problema de la constante cosmológica

El cosmos se expande, y esa expansión se acelera. Pero ¿y si en los primeros instantes tras el Big Bang la gravedad funcionara de otra manera? Los autores del nuevo trabajo añadieron a las ecuaciones de Einstein un campo invisible que intercepta la energía de la materia y la radiación ordinarias.

El modelo estándar cosmológico se parece a una receta de pastel donde todo está estrictamente medido: la materia oscura es como harina sin grumos (presión cero), y la energía oscura es como un levadura perfecta (ecuación de estado estrictamente menos uno). Pero, ¿y si la harina está un poco húmeda y la levadura se ha vencido?

Una fría superficie negra: así lucía durante miles de millones de años el mar de energía oscura, una sustancia invisible que impulsa la expansión del universo. Pero el espectrógrafo DESI detectó una ondulación casi imperceptible.

10⁻¹²⁰. No es solo un número pequeño, es un abismo. Esta es la relación entre la densidad de energía oscura y la densidad de Planck, la escala natural de la gravedad cuántica. La colosal diferencia de ciento veinte órdenes de magnitud pareció durante mucho tiempo un enigma insoluble.

La cromodinámica cuántica es la teoría que describe cómo los quarks y los gluones se unen para formar protones y neutrones. En sus ecuaciones hay un ángulo extraño, el parámetro θ (theta).

El mundo cuántico a menudo se compara con un instrumento musical. Cada sistema, ya sea un átomo o una cadena de partículas, suena en sus propias frecuencias, que los físicos llaman niveles de energía. En los sistemas caóticos, como en una orquesta sin director, estas frecuencias suelen llenar todo el rango disponible sin huecos.

Cuando después del Big Bang el cosmos en enfriamiento perdía la simetría primordial, en los campos surgían tensiones, como si en un vidrio que se solidifica crecieran microfisuras. Los monopolos globales, predichos por Gerard 't Hooft y Polyakov, se convirtieron en «cicatrices» similares en el tejido del universo.

En un mundo ordinario sin energía oscura, la masa de cualquier cuerpo es siempre positiva. Parece obvio: la masa positiva atrae, creando gravedad. Pero en el universo real existe la energía oscura, una fuerza misteriosa que hace que el cosmos se expanda cada vez más rápido.

El vacío cuántico no es un vacío muerto, sino un caldero hirviente de probabilidades. En algunas teorías, nuestro universo está congelado en un estado metaestable: como agua sobrecalentada, lista para explotar en vapor con un solo empujón.

El Universo es una orquesta que interpreta la sinfonía del Big Bang. Durante mucho tiempo, se consideró a la energía oscura como el director, un metrónomo inamovible que marcaba el ritmo de la expansión.

La explosión de una lejana supernova nos contó algo difícil de creer: el mundo se expande cada vez más rápido. El motor de esta aceleración es la energía oscura, casi el 70% de todo lo que existe.

Después del Big Bang, el universo pudo haber quedado atrapado en un falso vacío, un estado temporal como una burbuja de jabón lista para reventar. Una rara burbuja de vacío verdadero podría entonces estallar, estirando el espacio en un abrir y cerrar de ojos.

El universo se expande con aceleración, como una masa que sube cada vez más rápido aunque la levadura se acabó hace tiempo. Durante veinte años, los astrónomos han buscado la causa y la llaman energía oscura. Pero qué es exactamente sigue siendo un misterio. El nuevo trabajo propone una fuente inesperada: el vacío dentro del núcleo atómico.

El Universo se comporta como una burbuja de jabón que se infla en una espuma multidimensional. El modelo de la burbuja oscura explica por qué se expande cada vez más rápido: la burbuja del espacio-tiempo crece y su membrana adquiere un grosor diminuto, de aproximadamente una micra, como el de una bacteria.

Un vaso vacío sobre la mesa parece confiable. Pero si en el fondo hay una microfisura, algún día se romperá, no con estrépito, sino silenciosamente, agrietándose en una telaraña de líneas. Así también el vacío: puede no ser verdadero, sino falso, temporalmente estable pero listo para transitar a un estado más profundo y real.

Un agujero negro ordinario es como una estufa que calienta más cuanto menor es su masa. Un agujero diminuto debería incandescer a temperaturas inimaginables y evaporarse al instante.

El vacío cósmico no es el vacío, sino un océano vivo: su energía se hincha y mengua al compás de la expansión. Como una marea lunar, la densidad del vacío responde con sensibilidad al ritmo de Hubble —la batuta del Universo—.

Un resorte comprimido permanece inmóvil durante años. Parece congelado para siempre, pero dentro del metal los átomos se reordenan lentamente, y un día el resorte hace clic, pasando a una nueva posición más relajada.

El universo obedece reglas estrictas, como jugadores en una mesa. Una de ellas: la gravedad siempre atrae y la energía no puede ser negativa.

Un globo inflable primero se expande lentamente y luego, de repente, cada vez más rápido, como si alguien lo inflara desde dentro. Más o menos así se comporta nuestro universo: las galaxias se alejan unas de otras con aceleración. La culpable de esta aceleración se llama energía oscura.

El cosmos no es un bloque sólido, sino un lienzo de innumerables hilos cuánticos. El espacio-tiempo no fluye como el agua, sino que vibra como un tapiz al viento. Durante mucho tiempo, los físicos solo veían el dibujo general, ignorando el temblor de los hilos individuales.

