A energia escura reviveu a constante cosmológica descartada por Einstein e remodelou o modelo principal do universo.
Em 1917, Albert Einstein concluiu recentemente a sua teoria geral da relatividade, a estrutura que transformou a forma como a física entendia a gravidade. Ele logo aplicou essas equações a uma questão ainda maior: como o universo muda ao longo do tempo.
A gravidade era o lugar natural para começar. O universo é eletricamente neutro, em média, então o eletromagnetismo não pode explicar seu comportamento nas escalas maiores. Einstein nada sabia sobre as forças nucleares forte e fraca (para ser justo, ninguém sabia), mas ambas só funcionam em distâncias extremamente curtas.
A cosmologia, portanto, começa com a gravidade. Quando os físicos chamam a matéria e a energia de “universo”, eles podem usar as equações de Einstein para perguntar como ele irá evoluir. A resposta o surpreendeu. A relatividade geral descreve naturalmente um universo dinâmico que se expande ou se contrai, enquanto a visão científica dominante era de que o universo era estático e inalterado ao longo da sua história.
Einstein forçou o universo a ficar estacionário
Em vez de aceitar o que as suas equações implicavam, Einstein ajustou-as às observações e pressupostos do seu tempo. Ele introduziu uma “constante cósmica”, representada pela letra grega lambda, que a relatividade geral já permitia. A constante atua como um efeito gravitacional que se acumula no espaço-tempo, mesmo no espaço vazio. Dependendo do seu valor, pode criar atração ou repulsão. Einstein escolheu um valor que equilibrasse a atração gravitacional da matéria, permitindo que seu modelo de universo permanecesse estável.
Apenas alguns anos mais tarde, Edwin Hubble descobriria que o Universo estava em expansão, e outros teóricos, como o cosmólogo russo Alexander Friedman, aceitariam as equações de Einstein pelo seu valor nominal e forneceriam apoio teórico. o grande estrondo Quanto ao próprio Einstein, mais tarde comentaria com amigos que adicionar a constante cosmológica foi o seu “maior erro”.
A esperada recessão acelera
Avançando para 1998. Dois grupos de astrónomos decidiram resolver um debate de décadas sobre a quantidade de matéria existente no Universo. Algumas observações disseram que quase não havia assuntos, e outras disseram que havia muitos. O Universo estava a expandir-se, mas a matéria no seu interior tinha de abrandar essa expansão – medindo a desaceleração, podiam ter uma noção da quantidade de matéria que existia e resolver a discussão.
O que eles fizeram… mais ou menos. Em vez de encontrar uma desaceleração, mediram uma aceleração. Não havia muita matéria no universo naquela época, mas mesmo o que existe não é suficiente para desacelerar a expansão.
Para essa aceleração, a maneira mais fácil de explicar é, você adivinhou, invocar a constante cosmológica, um efeito antigravitacional de fundo fundamental que existe no universo. Décadas depois de Einstein ter esclarecido o seu erro, a constante rugiu como a melhor explicação dos dados.
A energia escura substitui o antigo modelo
Durante as décadas de 1980 e 1990, os cosmólogos desenvolveram uma estrutura detalhada, conhecida de forma um tanto ousada, como Modelo Padrão da cosmologia (os modelos unificados, colaborativos e de consenso dos físicos são chamados de “padrões”). A descoberta de que a expansão do universo está se acelerando tornou esse modelo obsoleto.
Uma substituição de como o universo evoluiu desde o Big Bang é a nossa melhor descrição atual: cosmologia LCDM. Lambda representa a constante cósmica, geralmente associada à energia escura. CDM significa matéria escura fria, que fornece a maior parte da massa em quase todas as galáxias. A matéria escura fria é um tópico separado, então o foco aqui é lambda.
Um modelo de sucesso ainda pode falhar
O LCDM é um enorme sucesso. É um modelo relativamente simples: apenas alguns parâmetros livres e algumas suposições que funcionam dentro de uma estrutura de relatividade geral. E com esse modelo, somos capazes de explicar muito sobre o universo: a sua história de expansão, a presença de radiação de fundo, as propriedades do BAO, o crescimento de galáxias e grandes estruturas, e assim por diante. É uma das teorias mais bem estudadas e testadas em toda a ciência.
E é quase certo que está errado.
Adaptado de um artigo publicado originalmente Universo hoje.
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