A energia escura poderia ser causada por uma reação ao que está no Universo?
O composto UV-visível-IR completo do XDF; a maior imagem já divulgada do Universo distante. Todas as galáxias mostradas aqui acabarão acelerando para longe de nós a uma velocidade maior que a da luz, graças à energia escura. Crédito da imagem: NASA, ESA, H. Teplitz e M. Rafelski (IPAC/Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Arizona State University) e Z. Levay (STScI).
A força do espaço vazio nem sempre é zero. Veja como um experimento eletromagnético pode ser a chave para a energia escura.
Outro teste muito bom que alguns leitores podem querer pesquisar… é o efeito Casimir, onde as forças entre placas de metal no espaço vazio são modificadas pela presença de partículas virtuais. – Gordon Kane
A maioria das forças e fenômenos no Universo têm causas que podem ser facilmente descobertas. Dois objetos massivos experimentam uma força gravitacional devido ao fato de que o espaço-tempo é curvado pela presença de matéria e energia. O Universo se expandiu ao longo de sua história por causa da mudança da densidade de energia do Universo e das condições iniciais de expansão. E todas as partículas no Universo experimentam as interações que fazem por causa das regras conhecidas da teoria quântica de campos e da troca de bósons vetoriais. Das menores partículas subatômicas às maiores escalas de todas, as mesmas forças estão em jogo, mantendo tudo, desde prótons até pessoas, planetas e galáxias juntos.
Crédito da imagem: usuário Qashqaiilove da Wikipédia / Wikimedia Commons.
Mesmo alguns dos fenômenos mais misteriosos têm explicações subjacentes que são bem compreendidas. Não sabemos como pode haver mais matéria do que antimatéria no Universo, mas sabemos que as condições que precisamos para isso – violação do número bariônico, condições fora de equilíbrio e violação de C e CP – existem. Não sabemos qual é a natureza da matéria escura, mas suas propriedades genéricas, onde está localizada e como ela se aglomera são bem compreendidas. E não sabemos se os buracos negros preservam informações ou não, mas entendemos os estados finais e iniciais desses objetos, bem como como eles surgem e o que acontece com seus horizontes de eventos ao longo do tempo.
Ilustração de um buraco negro e seu disco de acreção circundante, acelerado e infall. Crédito da imagem: NASA.
Mas há uma coisa que não entendemos nada: a energia escura. Claro, podemos medir a aceleração do Universo e determinar exatamente qual é a magnitude dele. Mas por que temos um Universo com um valor diferente de zero para a energia escura? Por que deveria o espaço vazio, desprovido de tudo - não importa, sem curvatura, sem radiação, sem nada — tem uma energia positiva, diferente de zero? Por que deveria fazer com que o próprio Universo se expandisse a uma taxa sempre positiva, nunca chegando a zero? E por que essa quantidade de energia que tem ser tão incrivelmente pequena, que foi completamente imperceptível nos primeiros bilhões de anos da história do Universo, e só veio a dominar o Universo na época em que a Terra estava sendo formada?
Discos protoplanetários, com os quais todos os sistemas solares são formados, se fundirão em planetas ao longo do tempo. Crédito da ilustração: NAOJ.
Há muito espaço vazio, e sabemos que existem campos quânticos por toda parte. Não há regiões do Universo onde as forças gravitacionais, eletromagnéticas ou nucleares não possam alcançar; eles estão absolutamente em toda parte. Se tentarmos calcular o que chamamos de valor de expectativa de vácuo (VEV) dos diferentes campos quânticos, primeiro só podemos fazê-lo aproximadamente, porque há um número infinito de termos que podemos escrever que vão para uma ordem arbitrariamente alta. Se truncarmos a série em qualquer ponto, podemos somar quais são as contribuições aproximadas e acabamos muito desapontados.
Alguns termos que contribuem para a energia do ponto zero na eletrodinâmica quântica. Crédito da imagem: R. L. Jaffe, de https://arxiv.org/pdf/hep-th/0503158.pdf .
