Una modificación de la relatividad general la hace consistente con datos astronómicos observables sin necesidad de energía oscura.

Desde su finalización en 1915, la teoría general de la relatividad de Einstein ha formado la base de nuestra comprensión de la gravedad. Esta teoría ha superado muchas pruebas experimentales y se utiliza para explicar no solo la física a escala de planetas, estrellas y galaxias, sino incluso la evolución del cosmos en su conjunto. Sin embargo, tiene algunas deficiencias.

Recientes observaciones astronómicas han demostrado que el universo se está expandiendo a un ritmo creciente, y si bien esto no contradice necesariamente las nociones de la relatividad general, es necesario suponer la existencia de una entidad llamada energía oscura, una influencia misteriosa que impulsa la expansión acelerada.

Actualmente, el origen de la energía oscura no está claro y aún falta la comprensión de sus propiedades. Así, para muchos físicos, para quienes la simplicidad y el minimalismo son a menudo criterios importantes para la validez de una teoría científica, la incorporación de una sustancia o entidad hasta ahora inobservable por cualquier medio experimental es algo indeseable.

Para remediar esta deficiencia, un equipo de físicos del Instituto Birla de Tecnología y Ciencia en Pilani, India, ha propuesto modificar la relatividad general para que ya no sea necesario tener en cuenta esta misteriosa forma de energía para comparar la teoría con la observable. datos astronómicos datos coinciden con datos.

Eliminar la necesidad de energía oscura

La relatividad general interpreta la gravedad como una deformación del espacio-tiempo por partículas y campos, cuyo comportamiento a su vez se ve afectado por estos cambios en la geometría del espacio-tiempo. Ambos actores se influyen mutuamente, de forma similar al electromagnetismo, donde un campo eléctrico cambia las trayectorias de las partículas cargadas, que a su vez cambian el campo eléctrico. Einstein planteó una forma muy específica en la que se produce esta interacción sutil de la geometría y la materia, y los autores del nuevo estudio propusieron cambiar los detalles de esta interacción.

Las ecuaciones de una teoría de la gravitación se pueden aplicar a varias situaciones físicas, por ejemplo, para estudiar la geometría de todo el universo a medida que evolucionó después del Big Bang. Usando estos, uno puede encontrar la velocidad a la que se expande el espacio y comparar la solución con los datos de observación. El requisito de que la solución a las ecuaciones de Einstein fuera consistente con las observaciones requería la introducción de energía oscura en las ecuaciones.

En el nuevo estudio, los físicos resolvieron las ecuaciones de la teoría alternativa de la gravedad, conocida como «gravedad cuadrática torsional», y descubrieron que esta teoría describe mejor la tasa de expansión del universo que la relatividad general, incluso sin la necesidad de para introducir los «Componentes faltantes» de la relatividad general en forma de energía oscura.

Cambiar la interacción de los campos gravitatorios con la materia dentro de estas ecuaciones dio como resultado una influencia alterada de la materia en la geometría del espacio-tiempo, un efecto similar a las especies hipotéticas de energía oscura llamadas «quintaesencia», sin necesidad de ello.

Futuros estudios sobre la dinámica de la expansión del Universo ciertamente ayudarán a verificar los resultados teóricos obtenidos aquí por los físicos.

«Los experimentos aún no están planeados, pero la validación teórica de nuestra teoría se puede hacer con datos de observación», dijo Simran Arora, uno de los autores del estudio.

A pesar de los resultados alentadores, los físicos señalan que se necesita más trabajo para determinar si su descripción de la gravedad es realmente precisa. Además de una tasa de expansión general, una teoría sólida de la gravedad también debe explicar correctamente otros efectos, como las fluctuaciones en la densidad de la materia, que han llevado a la formación de estrellas, planetas y galaxias durante la evolución cósmica.

“El trabajo futuro incluye el estudio teórico más detallado de la energía oscura en nuestra torsión cuadrática F(T«T) Gravedad», concluyó Arora. «Planeamos estudiar otros escenarios cosmológicos, incluida la inflación, las tensiones en los parámetros cosmológicos y el análisis de perturbaciones».

Referencia: Arora S, Bhat A, Sahoo PK, Squared f(T,T) Torsion Gravity and Its Cosmological Implications, Progress of Physics (2022), DOI: 10.1002/prop.202200162

Crédito de la imagen principal: Miriam Espacio en Unsplash

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