¿Puede la constante cosmológica cambiar con el tiempo?

Question

Este puesto es una especialización del puesto: ¿Puede la proporción de oscuridad energía oscura?

¿Puede el constante cosmológica ¿cambian con el tiempo?

Si es así, ¿hay una medición de esta evolución hasta ahora, y una predicción para el futuro?
¿Cómo se mide ese cambio?

Answer 1

El constante cosmológica es el parámetro $\Lambda$ en la ecuación de Einstein:

$$ G_{\mu\nu} + \Lambda g_{\mu\nu} = 8\pi T_{\mu\nu} $$

y es por definición una constante, por lo que no puede cambiar. Creo que es mejor considerarlo como una propiedad geométrica del universo (aunque existen otros puntos de vista), por lo que normalmente se pone a la izquierda del signo de igualdad.

Sin embargo, la aceleración observada de las galaxias lejanas puede deberse no a una constante cosmológica sino a un campo escalar llamado quintaesencia . Esto puede cambiar, y de hecho ha habido muchas teorías sobre lo que podría estar generando el campo de quintaesencia, cuáles son sus propiedades y cómo podría cambiar con el tiempo.

Para estudiarlo, se está intentando obtener datos muy detallados sobre la relación distancia de las galaxias - velocidad de recesión. En principio, la forma exacta de ésta podría distinguir entre una constante cosmológica y la quintaesencia.

Si está interesado en profundizar en este tema El libro de Lawrence Krauss es un buen punto de partida.

Answer 2

Para ampliar un poco la respuesta de John más arriba. Aunque la constante cosmológica es como su nombre promete, una constante, no hay forma (al menos que yo sepa) de medirla de forma independiente.

La constante cosmológica que medimos en las observaciones se compone en realidad de dos partes: una es el factor geométrico constante $\Lambda g_{\mu\nu}$ en la ecuación de Einstein y el segundo es debido a la energía del vacío de la materia-campo que da lugar a un término $\rho_{\rm vac} g_{\mu\nu}$ en el lado derecho de la ecuación de Einsteins. Esto nos lleva a

$$\Lambda_{\rm eff} = \Lambda + \rho_{\rm vac}$$

Este hecho es el que da lugar al problema de la constante cosmológica. El segundo término puede estimarse a partir de la teoría cuántica de campos y da un valor $10^{60}-10^{120}$ veces el valor medido (un valor más preciso depende de la física de alta energía desconocida) por lo que, a menos que exista alguna simetría en la naturaleza que obligue a $\rho_{\rm vac} = 0$ necesitamos una enorme cancelación entre los dos términos de la ecuación anterior (con 60-120 decimales). Véase http://arxiv.org/abs/1205.3365 para una gran revisión del problema de la CC.

Ahora, para responder a la pregunta: aunque $\Lambda$ es una constante verdadera, $\rho_{\rm vac}$ puede, en efecto, cambiar con el tiempo, por ejemplo, en el caso de las transiciones de fase en el universo primitivo (véase, por ejemplo, la http://arxiv.org/abs/astro-ph/0409042 ). Sin embargo, en la actualidad esperamos que el valor medido $\Lambda_{\rm eff}$ para ser constante.

Answer 3

Me doy cuenta de que puedo estar confundiendo la constante cosmológica con la constante de Hubble, pero esto puede ser lo que se pretendía con la pregunta.
Tal vez alguien pueda explicar por qué/cómo estas dos constantes son diferentes entre sí.

No soy físico, pero estudié física para mi título de ingeniero mecánico. Hace años un físico me dijo que la "tasa" de expansión de la inversa estaba disminuyendo, es decir, que la tasa de aceleración del universo está disminuyendo (la 2ª derivada de la velocidad es negativa). Desde entonces he sentido curiosidad por esto. Según un artículo de Forbes publicado en 2018 (escrito por Ethan Siegel), esto sí parece ser así. Mientras que la constante de Hubble puede ser constante en el espacio, no lo es en el tiempo. Aquí hay un extracto del artículo ("¡Sorpresa! La constante de Hubble cambia con el tiempo"):

"Sólo en los últimos 6.000 millones de años, más o menos, la energía oscura ha cobrado importancia, y ahora hemos llegado al momento en que se está convirtiendo rápidamente en el único componente del Universo que tiene un impacto en nuestra tasa de expansión. Si nos remontamos a una época en la que el Universo tenía la mitad de su edad actual, la tasa de expansión era un 80% mayor que la actual. Cuando el Universo tenía sólo el 10% de su edad actual, la tasa de expansión era 17 veces mayor que su valor actual. Pero cuando el Universo alcance 10 veces su edad actual, la tasa de expansión sólo será un 18% menor que la actual.

Esto se debe a la presencia de la energía oscura, que se comporta como una constante cosmológica. En un futuro lejano, tanto la materia como la radiación serán relativamente poco importantes en comparación con la energía oscura, lo que significa que la densidad de energía del Universo permanecerá constante. En estas circunstancias, la tasa de expansión alcanzará un valor constante y finito y se mantendrá en él. A medida que avancemos hacia el futuro lejano, la constante de Hubble se convertirá en una constante no sólo en el espacio, sino también en el tiempo.

En un futuro lejano, al medir la velocidad y la distancia de todos los objetos que podemos ver, obtendríamos la misma pendiente para esa línea en todas partes. La constante de Hubble se convertirá realmente en una constante.

Si los astrónomos fueran más cuidadosos con sus palabras, habrían llamado a H el parámetro de Hubble, en lugar de la constante de Hubble, ya que cambia con el tiempo. Pero durante generaciones, las únicas distancias que podíamos medir eran lo suficientemente cercanas como para que H pareciera ser constante, y nunca hemos actualizado esto. En cambio, tenemos que tener en cuenta que H es una función del tiempo, y sólo hoy -donde lo llamamos H0- es una constante. En realidad, el parámetro de Hubble cambia con el tiempo, y sólo es una constante en todo el espacio. Sin embargo, si viviéramos lo suficientemente lejos en el futuro, veríamos que H deja de cambiar por completo. Por muy cuidadosos que seamos a la hora de distinguir entre lo que es realmente constante y lo que cambia ahora, en un futuro lejano, la energía oscura asegura que no habrá ninguna diferencia."

Answer 4

Cambia. De hecho, después de 3000 mil millones de años, las constantes habrán cambiado tanto que todas las estructuras actuales del universo se destruirán, incluidos los quarks y los electrones.

Answer 5

Sí, cambia. En este caso, la "energía oscura" no es necesaria. El modelo cosmologico que se basa en un cambio explica perfectamente los datos astronomicos. https://www.scribd.com/doc/279174920/Decreasing-Mass-Cosmology-and-the-Accelerating-Expansion-of-the-Universe Dimitri Deliyiannis.