Puede que no sea obvio para aquellos de nosotros solo lidiando con preocupaciones más mundanas, pero para los cosmólogos empeñados en desbloquear los secretos más profundos del universo, no hay escasez de problemas para mantenerlos despiertos por la noche. La “materia oscura” es la explicación abreviada para estrellas y galaxias que se mueven mucho más rápidamente de lo que debería permitir la gravedad de su materia luminosa. No olvidemos también la “energía oscura”: la solución preferida al misterio del universo que se expande más rápido de lo que nadie esperaba y lo hace a un ritmo acelerado. Mientras tanto, una forma hipotética de energía oscura “evolucionada” podría resolver algo llamado tensión del Hubble, el término utilizado para un desacuerdo importante entre los investigadores sobre la tasa de expansión cósmica actual.
Los cosmólogos han estado perdiendo el sueño por tales dilemas durante generaciones, preguntándose qué ingredientes faltantes necesitan para agregar a sus modelos para arreglar lo que parecen ser las brechas evidentes en su comprensión. Pero, ¿qué pasa si la respuesta a algunos, tal vez incluso todos, de estos problemas no es una nueva teoría radical, sino más bien una vieja, ideada hace casi un siglo por nada menos que el propio Albert Einstein? Se llama gravedad teleparalela, y según una colección suelta de teóricos que lo estudian, esta teoría merece una mirada más cercana de la comunidad científica más amplia.
Materia oscura, energía oscura, la tensión del Hubble: sustituyendo estas teorías es la teoría general de la relatividad de Einstein, que trata el espacio y el tiempo como una “hora espacial” unificada y considera la gravedad como la curvatura del espacio -tiempo. Quizás, entonces, la respuesta es modificar, cambiar o actualizar la relatividad en sí misma para obtener una nueva comprensión de la gravedad en lugar de hipotetizar las misteriosas sustancias y fuerzas oscuras. Pero a lo largo de las décadas, los teóricos que buscan este enfoque general han entregado resultados mixtos en el mejor de los casos.
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El mejor ejemplo puede modificarse la dinámica newtoniana (Mond), un esfuerzo para desterrar la materia oscura que, Según algunas investigacionestodavía tiene que permitir la existencia de alguno materia oscura. Una adición más reciente, doblada Cosmología “Timescape”busca dar cuenta de la energía oscura afirmando que los “vacíos” gigantescos de la materia en el cosmos son mucho más grandes de lo que la mayoría de las otras mediciones dicen que pueden ser. Ninguna de estas posibles soluciones viene sin sus propios problemas.
Entonces, si estas nuevas ideas no están funcionando, ¿por qué no volver al viejo maestro? En 1928, aproximadamente una década después de completar su mayor logro científico, la relatividad general, Einstein comenzó a trabajar en una forma alternativa de esta preciada idea. Su sueño era encontrar un solo conjunto de ecuaciones que pudieran describir tanto la gravedad como el electromagnetismo. Su ídolo James Secretario Maxwell logró tal hazaña a principios de la década de 1860, utilizando un solo conjunto de ecuaciones para describir la electricidad, el magnetismo y la radiación, y Einstein esperaba seguir los pasos de Maxwell.
La curvatura es el concepto central de relatividad general. La materia y la energía le dicen a Spacetime cómo doblarse, curva y deformación. A su vez, esa flexión de SpaceTime le dice a la materia cómo moverse. Einstein pudo usar este lenguaje matemático para describir la gravedad, que fue un gran éxito por derecho propio, pero no fue suficiente para él. La teoría también no pudo describir la fuerza electromagnética. Entonces recurrió a otro enfoque que ofrecía más flexibilidad: torsión. En esta versión “teleparalela” de la gravedad, la materia y la energía le dicen a SpaceTime cómo girary esa retorcida ondas hacia afuera para afectar todo lo demás.
A pesar de que Einstein esperaba que este nuevo concepto pudiera llevar la gravedad y el electromagnetismo a la misma teoría, nunca encontró un camino hacia su unificación anhelada, y la gravedad teleparalela parecía morir con él, ya que los físicos centraron sus esfuerzos en explorar el poderoso y paradójico mundo cuántico.
Pero a lo largo de los años, los teóricos aquí y allá revisaron el modelo de Einstein, hurgando a través de sus restos por cualquier cosa interesante enterrada en los cálculos. Descubrieron que si abandonaban el intento de Einstein de incorporar el electromagnetismo, podrían formular versiones de teleparalelismo que eran equivalentes al lenguaje matemático típico de la curvatura en la relatividad general. En otras palabras, si está tratando de resolver algún problema en la gravedad, puede elegir su elección del modelo básico, la curvatura o la torsión, y obtener los mismos resultados.
