La constante cosmológica, introducida hace un siglo por Albert Einstein en su teoría de la relatividad general, es una espina clavada en el costado de los físicos. La diferencia entre la predicción teórica de este parámetro y su medición basada en observaciones astronómicas es del orden de 10121. No es ninguna sorpresa saber que esta estimación se considera la peor de toda la historia de la física. En un artículo que se publicará en Physics Letters B, un investigador de la Universidad de Ginebra (UNIGE), Suiza, propone un enfoque que puede resolver aparentemente esta inconsistencia. La idea original del trabajo es aceptar que otra constante, la gravitación universal G de Newton, que también forma parte de las ecuaciones de la relatividad general, puede variar. Este avance potencialmente importante, que ha sido recibido positivamente por la comunidad científica, aún debe ser investigado para generar predicciones que puedan ser confirmadas (o refutadas) experimentalmente.
“Mi trabajo consiste en una nueva manipulación matemática de las ecuaciones de la relatividad general que finalmente permite armonizar la teoría y la observación de la constante cosmológica”, dice Lucas Lombriser, profesor adjunto del Departamento de Física Teórica de la Facultad de Ciencias de la UNIGE y único autor del artículo.
Expansión en plena aceleración
La constante cosmológica Λ (lambda) fue introducida en las ecuaciones de la relatividad general por Einstein hace más de un siglo. El célebre físico necesitaba la constante para asegurarse de que su teoría fuera compatible con un universo que creía que era estático. Sin embargo, en 1929 otro físico, Edwin Hubble, descubrió que las galaxias se están alejando unas de otras, una señal de que el universo se está expandiendo. Al enterarse de esto, Einstein arruinó el hecho de que había introducido la constante cosmológica, que se había vuelto inútil a sus ojos, e incluso la describió como “el mayor error de mi vida”.
En 1998, el análisis preciso de las supernovas distantes demostró que la expansión del universo, lejos de ser constante, se está acelerando, como si una fuerza misteriosa estuviera hinchando el cosmos cada vez más rápidamente. La constante cosmológica fue entonces llamada una vez más para describir lo que los físicos llaman “energía de vacío”, una energía cuya naturaleza es desconocida (hablamos de energía oscura, quintaesencia, etc.), pero que es responsable de la expansión acelerada del universo.
Las observaciones más precisas de las supernovas, y especialmente del fondo cósmico de microondas (radiación de microondas que proviene de todas las partes del cielo y que se considera que ha quedado del Big Bang), han permitido medir un valor experimental de esta constante cosmológica. El resultado es una cifra muy pequeña (1.11 × 10-52 m-2) que, sin embargo, es lo suficientemente grande como para generar el efecto deseado de expansión acelerada.
Enorme brecha entre la teoría y la observación
El problema es que el valor teórico de la constante cosmológica es muy diferente. Este valor se obtiene usando la teoría de campo cuántico: esto sostiene que pares de partículas en una escala muy pequeña son creadas y destruidas casi instantáneamente en cada punto del espacio y en cualquier momento. La energía de esta “fluctuación del vacío”, un fenómeno muy real, se interpreta como una contribución a la constante cosmológica. Pero cuando se calcula su valor, se obtiene una cifra enorme (3,83 × 10+69 m-2), que es en gran medida incompatible con el valor experimental. Esta estimación representa la mayor brecha jamás obtenida (por un factor de 10121) entre la teoría y el experimento a través de la ciencia.
Este problema de la constante cosmológica es uno de los temas más candentes de la física teórica actual, y está movilizando a numerosos investigadores de todo el mundo. Todo el mundo está mirando las ecuaciones de la relatividad general desde todos los puntos de vista en un intento de desenterrar ideas que resuelvan la cuestión. Aunque se han presentado varias estrategias, por el momento no existe un consenso general.
El profesor Lombriser, por su parte, tuvo la idea original hace unos años de introducir una variación en la constante universal de la gravitación G (de Newton) que aparece en las ecuaciones de Einstein. Esto significa que el universo en el que vivimos (con una G de 6.674 08 × 10-11 m3 / kg s2) se convierte en un caso especial entre un número infinito de posibilidades teóricas diferentes.
Después de numerosos desarrollos e hipótesis, el enfoque matemático del profesor Lombriser permite calcular el parámetro ΩΛ (omega lambda), que es otra forma de expresar la constante cosmológica pero que es mucho más fácil de manipular. Este parámetro designa también la fracción actual del universo que está compuesta de energía oscura (el resto está compuesto de materia). El valor teórico obtenido por el físico ginebrino es de 0.704 o 70.4 por ciento. Esta cifra está muy de acuerdo con la mejor estimación experimental obtenida hasta la fecha, 0.685 o 68.5 por ciento, afirmando que se trata de una mejora enorme con respecto a la discrepancia de 10121.
Este éxito inicial debe ir seguido de otros análisis para comprobar si el nuevo marco propuesto por Lombriser puede utilizarse para reinterpretar o aclarar otros misterios de la cosmología. El físico ya ha sido invitado a presentar y explicar su enfoque en conferencias científicas, lo que refleja el interés mostrado por la comunidad.
