¿Es la constante cosmológica realmente constante?

Si la energía oscura es constante o no, en última instancia se determinará mediante experimentos. Por el momento no hay evidencia de que la energía oscura esté cambiando, pero los errores experimentales siguen siendo bastante grandes por lo que no se descarta un cambio. Hay muchos artículos sobre este tema , pero aún no hay conclusiones firmes.

Es importante tener claro que la energía oscura no responde necesariamente a la expansión de la forma en que lo hace la materia. Describimos la expansión usando un factor de escala$a(t)$, donde tomamos el valor de$a$ser uno ahora mismo. Entonces$a=2$significa que el universo se ha duplicado en tamaño. La densidad media de la materia viene dada por:

dónde$\rho_0$es la densidad media actual. Esto debería tener sentido - si el universo se expande por un factor de$2$entonces el volumen de cualquier región dentro de ella aumenta por un factor de$2^3 = 8$y la densidad de la materia cae por un factor de ocho.

Sin embargo, si la energía oscura es una constante cosmológica, entonces es una propiedad del propio espacio-tiempo y no cambia a medida que el universo se expande. Esto parece contrario a la intuición, pero es por eso que la energía oscura se comporta como lo hace. Precisamente porque una constante cosmológica no cambia a medida que el universo se expande, hace que la expansión se acelere.

La expectativa predeterminada es que la densidad de la energía oscura sea constante, por razones teóricas. Es por eso que históricamente se le llamó constante cosmológica. Si tomas las ecuaciones de campo de Einstein,$G_{ab}=8\pi T_{ab}+\Lambda g_{ab}$, y tomando la divergencia de ambos lados, se obtiene$8\pi \nabla^a T_{ab}=-g_{ab}\nabla^a\Lambda$. Un lado izquierdo que no desaparece se mostraría experimentalmente como una violación de la conservación de la energía, que no observamos y no tenemos en ninguna de nuestras teorías. Eso significa que el gradiente de$\Lambda$a la derecha tiene que ser cero. Es posible, pero no fácil, encontrar formas de escribir una energía oscura que no desaparece y que soluciona este problema.

Escuché que la constante cosmológica Λ representa la energía oscura, por lo que esa constante debe cambiar a medida que pasa el tiempo, ¿verdad?

Sí, esto es algo perfectamente razonable de esperar, si estás imaginando la energía oscura como algo que se diluye con la expansión cosmológica. Pero no es así como funcionan las matemáticas, como se muestra arriba. Como motivación, considere el hecho de que la dilución funciona de manera diferente para la materia ordinaria que para los fotones, porque los fotones no solo se separan más, sino que también sufren corrimientos hacia el rojo que reducen su energía. Eso significa que la energía de los fotones se diluye más rápido que la energía de la materia. Diferentes formas de cosas tienen diferentes valores de un parámetro llamado$w$, que mide esto. El valor de$w$para la energía oscura es 0. Hay un más reciente

Empíricamente, las observaciones cosmológicas no parecen respaldar ninguna variación en la densidad de la energía oscura a lo largo del tiempo. Ejemplo: Carnero 2011, http://arxiv.org/abs/1104.5426 Miden$w$ser estadísticamente consistente con cero y no mostrar ninguna tendencia en el tiempo. Creo que el proyecto SH0ES puede tener algo mejor y más reciente, pero no lo he visto. Existen serias discrepancias entre su valor de la constante de Hubble y el valor de la colaboración de Planck, por lo que hasta que se aclare, puede que no sea posible entender qué está pasando con cosas más especulativas sobre la energía oscura.

Déjalo ser$G_{\mu \nu}=R_{\mu \nu}-\frac{1}{2}Rg_{\mu \nu}$. Cualquier ecuación que sea directamente proporcional a$G_{\mu \nu}$siempre admitirá una constante cosmológica$\beta \in \Bbb{R}$como generalización. Esta es la razón por la que Einstein lo introdujo "ad-hoc" en primer lugar, una decisión de la que parecía arrepentirse como su mayor error . La razón es que el gradiente de ambos$G_{\mu \nu}$y$g_{\mu \nu}$desaparece, y por lo tanto también$\alpha G_{\mu \nu}$y$\beta g_{\mu \nu}$con$\alpha, \beta \in \Bbb{R}$.

A partir de la EFE

En conclusión, las preguntas de este tipo en realidad están preguntando: "¿se conservan la energía y el impulso o no?".

No, no es una constante. En estos días preferimos llamarlo un parámetro.

EDITAR

Me han pedido que amplíe la publicación. Puede haber numerosas formas de explicar por qué el parámetro cambia con el tiempo, pero una explicación infalible dice que la métrica cambia con la expansión. Dado que la energía del vacío es manifiestamente importante para cualquier definición del vacío, una variación en la métrica implica un cambio en la energía del vacío a medida que se expande.

También puede pensar que es una regla explícita que la energía del estrés se conserva

$T^{\mu \nu}_{:\nu} = 0$

(Como en a) se debe conservar el caso, pero el cosmólogo Lloyd Motz señala que la conservación es una suposición infundada.

Susskind también expresa en sus conferencias en línea que el CC NO es una constante y se refiere al requisito de llamarlo un parámetro.