¿Por qué interpretamos la expansión acelerada del universo como la prueba de la existencia de la energía oscura?

La expansión acelerada del universo no es una evidencia directa de la energía oscura, es decir, una contribución fluida perfecta al tensor de tensión-energía con$w = -1$. La energía oscura es, con mucho, la cosa más simple que se ajusta bien a los datos.

Es simple para los cosmólogos porque están acostumbrados a tratar la materia en forma de fluidos perfectos, y la energía oscura es solo otra. Y es simple para los físicos de partículas porque puede obtenerse de un término constante en el Lagrangiano, el término más simple posible.

En el nivel clásico, la distinción que estás haciendo no es realmente importante. Una constante cosmológica, que usted llama una "modificación de la gravedad", equivale a agregar un término constante al Lagrangiano. Pero la descripción estándar de la energía oscura también equivale a agregar un término constante al Lagrangiano. Son exactamente lo mismo: una constante es una constante, no viene con una pequeña etiqueta que diga si es "de" la gravedad o algo más. Ninguna es más elegante porque funcionalmente todas las ecuaciones resultan iguales. Es una diferencia filosófica, no una diferencia real.

Pero la situación cambia drásticamente cuando se tienen en cuenta los efectos cuánticos. Eso es porque sabemos que QFT genéricamente produce energía de vacío, es decir, genera un término constante en el Lagrangiano, independientemente de si colocamos ese término en forma clásica o no. Entonces, incluso si explica la expansión acelerada por algún otro mecanismo, debe explicar por qué este no está en efecto. Este es un argumento difícil de hacer, porque la contribución de QFT ya es demasiado grande, incluso si solo confía en escalas de energía diminutas como$1 \text{ eV}$!

Por supuesto, hay espacio para trabajar en teorías alternativas, como la quintaesencia y la energía fantasma; estos son funcionalmente diferentes porque corresponden a un fluido perfecto con$w \neq -1$. En la actualidad, las restricciones observacionales muestran que la aceleración solo puede explicarse por un fluido perfecto adicional si ese componente tiene$w = -1$dentro de un 20% de precisión. Si lo desea, puede pensar en estas teorías como una modificación de la gravedad simplemente moviendo sus contribuciones al otro lado de la ecuación de campo de Einstein.

Mi impresión es que estas teorías simplemente ignoran la energía del vacío QFT sin explicación. Ese es el verdadero elefante en la habitación, y probablemente la razón por la que tan pocos físicos trabajan para explicar la expansión acelerada. Tenemos un mecanismo automático para explicar la expansión, y ese mecanismo parece ser$10^{120}$veces más potente de lo que debería ser. Parece prematuro comenzar a considerar mecanismos adicionales antes de comprender este primero, y parece que no hay comprensión posible ahora, excepto a través del tan odiado principio antrópico. La explicación última de la expansión será tarea de físicos de otro milenio.

Navaja de Occam, la solución más simple es probablemente la correcta. La teoría de la Energía Oscura se ajusta a todos los datos y fue postulada oblicuamente por Tesla. La hermana de la gravedad es el campo / fuerza del magnetismo que actúa a través del espacio vacío, por ejemplo, que puede tratarse en matemáticas de dimensiones superiores al igual que la energía oscura y la gravedad. La mecánica del espacio-tiempo implica operaciones en las otras dimensiones que no percibimos.