Como todos sabem, o universo está em constante expansão. Mas muitos nem mesmo percebem que o processo está se acelerando e que os físicos não têm uma explicação sensata para esse fenômeno. Um grupo de teóricos sugeriu que uma misteriosa "energia escura" estava envolvida, e agora vamos contar a você de uma forma acessível o que é.
Há quase duas décadas, os astrônomos sabem que a expansão do universo está se acelerando, como se uma misteriosa "energia escura" o inflasse por dentro, como um balão. Essa energia continua sendo um dos maiores mistérios da física hoje. Agora, um trio de teóricos argumenta que a energia escura surge de uma fonte incrível. Por mais assustador que possa parecer, na opinião deles, vai contra os fundamentos da física que todos aprenderam na escola: a quantidade de energia total do Universo não é fixa e inalterada, pode desaparecer gradualmente.
De acordo com os cientistas, a energia escura pode ser um campo especial, um pouco como o elétrico, que preenche o espaço. Por outro lado, pode ser parte do próprio cosmos, que é chamada de constante cosmológica (caso contrário, o termo lambda). O segundo cenário parece uma paródia da teoria da relatividade de Einstein, que afirma que a gravidade ocorre quando a massa e a energia dobram o espaço e o tempo. Na verdade, a constante cosmológica também é uma invenção de Einstein, e ele a inventou literalmente ao adicionar uma constante a suas equações para explicar como o universo resiste à destruição por sua própria gravidade. No entanto, ele abandonou a ideia quando, na década de 1920, astrônomos descobriram que o universo não era estático, mas em expansão, como se tivesse nascido de uma explosão.
Observando mais de perto, ficou claro que a expansão do universo estava se acelerando e a constante cosmológica retornou novamente. Na estrutura da mecânica quântica, entretanto, torna-se muito mais astuto. A mecânica quântica sugere que o próprio vácuo deve oscilar imperceptivelmente. Na relatividade geral, essas pequenas flutuações quânticas produzem energia que servirá como constante cosmológica. No entanto, todas as outras coisas sendo iguais, deve ser 120 ordens de magnitude maior para destruir o universo. Portanto, a explicação de por que a constante cosmológica, embora exista, mas de uma forma muito modesta, é um grande mistério para os físicos. Quando ainda não era necessário, os físicos simplesmente presumiram que algum efeito ainda desconhecido o reduziria a zero.
Agora, Thibault Josette e Alejandro Perez da Universidade de Aix-Marseille na França e Daniel Sudarski da Universidade Nacional Autônoma do México na Cidade do México afirmam que encontraram uma maneira de derivar um valor razoável para a constante cosmológica. Eles começaram com uma versão da relatividade geral, que o próprio Einstein inventou, chamada de gravidade unimodular. A relatividade geral assume simetria matemática, covariância geral, o que implica que não importa como você determine a posição de uma coordenada no espaço e no tempo, a previsão teórica permanecerá a mesma. Essa simetria requer conservação de energia e momento. A gravidade unimodular tem uma versão mais limitada dessa simetria matemática.
Este sistema reproduz a maioria dos pressupostos da relatividade geral. Porém, segundo ele, as flutuações quânticas do vácuo não criam gravidade nem afetam a constante cosmológica (que, afinal, é apenas uma constante matemática, e seu valor pode ser qualquer coisa). Mas isso tem um preço: a gravidade unimodular não requer energia para ser conservada, então os teóricos precisam limitá-la arbitrariamente.
Um trio de cientistas mostrou que a gravidade unimodular, se aceita e pode violar a lei de conservação de energia e momento, na verdade define o valor da constante designada. O argumento é matemático, mas na verdade mesmo uma pequena parte da energia que desaparece no Universo deixa um traço na forma de uma mudança na constante cosmológica. “A energia escura em nosso modelo é precisamente o resultado de quanta energia e momento foi perdido no universo durante toda a sua existência”, diz Perez.
Para provar que sua teoria é razoável e aplicável à realidade, os cientistas consideraram dois cenários de como a violação da lei de conservação da energia afetaria teoricamente os problemas fundamentais da mecânica quântica. Por exemplo, a teoria da localização espontânea contínua (CSL) tenta explicar por que partículas subatômicas, como elétrons, podem estar literalmente em dois lugares ao mesmo tempo, mas objetos grandes como carros ou pessoas não. CSL assume que tais estados da matéria surgem espontaneamente e se desintegram na dependência, o que aumenta com o aumento do volume de um objeto, o que significa que um objeto grande simplesmente não pode ser "duplo" nas condições da Terra. Contra essa teoria está o fato de que ela não leva em consideração a conservação de energia. No entanto, os teóricos têm mostrado que a soma das violações das disposições sobre conservação de energia é apenas isso,para fornecer uma constante cosmológica do tamanho desejado.
Vídeo promocional:
No entanto, de acordo com alguns cientistas, os teóricos estão simplesmente brincando com a matemática. Eles ainda têm que assumir que a constante cosmológica começa com algum valor pequeno, mas não explicam esse aspecto. No entanto, a física moderna está cheia de constantes inexplicáveis, como a carga de um elétron ou a velocidade da luz, então esta é apenas mais uma constante em uma longa lista.
