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El peso del vacío

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(Escuchar el audio de esta nota al final de la páginaEn años recientes hemos descubierto que el universo no sólo se está expandiendo, sino que el ritmo al que lo hace es cada vez mayor, se está acelerando. El presunto culpable de la expansión acelerada del universo es tal vez la más común pero a la vez la más extraña de las sustancias: el vacío.

“La naturaleza aborrece el vacío”, la máxima de Aristóteles ha sido durante siglos el centro de un debate entre filósofos y científicos. El vacío es la ausencia de materia, de energía, de radiación, de todo lo concebible. El vacío es el espacio mismo.

Pero la física nos cambió la idea ingenua del vacío como una nada, un espacio inerte y desprovisto de todo. Primero fue la relatividad general que nos enseñó que las propiedades geométricas del espacio no están fijadas a priori sino que cambian en presencia de cuerpos masivos, pudiendo hasta oscilar y propagarse en forma de ondas gravitacionales como las detectadas recientemente por LIGO.

Y la física cuántica nos enseñó que el vacío tiene energía. En efecto, el principio de incertidumbre, establece que hay pares de variables físicas que no podemos conocer con precisión arbitraria. Esto significa que cuánticamente la situación de menor energía no es cero y por tanto, hasta el vacío tiene energía. Como en la física cuántica campos y partículas se describen conjuntamente, el vacío de acuerdo con la física cuántica, se interpreta como una efervescencia de pares de partículas – antipartículas que constantemente se crean y constantemente se aniquilan.

El vacío, de acuerdo con la física contemporánea es cualquier cosa menos inerte, [ ver simulaciónver simulación]. El vacío pesa.


Crédito: 
www.physics.adelaide.edu.au

Esta comprensión del vacío tiene una consecuencia asombrosa: en cada centímetro cúbico de universo hay energía, y como masa y energía son equivalentes, el vacío crea gravitación. En las ecuaciones que describen la expansión del universo es por tanto necesario incluir la energía del vacío.

Durante la mayor parte de su historia el universo ha estado dominado por la materia, pero a medida que el universo se expande la densidad de la materia disminuye mientras que la densidad de energía del vacío se mantiene constante y comienza a dominar la expansión. El efecto que tiene el vacío en del universo, es curioso porque en lugar de contribuir a frenar la expansión, la acelera: la energía del vacío produce repulsión gravitacional. La expansión acelerada comenzó de acuerdo a los cálculos, hace unos 5.000 millones de años, y fue observada a finales de los años 90´s tras el análisis de la luz de supernovas lejanas. Estas observaciones significaron un premio Nobel para los astrofísicos que la detectaron.

La energía del vacío representa alrededor del 70% de la masa del universo y este porcentaje es compatible con las observaciones de la geometría del espacio a escala cosmológica, que indican que es una geometría sin curvatura, la más simple de todas.

Los físicos han intentado calcular teóricamente el valor de la densidad de energía del vacío, pero hasta ahora el desacuerdo entre los cálculos y las observaciones es abrumador. Entender mejor la física de la energía del vacío es uno de los más urgentes problemas de la física teórica.

Pero lo llamemos energía del vacío, constante cosmológica o energía oscura, sus efectos en la aceleración del universo se pueden detectar. A medida que el universo se expanda más y más, la contribución de la materia será menor y la del vacío será cada vez más importante, la aceleración tenderá a ser exponencial con importantes consecuencias para el destino de nuestro universo.

Autor:
Hector Rago
@hectorrago
Astronomía al Aire

 

 



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