el fluido oscuro es una teoría alternativa tanto a la materia oscura como a la energía oscura, y trata de explicar ambos fenómenos en un solo marco. [1] [2] [ dudoso ]
El fluido oscuro propone que la materia oscura y la energía oscura no sean fenómenos físicos separados como se pensaba anteriormente, ni tienen orígenes separados, sino que están fuertemente vinculados entre sí y pueden considerarse como dos facetas de un solo fluido. En las escalas galácticas, el fluido oscuro se comporta como la materia oscura, y en escalas más grandes su comportamiento se vuelve similar a la energía oscura. Nuestras observaciones dentro de las escalas de la Tierra y el Sistema Solarson actualmente insuficientes para explicar los efectos gravitacionales observados en escalas más grandes. [ cita requerida ]Se ha demostrado que un fluido oscuro simple con masa negativatiene las propiedades necesarias para explicar tanto la materia oscura como lala energía oscura .
Descripción general [ editar ]
Dos grandes interrogantes han surgido en la astrofísica y la cosmología en los últimos tiempos, ambos relacionados con las leyes de la gravedad . La primera fue la comprensión de que no hay suficientes estrellas visibles o gas dentro de las galaxias para dar cuenta de su alta tasa de rotación . La teoría de la materia oscurafue creada para explicar este fenómeno. Teoriza que las galaxias giran tan rápido como lo son porque hay más materia en esas galaxias (incluida nuestra propia Vía Láctea ) que la que se puede ver contando la masa de estrellas y gas solo, y que esta materia invisible (oscura) es Invisible porque no interactúa con la fuerza electromagnética. De donde provienen todas las formas de luz.
El segundo dilema provino de las observaciones de un tipo muy específico de supernova , conocida como supernova de Tipo Iautilizada como una vela estándar : cuando se compararon en galaxias distantes frente a cercanas, se descubrió que la supernova distante era más débil, y por lo tanto más lejos de lo esperado. Esto implicaba que el Universo no solo se estaba expandiendo, sino que también aceleraba su expansión . La teoría de la energía oscura fue creada para explicar este fenómeno.
El enfoque tradicional para modelar los efectos de la gravedad supone que la relatividad general es tan válida a escalas cosmológicas como lo es en el Sistema Solar, donde sus predicciones se han probado con mayor precisión. Sin embargo, no cambiar las reglas de la gravedad implica la presencia de materia oscura y energía oscura en partes del Universo donde la curvatura de la variedad espacio-tiempo es mucho menor que en el Sistema Solar. Es fenomenológicamente posible alterar las ecuaciones de la gravedad en regiones de baja curvatura espacio-tiempo, de modo que la dinámica del espacio-tiempo cause lo que asignamos a la presencia de materia oscura y energía oscura. [5]La teoría del fluido oscuro plantea la hipótesis de que el fluido oscuro es un tipo específico de fluido cuyos comportamientos atractivos y repulsivos dependen de la densidad de energía local. En esta teoría, el fluido oscuro se comporta como materia oscura en las regiones del espacio donde la densidad de bariones es alta. La idea es que cuando el fluido oscuro está en presencia de materia, disminuye la velocidad y se coagula a su alrededor; esto luego atrae más fluido oscuro para coagular alrededor de él, amplificando así la fuerza de gravedad cerca de él. El efecto siempre está presente, pero solo se nota en presencia de una masa muy grande, como una galaxia. Esta descripción es similar a las teorías de la materia oscura, y un caso especial de las ecuaciones del fluido oscuro reproduce la materia oscura. [ cita requerida ]
Por otro lado, en lugares donde hay relativamente poca materia, como en los vacíos entre superclustersgalácticos , esta teoría predice que el fluido oscuro se relaja y adquiere una presión negativa. Así, el fluido oscuro se convierte en una fuerza repulsiva, con un efecto similar al de la energía oscura.
El fluido oscuro va más allá de la materia oscura y la energía oscura, ya que predice un rango continuo de cualidades atractivas y repulsivas en varios casos de densidad de materia. De hecho, los casos especiales de otras teorías gravitacionales se reproducen mediante el fluido oscuro, por ejemplo, inflación , quintaesencia , esencia de k , f (R) , Einstein-Aether generalizado f (K) , MOND , TeVeS , BSTV , etc. La teoría del fluido oscuro también sugiere nuevos modelos, como un cierto modelo f (K + R) que sugiere correcciones interesantes a MOND que dependen del desplazamiento al rojo y la densidad. [ cita requerida ]
Simplificando suposiciones [ editar ]
La teoría del fluido oscuro no se trata como un modelo estándar de mecánica de fluidos , porque muchas de las ecuaciones de la mecánica de fluidos son demasiado difíciles de resolver por completo. Un enfoque mecánico formalizado de fluidos, como el modelo de gas de Chaplygin generalizado , sería un método ideal para modelar esta teoría, pero actualmente requiere demasiados puntos de datos de observación para que sea computacionalmente viable, y aún no hay suficientes puntos de datos disponibles para los cosmólogos. Se realizó un paso de simplificación al modelar la teoría a través de modelos de campo escalar, como se hace en otros enfoques alternativos a la energía oscura y la materia oscura.
