¿Es la energía oscura realmente un misterio?

El Universo está en expansión y la expansión parece estar acelerándose. Esta aceleración se explica a menudo usando una substancia misteriosa, la “energía oscura.”

 Podría decir que no hay ningún misterio en esta aceleración cósmica. La constante cosmológica de Einstein la explica perfectamente. La aceleración cósmica es predicha por la teoría de la relatividad general cuando se toma una constante cosmológica no nula, Λ. El modelo cosmológico estándar, con materia oscura y constante cosmológica, denotado por las siglas (ΛCDM), es “aceptado por casi todos los cosmólogos como la mejor descripción actual de los datos disponibles.” Hay una confusión histórica y conceptual profunda entre quienes creen que el término Λ requiere una explicación a base de una misteriosa “energía oscura.” 

Planteamos una respuesta a las tres objeciones (prejuicios) más habituales hacia la constante cosmológica (Λ).

La primera objeción se conoce como “Λ es el error de Einstein.” 

Se afirma que Λ fue rechazada por los relativistas en general, y de hecho por el propio Einstein, que la calificó como más tarde como su “mayor error.” 

Pero muchos olvidan que la “metedura de pata” de Einstein no fue Λ, sino constatar que, con o sin Λ, el Universo no es estático. La teoría de la relatividad general predice la expansión cósmica y el error de Einstein fue no darse cuenta. La constante cosmológica Λ no es un añadido a la teoría de Einstein para dar cuenta de las observaciones, sino una parte integrante y natural de la misma. Su naturaleza y su escala (valor) no son ni más ni menos misteriosas que los de cualquiera de las constantes que aparecen en nuestras teorías físicas fundamentales.

La segunda objeción se denomina el “problema de la coincidencia cósmica.” 

Los datos cosmológicos indican que nos ha tocado vivir en un “corta” fase de la historia del universo, durante la cual las contribuciones a la dinámica cósmica de la materia y de Λ son comparables en magnitud. Esta “coincidencia improbable” se presenta como un argumento en contra de la hipótesis Λ en el modelo ΛCDM. Ahora bien, si miramos la evolución del universo en función del tiempo cósmico en una escala lineal, en lugar de la habitual escala logarítmica, se puede ver que esta “corta” fase dura la mitad de la vida del Universo hasta el momento actual y por tanto no hay ninguna “improbable” coincidencia.

 En cualquier caso, no debemos asumir que vivimos en un lugar del Universo y en un momento completamente aleatorios. La densidad a nuestro alrededor, por ejemplo, está muy lejos de la densidad cósmica promedio.

La tercera y última ojeción se refiere a la “energía del vacío.” La teoría cuántica de campos (QFT ) predice una energía del vacío que se suma a la fuerza cósmica debida a Λ (similar al efecto del vacío sobre las líneas espectrales de los elementos atómicos, las llamadas correcciones radiactivas). 

Esta contribución a la hipotética Λ es mucho mayor que la Λ observada.

 Esta discrepancia es un rompecabezas abierto en la QFT en presencia de gravedad. Pero es un error conceptual confundir Λ con la energía del vacío de la QFT . 

La constante cosmológica Λ no se puede confundir con nuestra incomprensión de la energía del vacío en QFT o con cualquier otra substancia misteriosa .

 La constante Λ es una especie de “curvatura del punto cero,” una fuerza de repulsión causada por la dinámica intrínseca del espaciotiempo. Buscarle cinco patas al gato no nos lleva a entender por qué el gato tiene cuatro patas.

 El modelo ΛCDM debe continuar siendo explorado mediante los experimentos y se deben seguir ofreciendo ideas alternativas que lo complementen, pero en su opinión, y en la de muchos físicos relativistas, es algo engañoso afirmar que la energía oscura es un “gran misterio.” Es un grave error hablar de una “substancia” al referirse a la “energía oscura,” es como afirmar que si nos apetece salir a la calle para dar una vuelta es porque una “misteriosa fuerza oscura” nos empuja a hacerlo.

El modelo ΛCDM es el modelo cosmológico más completo, más exitoso y con mayor poder predictivo que jamás ha sido diseñado. Un modelo capaz de dar cuenta de un enorme número de observaciones astronómicas y cosmológicas. En la actualidad, no existen observaciones discrepantes con el modelo ΛCDM. Pero su éxito tiene un precio. Solo el 5% de la masa-energía total del Universo observable es comprendida por dicho modelo. El 95% del Universo es “oscuro,” en el sentido de que no lo entendemos completamente. El lado oscuro incluye el 25% de la masa-energía total, en forma de la llamada materia oscura que conforme la estructura de las galaxias y de los cúmulos galácticos, y el 70% en forma de energía oscura, responsable de la aceleración de la expansión cósmica.

En mi opinión, una constante cosmológica es un misterio en el sentido de que es “algo cuyo origen no se entiende o está más allá de la comprensión actual.” 

La constante cosmológica de Einstein Λ es la explicación más simple para la energía oscura: se ajusta a los datos adecuadamente y no hay razón para excluir su presencia, sin embargo, su valor para explicar las observaciones está “más allá de [nuestro ] entendimiento.” Si la constante cosmológica es la explicación para la energía oscura, Λdeberán tener un valor de (1028 cm)-2, pero la longitud 1028 cm es absurdamente grande y por el momento no está relacionada de ningún modo conocido con ninguna escala de longitud observable en la naturaleza. Todos los intentos de explicar esta nueva escala de longitud han sido infructuosos en muchos órdenes de magnitud.

No podemos conformarnos con añadir una constante al modelo que permita reproducir las observaciones, debemos encontrar una explicación para dicha constante y para su valor. Todas las constantes de los modelos cosmológicos deben estar basadas en las leyes de la naturaleza que comprendemos. Ahora mismo, la magnitud de la constante cosmológica no se puede explicar por ninguna teoría física conocida. 

Por ello es un misterio aún por resolver: “el misterio de la energía oscura.”

 “no es un error pensar que para cada fenómeno físico complejo hay una explicación simple.” 

Sería un error quedarnos satisfechos con la constante cosmológica sólo porque es una explicación sencilla a la aceleración de la expansión cósmica.