Además, en 2017 una sola observación sacudió el mundo de las teorías de gravedad modificada. Ese año Observaciones de una estrella de neutrones fusionar reveló que las ondas gravitacionales y las olas electromagnéticas llegaron a la tierra dentro de tres segundos el uno del otro—Despuesto a atravesar una distancia de 130 millones de años luz. Esto implica fuertemente que la gravedad y la luz viajan esencialmente a la misma velocidad. Debido a que muchas teorías de gravedad modificada predijeron diferencias pequeñas pero significativas entre esas velocidades, se descartaron casi al instante.
Pero el teleParalelismo sobrevivió porque permite que la gravedad se mueva a velocidad de la luz.
En comparación con la obra maestra de Einstein, la gravedad teleparalela ha una estructura matemática mucho más rica y complicada. Y eso es realmente decir algo, teniendo en cuenta que la relatividad general consiste en 10 ecuaciones interconectadas de 10 complejos. La complejidad numérica del teleparalelismo es tanto una bendición como una maldición. Por un lado, ofrece muchas oportunidades para crear ajustes y ajustes a la gravedad, que pueden sobrevivir a todas las pruebas experimentales actuales, pero aún así se manifiestan de manera que explican la materia oscura y la energía oscura.
Por otro lado, la complejidad establece una curva de aprendizaje brutal para los aspirantes a nuevos teóricos, al tiempo que dificulta que la teoría genere predicciones viables y comprobables. Y para la comunidad en general, todo esto hace que discernir cuál es una buena idea teleParalelo y que es basura extremadamente difícil. Y la complejidad adicional además de la relatividad da la teoría Alguna ambigüedad preocupante. No siempre está claro que las ricas estructuras matemáticas puedan conectarse de manera confiable con la realidad física, en otras palabras, que las matemáticas No solo explotará en tu cara Cuando intentas aplicarlo a escenarios realistas. Esa es probablemente la razón por la cual gran parte de la investigación actual sobre la gravedad teleparaalela existe en gran medida fuera de la corriente principal.
Pero aún así, se han hecho progresos. Las consultas sobre la gravedad teleparalela siguen dos ramas básicas. Una rama explora la teoría misma y su conexión con la relatividad general. La teoría de Einstein ha sobrevivido a una serie de verificación experimental, desde las órbitas de los planetas en el sistema solar hasta el comportamiento de los agujeros negros. ¿Puede el teleParalelismo realmente considerarse igualmente viable? Bajo sus auspicios, haz agujeros negros Todavía parece agujeros negros? Hace el Big Bang sigue procediendo? Hacer estrellas y galaxias todavía actuar como estrellas y galaxias?
Hasta ahora, la respuesta parece ser sí, que impulsa la otra rama de la investigación teleparalela: el uso de teleparalelismo para explicar aspectos del universo que siguen siendo misteriosos bajo la relatividad general de vainilla. Por ejemplo, podría ser posible formular una versión de la gravedad teleParalela que pasa cada prueba experimental pero elimina el necesidad de materia oscura— O uno que explica el Expansión acelerada del universo. o resuelve el Tensión del bosque.
Estos intentos están solo en sus etapas iniciales. Existe un tremendo cuerpo de evidencia de la existencia de materia oscura y la expansión aceleradora del universo y la realidad de la tensión del Hubble. Encontrar explicaciones para todo mientras se asegura de que todas las observaciones permanezcan consistentes y obedecidas es difícil, especialmente cuando se trata de una teoría compleja y poco entendida.
Y luego hay un desafío aún mayor: convencer a los mejores escépticos, científicos mismos, que este es un enfoque válido. Eso tomaría una enorme cantidad de esfuerzo, con la naturaleza misma como el árbitro final. Pero hay una poderosa recompensa: si surge una teoría prometedora que se ajusta a la perfección con nuestro panorama general prevaleciente del cosmos al tiempo que elimina al menos uno de los acertijos cosmológicos correspondientes, y, lo más importante, al tiempo que también hace una nueva predicción verdaderamente probable, que sería un ruptura al menos tan momentáneo como el einstein cuando se proponió una primera espacetiempos preciada. Esa es una tarea difícil, para decirlo suavemente.
¿Pero quién sabe? Ciertamente no tú o yo, todavía no de todos modos. Tal vez Einstein tenía razón todo el tiempo, incluso si no se dio cuenta en ese momento. Y todo lo que se necesitó fue un pequeño giro.