principio democrático permite cálculos rápidos, de orden de magnitud, para la fuerza de los efectos gravitomagnéticos , como el arrastre de cuadros . Si bien el principio es bastante intuitivo, no tiene una definición matemática rigurosa.
John Wheeler (1990) sobre la aplicación práctica del principio de Mach para experimentar (pp.232-233):
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- "No es necesario entrar en las matemáticas de la teoría para establecer su simple consecuencia ... Cada masa tiene un poder de" inercia contribuyente ", un poder de voto, igual a su masa, allí, dividida por la distancia desde allí hasta aquí . "
De acuerdo con el principio general de la relatividad , la rotación es una propiedad relativa , y un estado de movimiento que un satélite percibe como "absolutamente no giratorio" es un estado local , dictado en parte por la rotación relativa de las estrellas de fondo, pero también en parte Por la rotación del cuerpo que orbita el satélite. Aplicando el principio democrático, podemos calcular la influencia de estas dos rotaciones en el satélite calculando las contribuciones relativas de estas dos colecciones de massenergy a la intensidad del campo gravitacional de fondo en la ubicación del satélite, y luego ponderando sus contribuciones en el sentido de rotación "en consecuencia.
El modelo DGP es un modelo de gravedad propuesto por Gia Dvali , Gregory Gabadadze y Massimo Porrati en 2000. [1] El modelo es popular entre algunos constructores de modelos , pero se ha resistido a integrarse en la teoría de cuerdas .
Descripción general [ editar ]
El modelo DGP asume la existencia de un espacio Minkowski 4 + 1-dimensional , dentro del cual se inserta el espacio ordinario Minkowski 3 + 1-dimensional. El modelo asume una acción que consta de dos términos: un término es la acción habitual de Einstein-Hilbert , que involucra solo las dimensiones del espacio - tiempo en 4-D . El otro término es el equivalente de la acción de Einstein-Hilbert, que se extiende a las 5 dimensiones. El término 4-D domina a distancias cortas, y el término 5-D domina a distancias largas.
El modelo se propuso en parte para reproducir la aceleración cósmica de la energía oscura sin necesidad de una densidad de energía de vacío pequeña pero no nula . Pero los críticos [2] argumentan que esta rama de la teoría es inestable. Sin embargo, la teoría sigue siendo interesante debido a la afirmación de Dvali de que la estructura inusual del propagador del gravitón hace que los efectos no perturbadores sean importantes en un régimen aparentemente lineal, como el sistema solar. Debido a que no existe una teoría efectiva linealizada de cuatro dimensiones que reproduzca el modelo DGP para la gravedad de campo débil, la teoría evita la discontinuidad de vDVZ que de otra manera plaga los intentos de escribir una teoría de la gravedad masiva.
En 2008, Fang et al. argumentaron que las observaciones cosmológicas recientes (incluidas las mediciones de oscilaciones acústicas bariónicas realizadas por Sloan Digital Sky Survey , y las mediciones del fondo cósmico de microondas y las supernovas de tipo 1a ) están en conflicto directo con la cosmología DGP [3] a menos que una constante cosmológica o alguna otra forma De la energía oscura se añade. [4] Sin embargo, esto niega el atractivo de la cosmología DGP, que acelera sin necesidad de agregar energía oscura.
teoría de Einstein æther , también llamada teoría de æ , es una modificación generalmente covariante de la relatividad general que describe un espacio-tiempo dotado de un campo vectorial métrico y de unidad de tiempo llamado æther . La teoría tiene un marco de referencia preferido y por lo tanto viola la invariancia de Lorentz .
Historia [ editar ]
Las teorías de Einstein-æther fueron popularizadas por Maurizio Gasperini en una serie de artículos, como Singularity Prevention y Broken Lorentz Symmetry en los años ochenta. [1] Además de la métrica de la relatividad general, estas teorías también incluían un campo escalar que correspondía intuitivamente a una noción universal del tiempo . Dicha teoría tendrá un marco de referencia preferido , en el que el tiempo universal es el tiempo real. La dinámica del campo escalar se identifica con la de un éter que está en reposo en el marco preferido. Este es el origen del nombre de la teoría, contiene la gravedad de Einstein más un éter.
