Constante Cosmológica e Energia do Vácuo

A forma mais simples de energia escura é uma energia constante do espaço vazio, a constante cosmológica de Einstein, mas seu valor observado é fantasticamente menor do que a teoria prevê.

Definition

A constante cosmológica é um termo constante nas equações de campo de Einstein correspondendo a uma densidade de energia uniforme do vácuo com pressão negativa; identificada com a energia escura, ela produz expansão acelerada, e sua magnitude observada está muitas ordens de magnitude abaixo das expectativas teóricas ingênuas.

Scope

Este tópico aborda a constante cosmológica como um termo nas equações de Einstein e sua interpretação como a densidade de energia do vácuo, a forma como um componente constante de pressão negativa impulsiona a aceleração, e o problema da constante cosmológica levantado pela enorme incompatibilidade entre o valor observado e as estimativas da teoria quântica de campos.

Core questions

• O que é a constante cosmológica e como ela se relaciona com a energia do vácuo?
• Por que uma energia de vácuo constante causa aceleração?
• Por que o problema da constante cosmológica é tão grave?

Key concepts

• Constante cosmológica
• Energia do vácuo
• Pressão negativa
• Equação de estado w igual a menos um
• Problema da constante cosmológica
• Argumento antrópico
• Lambda-CDM

Key theories

Energia do vácuo como Lambda

A teoria quântica de campos prevê que o vácuo possui energia, que gravita como uma constante cosmológica com pressão negativa, fornecendo um candidato natural para a energia escura dentro da relatividade geral.

O problema da constante cosmológica

Estimativas da energia do vácuo da física de partículas excedem a densidade de energia escura observada em muitas dezenas de ordens de magnitude, uma discrepância que é um dos problemas não resolvidos mais profundos que ligam a gravidade e a teoria quântica.

Mechanisms

Uma constante cosmológica corresponde a uma densidade de energia que não se dilui à medida que o universo se expande; como sua pressão é igual a menos sua densidade de energia, a segunda equação de Friedmann fornece expansão acelerada uma vez que ela domina, enquanto a soma das energias de ponto zero dos campos quânticos produz um valor vastamente maior do que o observado.

Clinical relevance

A constante cosmológica é a base do modelo padrão Lambda-CDM e se ajusta a todos os dados atuais, contudo, a inexplicável pequenez de seu valor está na interseção da cosmologia, física de partículas e gravidade quântica, motivando ideias desde a supersimetria até o multiverso.

History

Einstein introduziu a constante em 1917 e mais tarde se arrependeu; após a descoberta da expansão, ela foi amplamente deixada de lado, mas Zeldovich a conectou à energia do vácuo na década de 1960, Weinberg aprofundou o problema em 1989, e a descoberta da aceleração em 1998 trouxe um pequeno valor positivo de volta ao centro das atenções.

Debates

Por que Lambda é tão pequeno, mas não nulo?

Explicar o valor minúsculo e não nulo da constante cosmológica impulsionou propostas que vão desde mecanismos de cancelamento desconhecidos até a seleção antrópica em um multiverso, nenhuma das quais está estabelecida, deixando o problema em aberto.

Key figures

• Albert Einstein
• Steven Weinberg
• Yakov Zeldovich
• Wolfgang Pauli

Seminal works

• weinberg1989

Frequently asked questions

A constante cosmológica é o mesmo que energia escura?

A constante cosmológica é a forma mais simples possível de energia escura, uma energia de vácuo constante; energia escura é o termo mais amplo que também inclui alternativas dinâmicas, então a constante é um modelo específico, atualmente favorecido, de energia escura.

Por que o problema da constante cosmológica é chamado de a pior previsão da física?

Porque as estimativas ingênuas da teoria quântica de campos para a energia do vácuo excedem o valor observado em algo como 120 ordens de magnitude, uma incompatibilidade sem precedentes entre teoria e observação que nenhum mecanismo aceito ainda resolve.