Inmediatamente después del Big Bang, el espacio se infló a una velocidad inimaginable: eso es la inflación. Ahora, la expansión se ha ralentizado, pero las galaxias se alejan cada vez más rápido. A la culpable de la aceleración se le llamó energía oscura.

Durante mucho tiempo, la energía oscura — esa fuerza misteriosa que impulsa la expansión del Universo — se consideró eterna e inmutable, como una levadura que nunca pierde su poder. Pero no se lograba explicar esa constancia mediante las leyes del micromundo, y los científicos comenzaron a sospechar que esta «levadura» podría estar perdiendo fuerza.

La física a menudo se asemeja a la construcción de un barco gigante: el Universo. Los ingenieros-físicos aún no se han puesto de acuerdo sobre los planos básicos.

Inflas un globo. Al principio se expande rápido, luego más lento, y de repente vuelve a acelerarse, como si alguien le diera más aire con la bomba. Eso es, precisamente, lo que parece estar ocurriendo con nuestro universo.

El espacio-tiempo a veces se parece a una hoja de papel en la que se puede hacer un agujero y unir los bordes con un tubo corto: se obtiene un agujero de gusano. En los modelos matemáticos más simples de estos agujeros aparecen campos escalares sin masa, algo así como una niebla invisible que lo llena todo.

El misterio de la energía oscura es un abismo. La teoría cuántica de campos predice una densidad 10¹²⁰ veces mayor que la observada. En el paisaje de cuerdas, este abismo cobra forma: una miríada de vacíos con diferente energía, y nosotros anidamos en uno de ellos.

El Universo es como un globo que se infla. La mecánica cuántica prohíbe medir con precisión al mismo tiempo cuán grande es y qué tan rápido se expande. Este principio impregna el cosmos: una nueva ecuación afirma que la expansión del Universo y su tamaño están ligados por una incertidumbre fundamental.

Sobre un donut de goma se extiende una película invisible: el campo cuántico. Mientras el donut es pequeño, la película está tensa y no se hunde en ningún punto: el vacío permanece vacío. Pero basta con estirar el donut hasta cierto tamaño para que en la película aparezca por sí sola una abolladura: el campo comienza a sentirse en cada punto. Esa abolladura no es casual.

Si arrojas un puñado de purpurina a un río, algunas partículas flotarán directamente, otras girarán en pequeños remolinos. Con las galaxias del universo ocurre algo parecido: no solo se separan debido a la expansión, sino que también giran en corrientes gigantes, como astillas en remolinos invisibles.

Dos cúmulos de galaxias chocaron como dos enjambres de abejas que se atraviesan mutuamente. Uno de ellos es el famoso «Bala». Tras la colisión, el gas caliente, que constituye la mayor parte de la materia ordinaria, frenó y quedó en el centro, mientras que las galaxias, como pequeñas piedras densas, continuaron su camino.

Los cosmólogos han medido la velocidad a la que se alejan las galaxias lejanas en diferentes rincones del cielo. Para ello, utilizaron dos tipos de "reglas cósmicas": cúmulos de galaxias y explosiones de supernovas de un tipo específico. Ambos métodos mostraron lo mismo: en una dirección, el universo se expande un poco más rápido que en la opuesta.

Dos astrónomos observan el mismo universo, pero lo ven de manera diferente. Uno mide la velocidad de expansión mediante la luz antigua que ha viajado hacia nosotros durante casi 14 mil millones de años. El otro, mediante explosiones estelares recientes en galaxias vecinas.

Tratar de suprimir el ruido de fondo de una habitación añadiendo un sonido contrario se convierte en un aullido de los altavoces si hay un error en el circuito. Un fallo similar ocurrió con una teoría que pretendía eliminar el principal zumbido del cosmos: la inexplicablemente débil energía oscura.

El universo se expande, pero a qué velocidad es una pregunta que ha inquietado a los astrónomos durante décadas. Dos métodos de medición dan respuestas diferentes, y esta discrepancia se conoce como la tensión de Hubble. Unos observan el universo temprano a través de la radiación cósmica de fondo, otros miran supernovas cercanas y cefeidas.

Las galaxias se alejan, pero la velocidad de expansión, medida por el resplandor posterior al Big Bang y por las explosiones de supernovas, no coincide; este problema se conoce como tensión de Hubble. Como dos bailarines que pierden el ritmo porque no se sienten el uno al otro.

A finales de la década de 1990, Saul Perlmutter, Adam Riess y Brian Schmidt mediante observaciones de supernovas descubrieron que el universo se expande cada vez más rápido.

El Universo se expande cada vez más rápido, como masa de levadura en la cocina. A esta expansión la ayuda la energía oscura, el azúcar cósmico. Desde que a finales de los 90 astrónomos como Adam Riess notaron la aceleración, se buscó la causa.

La luz de galaxias galaxias lejanas, al atravesar cúmulos de materia, se distorsiona, como el fondo de una piscina se fragmenta con las ondas del agua. Los astrónomos miden estas curvaturas apenas perceptibles de la forma y obtienen un mapa de las «ondulaciones» gravitacionales.

En los años treinta, Pauli comprendió: sin unas diminutas partículas fantasmales, la energía de las estrellas no cuadraba. Así nacieron los neutrinos, viajeros intangibles que lo atraviesan todo.