Un nuevo enfoque para comprender la gravedad ayuda a eliminar algunas discrepancias inherentes a la relatividad general.
La relatividad general, formulada por Albert Einstein en 1915, revolucionó nuestra comprensión de la gravedad. Según esta teoría, el espacio-tiempo no es un escenario fijo donde tienen lugar todos los procesos físicos, sino un ente dinámico cuya forma responde al movimiento, interacción y transformación de partículas y radiación.
La teoría de Einstein no solo cambió nuestro concepto de espacio, tiempo y gravedad a nivel teórico, sino que también proporcionó muchas predicciones comprobables y explicó muchos fenómenos observados, como la dilatación del tiempo en un campo gravitacional, la desviación de los rayos de luz por cuerpos masivos, la formación de agujeros negros, e incluso la expansión del Universo a lo largo de su curso evolutivo.
Sin embargo, esta extraordinaria y exitosa teoría tiene sus limitaciones. En el contexto de la expansión del Universo, por ejemplo, cuando usamos la «maquinaria matemática» de la relatividad general para «rebobinar» teóricamente la historia del Universo hasta su comienzo, terminamos con la singularidad del Big Bang, en la que las densidades de materia y energía son infinitamente grandes.
Toda la historia de la física nos ha enseñado que los infinitos no existen en el mundo natural. Cuando aparecen en los cálculos, es una indicación de que la teoría no es del todo correcta y debe modificarse para eliminarlos, reemplazándolos con cantidades finitas pero grandes.
Un nacimiento no singular
Es esta búsqueda la que un estudio reciente publicado en progreso de la física ha informado. En su trabajo, un equipo de físicos teóricos de India y Brasil lograron cambiar las ecuaciones de la teoría de Einstein de tal manera que el estado del Universo, en el momento de su nacimiento, parece no ser singular.
El estudio mantiene la interpretación de la gravedad como una deformación del espacio-tiempo, propuesta por Einstein, pero modifica los mecanismos por los que la materia en movimiento en el espacio provoca esta deformación.
Como resultado, sus predicciones sobre la evolución del Universo coinciden casi exactamente con las realizadas por la relatividad general (y los datos observacionales), excepto por el momento del Big Bang, en el que la densidad infinita de materia que aparece en la teoría de Einstein es reemplazada por una cantidad finita.
Además de resolver la paradoja de la singularidad del Big Bang, su teoría modificada de la gravedad parece capaz de resolver otro problema de la relatividad general: el problema de la energía oscura.
La energía oscura, que representa el 70% de la energía en el espacio, es una inclusión necesaria en la relatividad general para alinear la teoría con la expansión acelerada observada del Universo.
Esta misteriosa entidad nunca se ha observado ni replicado en ningún experimento de laboratorio, y sus orígenes y naturaleza siguen sin estar claros. Comprensiblemente, la energía oscura ha sido una fuente de preocupación e intriga para los científicos durante muchos años.
Es por eso que los hallazgos del estudio actual podrían ser sustanciales, ya que explican la tasa de expansión observada del Universo sin necesidad de introducir ningún tipo de energía no observable.
Si bien los resultados son alentadores, los científicos indican que todavía tienen mucho trabajo por hacer para confirmar si su teoría de la gravedad es realmente más precisa que la relatividad general. Para ello, se necesitan predicciones precisas sobre la dinámica de la expansión del espacio y otros procesos que tienen lugar.
Los autores también esperan que su gravedad modificada sea capaz de resolver el misterio de la materia oscura, que, como la energía oscura, aún no ha sido detectada en ningún estudio experimental, y fue descubierta solo a través de su efecto gravitatorio sobre otros campos y partículas.
El equipo dice que planea analizar esta interacción en su teoría y, con suerte, podrá explicar los datos de observación.
Referencia: BS Gonçalves, PHRS Moraes, B. Mishra, Cosmología de acoplamiento de geometría de materia no mínima, Progreso en Física (2023). DOI: 10.1002/prop.202200153.
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