Lee Smolin, Perimeter Institute
Title: Implications of a dynamical cosmological constant
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Cosmólogos experimentales han determinado que 95% del contenido del universo no consiste en materia ordinaria. La gran mayoría del universo está compuesto de formas extrañas de materia conocidas como materia oscura y energía oscura. Alguna gente cree que en realidad no existe tal materia, pero que se necesita de una modificación de la teoría de Einstein para explicar el comportamiento del universo a gran escala. Esto es, solo materia ordinaria pero con una nueva teoría de la gravedad.
La constante cosmológica fue un termino que Einstein agregó a sus ecuaciones en 1917 en un vano intento de forzar a que el universo fuera estático (en esa época no se sabía que el universo se expandía). Los términos extra que implica en las ecuaciones tienen un comportamiento similar a la energía oscura.
Los cosmólogos han propuesto varias generalizaciones de la teoría de Einstein involucrando campos y constantes extras en un intento de explicar la energía oscura y la materia oscura. Sin embargo, teorías mas complejas tienden a depender de parámetros que deben ser determinados, limitando su poder predictivo. Esencialmente uno puede ajustar parámetros que ajusten cualquier comportamiento observado. Uno se enfrenta también a que hay un alto grado de arbitrariedad en como se puede modificar la teoría de Einstein.
El objetivo de esta plática fue introducir un principio básico para la creación de teorías generalizadas que no involucren campos extra. Para dar algunos detalles más tendremos que discutir algunos conceptos básicos. La mayor parte de las ecuaciones clásicas de las teorías, como las de la relatividad general, se pueden deducir de lo que se conoce como un “principio de acción”. La “acción” es una función de las variables de la teoría tal que si uno requiere que la misma este en un mínimo (o máximo), las ecuaciones de la teoría se cumplen. Esto es, la condición de minimización (o maximización) es que valgan las ecuaciones de la teoría. Resulta que uno puede agregar términos a la acción tales que las ecuaciones de movimiento no cambian. Dichos términos (usualmente multiplicados por una constante) se conocen como “términos topológicos”. La propuesta de esta plática es agregar a la acción tales términos pero permitir que la constantes que los multiplican (llamadas “constantes cosmológicas” en la plática, generalizando la idea de Einstein) cambien con el tiempo y quizá el espacio. Así, si el término fuera constante uno obtendría la teoría de Einstein usual, pero cuando no lo es, uno obtiene una nueva teoría.
Tres teorías de este estilo fueron propuestas en la plática, con varias propiedades que fueron discutidas. En particular, la geometría que implican es mas general que la de la teoría de Einstein, además de la métrica que describe el espacio-tiempo, otro objeto conocido como torsión aparece. Esto es solo el comienzo de estos modelos y varias propiedades están siendo estudiadas. En particular se han estudiado modelos cosmológicos. Parece que una de las “constantes cosmológicas” consideradas aparece amontonada alrededor de la materia ordinaria. Esto es exactamente como se comporta la materia oscura, que se amontona en las galaxias, modificando las órbitas de las estrellas más exteriores (así fue como se descubrió la materia oscura, las estrellas no se movían como se suponía dada la masa de las galaxias). Conceptos más complejos, como los agujeros negros, aun deben ser estudiados en las nuevas teorías así como varias otras propiedades, pero algunos atisbos iniciales de posibilidades interesantes están apareciendo.
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