La peor predicción teórica en la historia de la física

El universo ha evolucionado de un estado suave a uno que contiene una gran cantidad de estructura. Inicialmente, la gravedad impulsó el crecimiento de estas estructuras, pero luego tuvo que competir con la fuerza repulsiva de la energía oscura. Crédito de la imagen: Crédito: MPE / V.Springel 

Por Ross Pomeroy, para RealClearScience | Diciembre 1 de 2017 

Cuando se trata de conceptos científicamente misteriosos que comienzan con la palabra "oscuro", la materia oscura atrae la mayor parte de la atención pública. La energía oscura, sin embargo, constituye el 68.3 por ciento de la masa del universo en comparación con el miserable 26.8 por ciento de la materia oscura (y el 4.9 por ciento de la materia normal es minúscula). Es realmente más consecuente de los dos conceptos "oscuros". 

Sin embargo, probablemente nunca podamos "atrapar" una partícula de energía oscura como los científicos se esfuerzan por hacer con la materia oscura. Eso es porque la energía oscura es, muy probablemente, solo la energía inherente al espacio, en sí misma, que tal vez surge de la espuma cuántica, compuesta de partículas virtuales que entran y salen de la existencia. Como Einstein nos recuerda, la energía entregada por estas partículas virtuales que sobresalen brevemente en el espacio tiene masa. 

Cuando los astrónomos intentan medir la densidad de la energía oscura en el espacio, obtienen aproximadamente 10 ^ -9 joules por metro cúbico, una cantidad microscópica pero influyente. Sin embargo, este valor observado, conocido como la constante cosmológica, no se acerca ni remotamente a lo que se predice con la teoría del campo cuántico probada en el tiempo. Como se detalla en el libro de texto Relatividad general: una introducción para físicos: 

"El cálculo más simple implica sumar las energías cuánticas de punto cero de todos los campos conocidos en la Naturaleza. Esto da una respuesta de aproximadamente 120 órdenes de magnitud mayor que los límites superiores ... establecidos por observaciones cosmológicas. Esta es probablemente la peor predicción teórica en la historia de la física! Nadie sabe cómo dar sentido a este resultado. Debe existir algún mecanismo de física que haga que la constante cosmológica sea muy pequeña ".

¡O eso, o la comprensión de los campos cuánticos de los físicos cuánticos, y por extensión, del universo entero, es fundamentalmente defectuoso! Sin embargo, esto parece poco probable, ya que la carga de evidencia observacional respalda las teorías actuales. 

Por lo tanto, los físicos cuánticos están en un pequeño aprieto. Hacer pequeños ajustes a las estimaciones teóricas estrecha considerablemente la brecha descomunal, pero nuestras mejores teorías de la mecánica cuántica todavía sobreestiman la influencia de la energía oscura en sesenta órdenes de magnitud. 

"Sí, no tenemos ni idea", admitió el astrofísico Neil deGrasse Tyson en su reciente libro Astrophysics for People in the Hurry. "Pero no es una absoluta ignorancia. La energía oscura no está a la deriva, con una teoría que no lo ancla. La energía oscura habita en uno de los puertos más seguros que podemos imaginar: las ecuaciones de Einstein de la relatividad general". 

La densidad de energía observada del espacio vacío encaja maravillosamente dentro del modelo estándar de la cosmología Big Bang, que satisfactoriamente explica el fondo de microondas cósmico, la abundancia de elementos básicos y la aceleración de la expansión del universo. En el núcleo del modelo estándar se encuentra la relatividad general, una de las teorías más exitosas jamás concebida. Entonces, en la batalla de la energía oscura vs. la mecánica cuántica, la energía oscura incuestionablemente tiene la ventaja.