Quintaesencia (física) - Quintessence (physics)
En física , la quintaesencia es una forma hipotética de energía oscura , más precisamente un campo escalar , postulado como una explicación de la observación de una tasa de expansión acelerada del universo. El primer ejemplo de este escenario fue propuesto por Ratra y Peebles (1988). El concepto se expandió a tipos más generales de energía oscura que varía en el tiempo y el término "quintaesencia" fue introducido por primera vez en un artículo de 1998 por Robert R. Caldwell , Rahul Dave y Paul Steinhardt . Algunos físicos han propuesto que sea una quinta fuerza fundamental . La quintaesencia se diferencia de la explicación cosmológica constante de la energía oscura en que es dinámica; es decir, cambia con el tiempo, a diferencia de la constante cosmológica que, por definición, no cambia. La quintaesencia puede ser atractiva o repulsiva dependiendo de la proporción de su energía cinética y potencial. Quienes trabajan con este postulado creen que la quintaesencia se volvió repulsiva hace unos diez mil millones de años, unos 3.5 mil millones de años después del Big Bang .
Campo escalar
La quintaesencia ( Q ) es un campo escalar con una ecuación de estado donde w q , la relación entre la presión p q y la densidad q , viene dada por la energía potencial y un término cinético:
Por lo tanto, quintaesencia es dinámica, y generalmente tiene una densidad y w q parámetro que varía con el tiempo. Por el contrario, una constante cosmológica es estática, con una densidad de energía fija y w q = −1.
Comportamiento del rastreador
Muchos modelos de quintaesencia tienen un comportamiento de seguimiento , que según Ratra y Peebles (1988) y Paul Steinhardt et al. (1999) resuelve parcialmente el problema de la constante cosmológica . En estos modelos, el campo de la quintaesencia tiene una densidad que sigue de cerca (pero es menor que) la densidad de radiación hasta la igualdad materia-radiación , lo que hace que la quintaesencia comience a tener características similares a la energía oscura, y eventualmente domine el universo. Esto, naturalmente, establece la escala baja de la energía oscura. Al comparar la tasa de expansión predicha del universo dada por las soluciones del rastreador con los datos cosmológicos, una característica principal de las soluciones del rastreador es que se necesitan cuatro parámetros para describir adecuadamente el comportamiento de su ecuación de estado , mientras que se ha demostrado que como máximo Un modelo de dos parámetros puede verse limitado de manera óptima por datos futuros a mediano plazo (horizonte 2015-2020).
Modelos específicos
Algunos casos especiales de quintaesencia son la energía fantasma , en la que w q <-1, y la k-esencia (abreviatura de quintaesencia cinética), que tiene una forma no estándar de energía cinética . Si este tipo de energía existiera, causaría un gran desgarro en el universo debido a la creciente densidad de energía de la energía oscura, lo que haría que la expansión del universo aumentara a un ritmo más rápido que exponencial.
Energía oscura holográfica
Los modelos holográficos de energía oscura comparados con los modelos de constantes cosmológicas implican una alta degeneración . Se ha sugerido que la energía oscura podría originarse a partir de fluctuaciones cuánticas del espacio-tiempo y está limitada por el horizonte de eventos del universo.
Los estudios con la quintaesencia de la energía oscura encontraron que domina el colapso gravitacional en una simulación del espacio-tiempo, basada en la termalización holográfica. Estos resultados muestran que cuanto menor es el parámetro de estado de la quintaesencia, más difícil es termalizar el plasma.
Escenario de Quintom
En 2004, cuando los científicos ajustaron la evolución de la energía oscura con los datos cosmológicos, encontraron que la ecuación de estado posiblemente había cruzado el límite de la constante cosmológica ( w = –1) de arriba a abajo. Un teorema de prohibición probada indica que esta situación, llamada escenario de Quintom , requiere al menos dos grados de libertad para los modelos de energía oscura.
Terminología
El nombre proviene de quinta essentia (quinto elemento). Así llamado en latín a partir de la Edad Media, este fue el elemento agregado por Aristóteles a los otros cuatro elementos clásicos antiguos , porque pensó que era la esencia del mundo celeste. Aristóteles llamó a este elemento éter , que postuló como un elemento puro, fino y primigenio. De manera similar, la quintaesencia moderna sería la quinta contribución conocida "dinámica, dependiente del tiempo y espacialmente no homogénea" al contenido total de masa-energía del universo.
Por supuesto, los otros cuatro componentes no son los elementos clásicos griegos antiguos , sino más bien " bariones , neutrinos , materia oscura [y] radiación ". Aunque los neutrinos a veces se consideran radiación, el término "radiación" en este contexto solo se usa para referirse a fotones sin masa . Se excluye la curvatura espacial del cosmos (que no ha sido detectada), porque no es dinámica y es homogénea; la constante cosmológica no se consideraría un quinto componente en este sentido, porque no es dinámica, es homogénea e independiente del tiempo.
Ver también
Referencias
Otras lecturas
- Ostriker JP; Steinhardt P (enero de 2001). "El universo por excelencia". Scientific American . 284 (1): 46–53. Código Bibliográfico : 2001SciAm.284a..46O . doi : 10.1038 / scientificamerican0101-46 . PMID 11132422 .
- Lawrence M. Krauss (2000). Quintaesencia: la búsqueda de la masa perdida en el universo . Libros básicos . ISBN 978-0465037414.