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A constante cosmológica, introduzida há um século por Albert Einstein em sua teoria da relatividade geral, é um espinho no lado dos físicos. A diferença entre a previsão teórica deste parâmetro e sua medição com base em observações astronômicas é da ordem de 10 121 . Não é surpresa saber que essa estimativa é considerada a pior de toda a história da física. Em um artigo a ser publicado em Letras de Física B , um pesquisador da Universidade de Genebra (UNIGE), Suíça, propõe uma abordagem que pode aparentemente resolver essa inconsistência. A ideia original do artigo é aceitar que outra constante - a gravitação G universal de Newton, que também faz parte das equações da relatividade geral - pode variar. Esta descoberta potencialmente importante, que foi recebido positivamente pela comunidade científica, ainda precisa ser perseguido a fim de gerar previsões que possam ser confirmadas (ou refutadas) experimentalmente.
“Meu trabalho consiste em uma nova manipulação matemática das equações da relatividade geral que finalmente torna possível harmonizar teoria e observação sobre a constante cosmológica, "diz Lucas Lombriser, professora assistente do Departamento de Física Teórica da Faculdade de Ciências da UNIGE e única autora do artigo.
Expansão em aceleração total
A constante cosmológica Λ (lambda) foi introduzida nas equações da relatividade geral por Einstein há mais de um século. O célebre físico precisava da constante para garantir que sua teoria fosse compatível com um universo que ele acreditava ser estático. Contudo, em 1929, outro físico - Edwin Hubble - descobriu que as galáxias estão se afastando umas das outras, um sinal de que o universo está realmente se expandindo. Ao aprender isso, Einstein lamentou o fato de ter introduzido a constante cosmológica, que se tornou inútil aos seus olhos, e até o descreveu como "o maior erro da minha vida".
Em 1998, a análise precisa de supernovas distantes ofereceu a prova de que a expansão do universo, longe de ser constante, está realmente acelerando, como se uma força misteriosa estivesse inchando o cosmos cada vez mais rapidamente. A constante cosmológica foi então mais uma vez chamada para descrever o que os físicos chamam de "energia do vácuo" - uma energia cuja natureza é desconhecida (falamos sobre energia escura, quintessência, etc.), mas que é responsável pela expansão acelerada do universo.
As observações mais precisas de supernovas, e especialmente da radiação cósmica de fundo (radiação de micro-ondas que vem de todas as partes do céu e que é considerada remanescente do Big Bang), tornaram possível medir um valor experimental para esta constante cosmológica. O resultado é uma figura muito pequena (1,11 × 10 -52 m -2 ) que, no entanto, é grande o suficiente para gerar o efeito desejado de expansão acelerada.
Grande lacuna entre teoria e observação
O problema é que o valor teórico da constante cosmológica é muito diferente. Este valor é obtido usando a teoria quântica de campos:ela sustenta que pares de partículas em uma escala muito pequena são criados e destruídos quase instantaneamente em todos os pontos do espaço e a qualquer momento. A energia dessa "flutuação do vácuo" - um fenômeno muito real - é interpretada como uma contribuição para a constante cosmológica. Mas quando seu valor é calculado, uma figura enorme é obtida (3,83 × 10 +69 m -2 ), que é amplamente incompatível com o valor experimental. Esta estimativa representa a maior lacuna já obtida (por um fator de 10 121 ) entre a teoria e a experiência na ciência.
Este problema da constante cosmológica é um dos assuntos "mais quentes" da física teórica atual, e está mobilizando numerosos pesquisadores em todo o mundo. Todo mundo está olhando para as equações da relatividade geral de todos os lados na tentativa de desenterrar ideias que resolverão a questão. Embora várias estratégias tenham sido apresentadas, não há consenso geral para o momento.
Professor Lombriser, para a parte dele, teve a ideia original há alguns anos de introduzir uma variação na constante universal de gravitação G (de Newton) que aparece nas equações de Einstein. Isso significa que o universo em que vivemos (com um G de 6,674 08 × 10 -11 m 3 / kg s 2 ) torna-se um caso especial entre um número infinito de possibilidades teóricas diferentes.
Após vários desenvolvimentos e hipóteses, A abordagem matemática do professor Lombriser significa que é possível calcular o parâmetro ΩΛ (ômega lambda), que é outra maneira de expressar a constante cosmológica, mas que é muito mais fácil de manipular. Este parâmetro designa também a fração atual do universo que é composta de energia escura (o resto sendo composto de matéria). O valor teórico obtido pelo físico baseado em Genebra é 0,704 ou 70,4 por cento. Este número está de acordo com a melhor estimativa experimental obtida até o momento, 0,685 ou 68,5 por cento, afirmando que esta é uma grande melhoria em relação aos 10 121 discrepância.
Este sucesso inicial agora precisa ser seguido por análises adicionais, a fim de verificar se a nova estrutura proposta por Lombriser pode ser usada para reinterpretar ou esclarecer outros mistérios da cosmologia. O físico já foi convidado a apresentar e explicar sua abordagem em congressos científicos, o que reflete o interesse demonstrado pela comunidade.
