en un límite apropiado (posiblemente de naturaleza similar al límite hidrodinámico de un gas de átomos interactuando). Nuestro punto es que es sólo a través de esta (derivación / surgimiento) de la dinámica gravitatoria que uno al final puede determinar cuál es la gravitación de la "energía del vacío". Hemos demostrado esto de forma explícita en nuestro modelo de juguete en donde se muestra claramente que el uso de los componentes macroscópicos (y las correspondientes escalas de energía) de la física emergente podría llevar a una estimación totalmente equivocada.
"Podemos tratar de explicar este tema con una simple analogía", dijo Liberati . "El agua está compuesta por moléculas. A un nivel microscópico la dinámica molecular está correctamente descrita por la mecánica cuántica. Sin embargo, no se podría usar la mecánica cuántica para describir un río que fluye, sino que más bien se usarían las leyes de la mecánica de fluidos.Por supuesto, la dinámica de los fluidos deben ser compatibles con la
mecánica cuántica, es decir, debe ser posible derivarla de la teoría microscópica cuántica de las moléculas. Finalmente, la elección de las ecuaciones más adecuadas para la descripción de cualquier fenómeno depende de la escala a la que se observa el sistema físico. Por lo tanto, podemos decir que la teoría microscópica cuántica de la gravedad corresponde en la analogía con la mecánica cuántica de las moléculas, una teoría de la gravedad corresponde a la
mecánica de fluidos, y la evolución del universo a la corriente del río. "
Continuando con la analogía, Liberati, añade que podría haber una cantidad en la dinámica de fluidos macroscópicos que no se puede calcular utilizando solo parámetros macroscópicos. En su lugar, un modelo microscópico es necesario para calcular el valor correcto.
"Nosotros sostenemos que, en el caso del cálculo de la constante cosmológica, esto es exactamente lo que sucede: la razón de la" peor predicción teórica de la Física "en última instancia, podría ser debida al intento de calcular una cantidad que es sensible a la microfísica sólo en términos de cantidades macroscópicas ", dijo.
En el futuro, los físicos esperan investigar más a fondo cómo el modelo análogo de la gravedad BEC podría llevar al desarrollo de una teoría cuántica de la gravedad, ya que muchas de las teorías propuestas de la gravedad tienen características en común con el nuevo modelo.
"Creemos que este modelo puede ayudar a cambiar la forma en cómo la gente suele pensar sobre la constante cosmológica", dijo Sindoni. "En los últimos años, la idea de que el espacio-tiempo es una forma de condensado está ganando impulso. Por supuesto, para poder llegar a las teorías lo más cercano posible a la relatividad general, los modelos microscópicos tienen que ser mucho más complejo que el BEC. Sin embargo, puede conjeturarse que el espacio-tiempo es el resultado final de una transición de fase para un gran número de constituyentes microscópicos adecuados, y que la determinación de la dinámica resultante macroscópica podría ser esencialmente la misma, en el plano conceptual, de la determinación de la dinámica de un BEC a partir del conocimiento de la efectiva dinámica molecular o atómica, cerca de una transición de fase. La traducción del lenguaje y las ideas de un BEC a los modelos de gravedad cuántica podría ser una clave para la comprensión del contenido físico de estos últimos. "
Sindoni añade que la constante cosmológica será una prueba fundamental de cualquier propuesta de la teoría cuántica de la gravedad.
"Creemos que la comparación del valor de la observación de la constante cosmológica en contra de su valor teórico, previsto por cualquier teoría de la gravedad cuántica, puede ser una muy buena (si no la única) prueba para validar las teorías de este tipo", dijo.
fuente de la información:
http://www.physorg.com/news/2012-03-weve-cosmological-constant-wrong.html