Einstein y otras teorías volvieron a la fama a finales de siglo con el artículo Gravity and a Preferred Frame, de Ted Jacobson y David Mattingly. [2] Su teoría contiene menos información que la de Gasperini, en lugar de un campo escalar que da un tiempo universal, contiene solo un campo vectorial unitario que da la dirección del tiempo. Por lo tanto, los observadores que siguen al resto en diferentes puntos no necesariamente envejecerán al mismo ritmo en la teoría de Jacobson-Mattingly.
La existencia de un vector de tiempo dinámico y preferido rompe la simetría de Lorentz de la teoría, más precisamente rompe la invariancia bajo refuerzos . Esta ruptura de simetría puede llevar a un mecanismo de Higgs para el gravitón que alteraría la física de larga distancia, quizás dando como resultado una explicación de los datos recientes de supernovas que de otra manera serían explicados por una constante cosmológica . El efecto de romper la invariancia de Lorentz en la teoría cuántica de campos tiene una larga historia que se remonta, al menos, al trabajo de Markus Fierz y Wolfgang Pauli en 1939. Recientemente ha recuperado popularidad, por ejemplo, con el periódicoTeoría del campo efectivo para Gravitones masivos y gravedad en el espacio de la teoría por Nima Arkani-Hamed , Howard Georgi y Matthew Schwartz. [3] Las teorías de Einstein-æther proporcionan un ejemplo concreto de una teoría con la rotura de la invariabilidad de Lorentz y, por lo tanto, han demostrado ser un escenario natural para tales investigaciones. En 2004, Eling, Jacobson y Mattingly escribieron una revisión de la teoría de Einstein æther a partir de 2004. [4]
La acción [ editar ]
La acción de la teoría de Einstein æther generalmente se considera que consiste en la suma de la acción de Einstein-Hilbert con un multiplicador de Lagrange λ que garantiza que el vector de tiempo sea un vector unitario y también con todos los términos covariantes relacionados con el vector de tiempo u pero teniendo como máximo dos derivados.
En particular, se supone que la acción puede escribirse como la integral de una densidad lagrangiana local
donde G N es la constante de Newton y g es una métrica con la firma Minkowski . La densidad lagrangiana es
Aquí los c i son parámetros ajustables adimensionales de la teoría.
Soluciones [ editar ]
Estrellas [ editar ]
Se han encontrado varias soluciones esféricamente simétricas a la teoría de æ. Recientemente, Christopher Eling y Ted Jacobson han encontrado soluciones que se parecen a las estrellas [5] y soluciones que se parecen a los agujeros negros . [6]
En particular, demostraron que no hay soluciones esféricas simétricas en las cuales las estrellas se construyan enteramente de la otra. Las soluciones sin materia adicional siempre tienen singularidades desnudas o bien dos regiones asintóticas del espacio-tiempo, que se asemejan a un agujero de gusano pero sin horizonte . Han argumentado que las estrellas estáticas deben tener otras soluciones estáticas , lo que significa que los puntos apuntan en la dirección de un vector de matanza temporal .
Agujeros negros y problemas potenciales [ editar ]
Sin embargo, esto es difícil de reconciliar con los agujeros negros estáticos, ya que en el horizonte de eventos no hay vectores Killing temporales disponibles, por lo que las soluciones de los agujeros negros no pueden tener otros estáticos. Así, cuando una estrella se colapsa para formar un agujero negro, de alguna manera el éter debe eventualmente volverse estático incluso muy lejos del colapso.
Además, el tensor de tensión obviamente no satisface la ecuación de Raychaudhuri , es necesario recurrir a las ecuaciones de movimiento. Esto contrasta con las teorías sin otras, donde esta propiedad es independiente de las ecuaciones de movimiento.
Restricciones experimentales [ editar ]
En Dinámica Universal de Violación de Lorentz espontánea y una Nueva Fuerza de la Ley del Cuadrado Inverso Dependiente de Vuelta, Nima Arkani-Hamed , Hsin-Chia Cheng, Markus Luty y Jesse Thaler han examinado las consecuencias experimentales de la ruptura de las simetrías de refuerzo inherentes a otras teorías. Han descubierto que el bosón de Goldstone resultante conduce, entre otras cosas, a un nuevo tipo de radiación de Cherenkov .
Además, han argumentado que las fuentes de espín interactuarán a través de una nueva ley de ley de cuadrado inverso con una dependencia angular muy inusual. Ellos sugieren que el descubrimiento de tal fuerza sería una evidencia muy fuerte para otra teoría, aunque no necesariamente la de Jacobson, et al.
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