La constante cosmológica, introducido hace un siglo por Albert Einstein en su teoría de la relatividad general, es una espina 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 10 ¹²¹ . No sorprende saber que esta estimación se considera la peor en toda la historia de la física. En un artículo que se publicará en Letras de física B , un investigador de la Universidad de Ginebra (UNIGE), Suiza, propone un enfoque que aparentemente puede resolver esta inconsistencia. La idea original del artículo 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 acogido positivamente por la comunidad científica, aún debe perseguirse 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 sobre la constante cosmológica, "dice Lucas Lombriser, profesor adjunto del Departamento de Física Teórica de la Facultad de Ciencias de la UNIGE y autor único 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 todas las galaxias se están alejando unas de otras, una señal de que el universo se está expandiendo realmente. Al aprender esto, Einstein lamentó el hecho de haber introducido la constante cosmológica, que se había vuelto inútil a sus ojos, e incluso lo describió como "el mayor error de mi vida".

En 1998, El análisis preciso de supernovas distantes ofreció pruebas de que la expansión del universo, lejos de ser constante, en realidad está acelerando, como si una fuerza misteriosa hinchara el cosmos cada vez más rápidamente. Se recurrió una vez más a la constante cosmológica para describir lo que los físicos llaman "energía del vacío", una energía cuya naturaleza se desconoce (hablamos de energía oscura, quintaesencia, etc.) pero que es responsable de la expansión acelerada del universo.

Las observaciones más precisas de supernovas, y especialmente del fondo cósmico de microondas (radiación de microondas que proviene de todas partes del cielo y que se considera sobrante del Big Bang), han hecho posible medir un valor experimental para esta constante cosmológica. El resultado es una cifra muy pequeña (1,11 × 10 ^-52 metro ^-2 ) que, sin embargo, es lo suficientemente grande como para generar el efecto deseado de expansión acelerada.

Gran 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 utilizando la teoría cuántica de campos:esta sostiene que los pares de partículas a muy pequeña escala se crean y destruyen 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 metro ^-2 ), que es en gran parte incompatible con el valor experimental. Esta estimación representa la brecha más grande jamás obtenida (en un factor de 10 ¹²¹ ) entre la teoría y la experimentación 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 lados en un intento de desenterrar ideas que resolverán la cuestión. Aunque se han propuesto varias estrategias, no hay un consenso general por el momento.

Profesor Lombriser, por su parte, tuvo la idea original hace unos años de introducir una variación en la constante universal de 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 metro ³ / kg s ² ) 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 significa que es posible 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 también designa la fracción actual del universo que está formada por energía oscura (el resto está compuesto por materia). El valor teórico obtenido por el físico con sede en Ginebra es 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 esta es una gran mejora con respecto a los 10 ¹²¹ discrepancia.

Este éxito inicial ahora debe ir seguido de más análisis para verificar si el nuevo marco propuesto por Lombriser se puede utilizar para reinterpretar o aclarar otros misterios de la cosmología. El físico ya ha sido invitado a presentar y explicar su enfoque en conferencias científicas, que refleja el interés mostrado por la comunidad.