Constanta cosmologică are o biografie ciudată. A fost inventată din disperare, abandonată public de propriul autor și readusă în prim-plan opt decenii mai târziu, când astronomii au descoperit că Universul se dilată tot mai repede. Astăzi, ea stă în centrul celui mai bun model pe care îl avem despre istoria cosmosului.
Povestea începe în 1917. La doar câțiva ani după ce finalizase teoria generală a relativității, Albert Einstein s-a întrebat ce spun ecuațiile sale despre Univers ca întreg. Gravitația era punctul firesc de plecare. La scări mari, cosmosul este electric neutru, deci electromagnetismul nu îi dictează comportamentul, iar forțele nucleare, pe care nimeni nu le cunoștea încă, acționează doar pe distanțe minuscule.
Cum a apărut constanta cosmologică
Rezultatul l-a surprins. Relativitatea generală nu descria un Univers neschimbat, ci unul dinamic, care fie se extinde, fie se contractă. Concluzia intra în conflict direct cu viziunea dominantă a epocii, potrivit căreia cosmosul era static și arătase la fel de la începuturi.
Einstein a rezolvat problema adăugând un termen nou în ecuații, notat cu litera greacă lambda. Formalismul relativității îl permitea deja. În esență, acest termen se comportă ca o influență gravitațională înscrisă în însăși structura spațiu-timpului, prezentă chiar și în vidul absolut. În funcție de valoarea aleasă, efectul poate fi atractiv sau repulsiv. Einstein a fixat o valoare care contrabalansa exact atracția materiei, obținând un Univers stabil.
Soluția nu a rezistat mult. În câțiva ani, Edwin Hubble a arătat că Universul se extinde, iar teoreticieni precum Alexander Friedmann au luat ecuațiile la propriu și au construit fundamentul matematic al viitoarei teorii a Big Bangului. Einstein a renunțat la lambda și, potrivit relatărilor apropiaților, a numit introducerea ei „cea mai mare greșeală” a carierei sale.
1998: Universul nu frâna, ci accelera
Peste opt decenii, două echipe de astronomi încercau să tranșeze o dispută veche: cât de multă materie conține Universul. Estimările existente se contraziceau puternic. Ideea de lucru era simplă. Materia produce gravitație, deci ar trebui să încetinească treptat expansiunea, iar măsurând frânarea puteai deduce cantitatea de materie.
Măsurătorile au arătat exact opusul. Expansiunea nu încetinea, ci se accelera. Cantitatea de materie rămânea mică, iar nici măcar ea nu explica ce se vedea. Ceva împingea Universul să se dilate din ce în ce mai repede. Explicația cea mai economică era veche cunoștință: constanta cosmologică. Un efect de fond, constant, care produce repulsie la scări cosmice. Cele două echipe, conduse de Saul Perlmutter, respectiv de Brian Schmidt și Adam Riess, au primit pentru această descoperire Premiul Nobel pentru fizică în 2011.
Ce este modelul LCDM
În anii 1980 și 1990, cosmologii construiseră un cadru teoretic tot mai rafinat, botezat Modelul Standard al Cosmologiei. Descoperirea accelerării l-a scos din uz în forma existentă. Înlocuitorul se numește LCDM și este, în prezent, cea mai bună descriere a evoluției Universului de la Big Bang încoace.
Prima literă vine de la lambda, adică de la constanta cosmologică, cunoscută public sub numele de energie întunecată. Restul abrevierii se referă la cold dark matter, materia întunecată rece, care ar reprezenta cea mai mare parte a masei din aproape orice galaxie. Din bilanțul energetic total, energia întunecată ocupă aproximativ 68%, materia întunecată în jur de 27%, iar materia obișnuită, din care sunt făcute stelele, planetele și oamenii, abia 5%.
LCDM are un succes remarcabil și, în același timp, o simplitate neobișnuită. Se sprijină pe câțiva parametri ajustabili și pe un set restrâns de ipoteze, formulate în cadrul relativității generale. Cu acest arsenal minimal reușește să explice istoria expansiunii, radiația cosmică de fond, oscilațiile acustice barionice, creșterea galaxiilor și formarea structurilor la scară mare. Puține teorii din știință au fost testate atât de intens.
Și totuși, aproape sigur greșit
Aici apare partea inconfortabilă. Chiar și cei care folosesc zilnic modelul admit că el este, cel mai probabil, incomplet. Semnele de tensiune sunt deja publice: valoarea ratei de expansiune dedusă din radiația de fond nu se potrivește cu cea măsurată direct în Universul apropiat, iar datele recente ale marilor cartografieri de galaxii sugerează că energia întunecată ar putea să nu fie chiar constantă în timp. Dacă se confirmă, ideea abandonată de Einstein ar avea nevoie, la rândul ei, de un înlocuitor.
Pentru context, am scris anterior despre efectele energiei întunecate asupra viitorului Universului, despre observațiile care ar putea reprezenta prima detecție a materiei întunecate și despre argumentele celor care susțin că teoria relativității ar trebui modificată.
Materialul original a fost semnat de astrofizicianul Paul Sutter pentru Universe Today și republicat de ScienceDaily.