Acabamos com contribuições que são aproximadamente 120 ordens de magnitude muito grandes, tanto positivas quanto negativas. Tanto quanto podemos dizer, eles não cancelem exatamente, e mesmo que o fizessem, ainda temos aquele problema observacional irritante de que o Universo não está em colapso, desacelerando ou assintomático a uma taxa zero; está realmente, verdadeiramente acelerando. De alguma forma, há uma energia pequena, mas diferente de zero, inerente ao próprio espaço.
Os quatro destinos possíveis do nosso Universo no futuro; o último parece ser o Universo em que vivemos, dominado pela energia escura. Crédito da imagem: E. Siegel.
Talvez a maior questão teórica de todas seja Por quê . Nós literalmente não temos uma boa explicação para qual é a causa dessa energia escura. Recentemente analisamos a possibilidade de que são neutrinos congelados , ou pode ser um sintoma de termos algo de errado com o Universo em expansão . Mas há outra possibilidade que recebe muito pouca atenção que deveria receber muito mais: pode ser uma propriedade do próprio espaço vazio causada pela presença de outras coisas – limites efetivos – no Universo.
E a razão pela qual isso é possível é porque este é um efeito que sabemos que existe: o Efeito Casimiro .
Uma ilustração do efeito Casimir e como as forças do lado de fora das placas são diferentes das forças do lado de dentro. Crédito da imagem: usuário do Wikimedia commons Emok, sob uma licença c.c.a.-by-s.a.-3.0.
Qual é a força eletromagnética do espaço vazio? Não é nada, claro. Você nem estaria errado em dizer que não é nada. Mas coloque duas placas de metal a uma distância finita, e então pergunte qual é a força eletromagnética, e você a encontrará. não é zero! Devido ao fato de que alguns dos modos de flutuação de vácuo são proibidos devido aos limites das placas, não apenas prevemos mas meça uma força diferente de zero entre essas placas, surgindo de nada além do próprio espaço vazio. Ao que tudo indica, todo das forças, incluindo a força gravitacional , também exibem um efeito Casimir.
Um mapa de mais de um milhão de galáxias no Universo, onde cada ponto é sua própria galáxia. Crédito da imagem: Daniel Eisenstein e a colaboração SDSS-III.
Então, o que acontece se aplicarmos esse efeito a todo o Universo e tentarmos calcular qual deve ser o efeito? A resposta é simples: obtemos algo que tem uma forma consistente com a energia escura, embora – mais uma vez – a magnitude esteja errada. Isso é muito possivelmente, no entanto, uma função do fato de que nós não sabemos como são as condições de contorno do Universo, ou como calcular esse efeito gravitacional quântico muito bem. Mas é uma possibilidade incrível e bem pesquisada que tem muitos desenvolvimentos interessantes em andamento na última década.
A reconstrução 3D de 120.000 galáxias e suas propriedades de agrupamento, inferidas de seu desvio para o vermelho e formação de estruturas em grande escala. Crédito da imagem: Jeremy Tinker e a colaboração SDSS-III.
Mapear o Universo pode ser a parte mais fácil. Talvez não seja um avanço observacional ou experimental que nos leve a entender a energia escura, a força mais indescritível do Universo. Talvez seja um teórico que é necessário. E talvez está relacionado para a anomalia do traço , talvez seja uma quantidade dinâmica que é mudou ao longo do tempo , e talvez seja mesmo um sinal de dimensões extras . O Universo está lá fora, e só recentemente descobrimos esse segredo mais difícil de explicar. Talvez a solução, se formos cuidadosos, esteja na física que já conhecemos.
Esta postagem apareceu pela primeira vez na Forbes , e é oferecido a você sem anúncios por nossos apoiadores do Patreon . Comente em nosso fórum , & compre nosso primeiro livro: Além da Galáxia !
Compartilhar:
