Leí en alguna parte que Einstein o Newton creían que el universo era completamente estático, donde ni se expandía ni se contraía, sino que simplemente permanecía fijo. Se concluyó que debido a la fuerza de atracción entre todas y cada una de las partículas del universo, el universo colapsaría finalmente sobre sí mismo. Para compensar esto, se teorizó una fuerza de repulsión de la gravedad (la antigravedad proverbial), que a medida que aumentaba la distancia entre partículas, la fuerza también aumentaría. La teoría fue reprendida más tarde, una de las razones era que si una partícula se acercaba o alejaba ligeramente de la otra, las fuerzas de repulsión o atracción dominarían a la otra y el universo se expandiría o contraería, contradiciendo así la teoría del universo estático.
Sin embargo, como ahora sabemos que el universo se está expandiendo a un ritmo acelerado, ¿puede ser que esto se deba a que las fuerzas de repulsión de la gravedad superan a sus fuerzas de atracción?
Solo como una pregunta al pie de página: ¿la aceleración de la expansión es lineal o creciente?
El modelo simplificado del universo utilizado en discusiones como esta es la métrica FLRW . Por el tono de su pregunta, supongo que no está buscando un tratamiento matemático detallado, así que permítame extraer la ecuación que responde a su pregunta. Esta es una de las dos ecuaciones de Friedmann :
(esta es una forma simplificada que ignora la presión, que es una buena aproximación para todo excepto para la evolución muy temprana del universo).
El lado izquierdo de la ecuación es básicamente la aceleración del universo. Entonces, si el lado izquierdo es menor que cero, la tasa de expansión disminuye y si el lado izquierdo es mayor que cero, la tasa de expansión aumenta. Si el lado izquierdo es exactamente cero, entonces la tasa de expansión es constante.
En el lado derecho de la ecuación (1) y son constantes positivas y es la densidad de la materia mientras es la constante cosmológica .
Tenga en cuenta que en el lado derecho el término y tienen signos diferentes, por lo que se oponen entre sí. Si hacemos la constante cosmológica entonces obtenemos:
Entonces, la aceleración es negativa, es decir, la expansión se está desacelerando. Esto tiene sentido, porque la materia atrae a la materia debido a la gravedad, por lo que si solo hay materia en el universo, esperamos que su atracción gravitatoria mutua frene la expansión. Ahora que pasa si sacamos todo el asunto asi que ya ? Obtenemos:
Esta vez la aceleración es positiva, es decir, la expansión se está acelerando. La constante cosmológica, en efecto, crea una repulsión gravitatoria que separa el universo. Esta es la fuerza de repulsión de la que hablas en tu pregunta.
El modelo original de Einstein ajustó las constantes y por lo que la densidad de la materia y los términos de la constante cosmológica estaban exactamente equilibrados y la aceleración era cero. Con algunos otros ajustes, esto conduce a un universo estático que no se expande ni se contrae. Sin embargo, como usted dice, esto resulta ser un equilibrio inestable y, en cualquier caso, es una construcción bastante artificial y estoy seguro de que Einstein se alegró de ver la parte de atrás.
Hay un par de puntos en su pregunta aún por responder. En primer lugar, usted pregunta:
Sin embargo, como ahora sabemos que el universo se está expandiendo a un ritmo acelerado, ¿puede ser que esto se deba a que las fuerzas de repulsión de la gravedad superan a sus fuerzas de atracción?
y la respuesta es que sí, desde hace unos 6 mil millones de años la plazo ha sido mayor que el plazo, por lo que durante los últimos 6 mil millones de años la tasa de expansión ha ido en aumento. Su último punto es un poco más complicado:
Solo como una pregunta al pie de página: ¿la aceleración de la expansión es lineal o creciente?
En lo anterior he asumido que el término repulsivo es una constante cosmológica. Si esto es cierto, la tasa de aceleración eventualmente se volverá constante. En este punto, el universo se expandirá exponencialmente, es decir, duplicará su tamaño cada años, donde es una constante
Sin embargo, es posible que el término repulsivo sea más complicado que una constante cosmológica. Por ejemplo, podría ser una forma de energía oscura llamada quintaesencia . En ese caso, no es necesariamente constante, y la aceleración de la tasa de expansión puede aumentar o disminuir. No tenemos teorías firmes sobre qué es la quintaesencia o cómo se comporta, por lo que es imposible comentar en este momento.
La evidencia experimental actualmente es compatible con una constante cosmológica simple, aunque estos son experimentos difíciles y la precisión no es lo suficientemente grande como para descartar la quintaesencia.
La expansión acelerada del Universo es un efecto de fuerzas repulsivas POR DEFINICIÓN. El apodo de la razón de estas fuerzas es "energía oscura".
El problema es que Einstein término es una adición muy simple a las ecuaciones. Podría agregarse incluso si Einstein no quisiera hacer el Universo estático. Así que es una gran posibilidad, que Einstein no adivinó.
Tenga en cuenta que hasta que se descubrió la aceleración, término se consideró completamente erróneo. Y fue una sorpresa, cuando pareció útil. Sin embargo, es una adición muy simple sin motivos de peso.
Entonces término modela una propiedad intrínseca global de nuestro Universo.
Hay otras posibilidades, como la quintaesencia . La diferencia es que la quintaesencia puede viajar de un lugar a otro provocando que la repulsión sea mayor o menor en diferentes regiones del espacio.