¿Hay algún problema con la idea de que la gravedad es repulsiva a grandes distancias?

Question

Si la gravedad es repulsiva a grandes distancias, ¿sería esto suficiente para explicar la "energía oscura"? ¿Hubo alguna razón para introducir un nuevo concepto (energía oscura) en lugar de limitarse a suponer que la gravedad se vuelve repulsiva a grandes distancias?

Answer 1

Hay algunos problemas que se me ocurren con esta idea -

1. La gravedad tiene que, a cierta distancia, pasar de positiva, a cero, a negativa. Sería interesante conocer esa distancia.

2. ¿Aumentará o disminuirá la repulsión al aumentar la distancia? La hipótesis de la energía oscura indica que la repulsión aumentaría al aumentar la distancia. Lo cual no tiene sentido - ¿qué haría que la repulsión aumentara con la distancia? Si algo (digamos el espacio) hace que aumente, entonces no es gravedad en sentido estricto, porque la gravedad es causada por la masa.

3. La gravedad se entiende como curvatura del espacio(tiempo), causada por la masa. ¿Cómo se espera que la masa cause una curvatura inversa a mayores distancias? que incluso, aumente con la distancia. Lo que significa que no hay límite, la repulsión puede ser infinita a distancias infinitas. Podemos estar seguros de que hay alguna masa a distancias infinitas de cada masa en el universo. Eso significa que cada masa debe ser repelida con una fuerza infinitamente grande.

Answer 2

La gravedad, según la relatividad general (RG), es normalmente atractiva. Normalmente significa que las fuentes de la gravedad, y por tanto las fuentes que determinan la geometría y curvatura del espaciotiempo, tienen densidad de energía positiva, y obedecen a otras condiciones de energía positiva. La presión y otros factores que entran en el tensor de energía de tensión que es la fuente de la curvatura del espaciotiempo pueden, sin embargo, ser negativos para la llamada materia exótica, o campos exóticos. En esos casos, esos factores contribuyen a un efecto repulsivo en la gravedad.

Pero no es repulsiva cuando está lejos, sino en todas partes. La presión negativa contribuye en todas partes, no sólo a distancia.

Es una descripción algo simplista de lo que ocurre. Intentemos ser más específicos. Para ser un poco más exactos, la RG se describe mediante una ecuación que dice, en términos no matemáticos,

Tensor de Einstein = (término constante cosmológica) X escalar de curvatura X tensor métrico + constante X tensor de energía de tensión

El lado izquierdo representa la curvatura, mientras que el lado derecho es el tensor de tensión-energía que representa la materia y la energía, y el término cosmológico. Se dice que el término cosmológico representa la energía oscura.

Nadie sabe lo que es la energía oscura, es un valor constante de energía oscura por unidad de volumen, y es muy muy pequeño. Parece ser constante, las mediciones no indican ninguna variación en lo que se observa más lejos que más cerca (es decir, de la radiación emitida hace mucho tiempo o más reciente). La hipótesis es que se trata de algún campo cuántico exótico, similar al campo que causó la inflación poco después del Big Bang, pero diferente, con presión negativa, causante de la expansión acelerada del universo. Algunos teorizan que podría variar algo a lo largo del espacio y el tiempo (teoría llamada quintaesencia, apropiadamente), pero nada de eso se ha observado. El hecho es que no lo sabemos, pero si se debe a un campo cuántico sería uno exótico. Otros teorizan que hay que modificar la RG, pero ninguna de las modificaciones propuestas ha encontrado pruebas a su favor, hasta ahora.

Cabe señalar que el término cosmológico es tan pequeño que, en esencia, no influye en el efecto de la gravedad para nada, salvo para las distancias cosmológicas. Los agujeros negros se forman en cualquier parte del universo, y ese pequeño efecto repulsivo no supone ninguna diferencia.

La razón por la que supone una diferencia cosmológica es que si el término es una energía constante y una presión repulsiva por unidad de volumen, como parece ser a partir de las observaciones, a medida que el universo y, por tanto, el volumen se expande, hay más de esa energía y presión negativa. Cuando se hace lo suficientemente grande, se convierte en un efecto mayor que el de la materia, la presión y la energía de energía positiva. Eso es lo que ha ocurrido en el universo, donde ahora la energía oscura aporta el 68% del contenido energético total del universo, y por tanto domina. Como resultado, estamos acelerando la expansión. Pero NO es un efecto SOLO a gran distancia, está en todas partes del espaciotiempo. Hace 10.000-12.000 millones de años, y hasta hace unos 5.000 millones de años, dominaba la materia, en todas partes. Más atrás en el tiempo dominaba la energía de radiación, de nuevo en todas partes.