¿Tenía razón Einstein cuando dijo que estaba equivocado?
(NC&T) ¿Por qué está el universo expandiéndose a una cadencia acelerada, extendiendo su contenido en volúmenes espaciales de dimensiones cada vez mayores?
Una solución original a este enigma, ciertamente la pregunta más fascinante en cosmología moderna, ha sido adelantada por cuatro físicos teóricos: Edward W. Kolb del Laboratorio "Enrico Fermi", Chicago (EE.UU.); Sabino Matarrese de la Universidad de Padova; Alessio Notari de la Universidad de Montreal (Canadá); y Antonio Riotto del Instituto Nacional de Física Nuclear (INFN) de Padova (Italia).
En los últimos cien años, la expansión del universo ha sido un asunto de discusión apasionada, que ha atraído a las mentes más inteligentes del siglo. Como sus contemporáneos, Albert Einstein inicialmente pensó que el universo era estático: que ni se extendía ni se encogía. Cuando su propia Teoría de la Relatividad General claramente mostró que el universo debía expandirse o contraerse, Einstein escogió introducir un ingrediente nuevo en su teoría. Su "constante cosmológica" representó una densidad de masa del espacio vacío que llevaba al universo a expandirse a un ritmo siempre creciente.
Cuando en 1929 Edwin Hubble demostró que el universo de hecho se expande, Einstein repudió su constante cosmológica, llamándola "la más grande equivocación de mi vida". Entonces, casi un siglo más tarde, los físicos resucitaron la constante cosmológica en una variante llamada energía oscura. En 1998 las observaciones de supernovas muy distantes demostraron que el universo se expande a una cadencia acelerada. Esta expansión acelerada parecía ser explicable sólo por la presencia de un componente nuevo del universo, una "energía oscura," representando al 70 por ciento de la masa total del universo. Del resto, el 25 por ciento parece estar en la forma de otro componente misterioso, la materia oscura, mientras que sólo aproximadamente el 5 por ciento comprende la materia ordinaria, los quarks, protones, neutrones y electrones de que estamos hechos nosotros y las galaxias.
"La hipótesis de la energía oscura es sumamente fascinante" -explica Antonio Riotto-, "pero en cambio representa un serio problema. Ningún modelo teórico, ni siquiera el más moderno, tal como la supersimetría o teoría de las cuerdas, puede explicar la presencia de esta misteriosa energía oscura en la cantidad que requieren nuestras observaciones. Si la energía oscura fuese de la magnitud que predicen las teorías, el universo se habría expandido con tal fantástica velocidad que habría impedido la existencia de todo lo que conocemos en nuestro cosmos".
La cantidad exigida de energía oscura es tan difícil de reconciliar con las leyes conocidas de la naturaleza que los físicos han propuesto todo tipo de explicaciones exóticas, incluso fuerzas nuevas, dimensiones nuevas del espacio-tiempo, y nuevas partículas elementales ultraligeras. Sin embargo, el nuevo trabajo no propone ningún ingrediente nuevo para el universo, sólo asume que la aceleración presente de éste es una consecuencia del modelo cosmológico estándar para el universo temprano: la inflación.
"Nuestra solución a la paradoja planteada por el universo acelerado" -explica Riotto-, "cuenta con la teoría llamada inflacionaria, nacida en 1981. Según esta teoría, en una brevísima fracción de segundo después del Big Bang, el universo experimentó una expansión increíblemente rápida. Esto explica por qué nuestro universo parece ser muy homogéneo. Recientemente, los experimentos Boomerang y WMAP, que midieron las fluctuaciones pequeñas en la radiación de fondo que se originó con la Gran Explosión, confirmaron la teoría inflacionaria.
Se cree en general que durante la expansión inflacionaria temprana en la historia del universo, se generaron diminutas "ondas" o "arrugas" en el espacio-tiempo, como fue predicho por la teoría de la Relatividad General de Einstein. Estas ondas fueron estiradas por la expansión del universo y se extienden hoy mucho más allá de nuestro horizonte cósmico, o sea sobre una región mucho más grande que el universo observable, una distancia de unos 15.000 millones de años-luz. En su presente artículo, los autores proponen que es la evolución de estas ondas cósmicas lo que incrementa la expansión observada del universo y explica su aceleración.
"Nos dimos cuenta de que simplemente necesitas agregar este nuevo ingrediente clave, las ondas de espacio-tiempo generadas durante la era de la inflación, a la Relatividad General de Einstein para explicar por qué el universo se está acelerando hoy" -explica Riotto-. "Parece que la solución al enigma de la aceleración involucra el universo más allá de nuestro horizonte cósmico. No se requiere ninguna misteriosa energía oscura".
Kolb, del Fermilab, llamó a la propuesta de los autores la explicación más conservadora para el universo en aceleración. "Se requiere sólo tomar en cuenta adecuadamente los efectos físicos de las ondas más allá de nuestro horizonte cósmico", afirma.
Datos de experimentos venideros permitirán que los cosmólogos confirmen esta propuesta. "Si Einstein tenía razón cuando introdujo la constante cosmológica, o si tenía razón cuando más tarde refutó la idea, se probará pronto con una nueva ronda de observaciones cosmológicas de precisión" -explica Kolb-. "Nuevos datos nos permitirán distinguir entre nuestra explicación para la expansión acelerada del universo y la solución de la energía oscura".
El Instituto Nacional de Física Nuclear (INFN) de Italia, apoya, coordina y lleva a cabo investigaciones científicas en física de partículas subnucleares, nucleares y astropartículas, y está involucrado en desarrollar tecnologías relevantes. El Fermilab, en Batavia, Illinois, EE.UU., es operado por la Asociación de Universidades para la Investigación, Inc. para la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía, que financia investigaciones avanzadas en física de partículas y cosmología.
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