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Para otras formas de quintaesencia, consulte Quintaesencia (desambiguación) . Para teorías y conceptos obsoletos o clásicos que llevan el nombre del sinónimo "Aether", consulte Aether (desambiguación) .

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). [1] 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 . [2] Algunos físicos han propuesto que sea unquinta fuerza fundamental . [3] [4] [5] [6] 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 . [7]

Campo escalar [ editar ]

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 [ editar ]

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 . [8] 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, dominando finalmente el universo. Esto, naturalmente, establece la escala baja de la energía oscura. [9] Al comparar la tasa de expansión previstadel universo dado por las soluciones de seguimiento con datos cosmológicos, una característica principal de las soluciones de seguimiento es que se necesitan cuatro parámetros para describir correctamente el comportamiento de su ecuación de estado , [10] [11] 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). [12]

Modelos específicos [ editar ]

Algunos casos especiales de quintaesencia son la energía fantasma , en la que w q  <-1, [13] y k-esencia (abreviatura de quintaesencia cinética), que tiene una forma no estándar de energía cinética . Si este tipo de energía existiera, causaría una gran ruptura [14] 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 [ editar ]

Los modelos holográficos de energía oscura comparados con los modelos de constantes cosmológicas implican una alta degeneración . [ aclaración necesaria ] [15] 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. [dieciséis]

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. [17]

Escenario de Quintom [ editar ]

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. [18]

Terminología [ editar ]

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. [2]

Ver también [ editar ]

  • Éter (elemento clásico)

Referencias [ editar ]

  1. ^ Ratra, P .; Peebles, L. (1988). "Consecuencias cosmológicas de un campo escalar homogéneo rodante". Physical Review D . 37 (12): 3406–3427. Código Bibliográfico : 1988PhRvD..37.3406R . doi : 10.1103 / PhysRevD.37.3406 . PMID  9958635 .
  2. ^ a b Caldwell, RR; Dave, R .; Steinhardt, PJ (1998). "Huella cosmológica de un componente energético con ecuación de estado general". Phys. Rev. Lett . 80 (8): 1582-1585. arXiv : astro-ph / 9708069 . Código Bibliográfico : 1998PhRvL..80.1582C . doi : 10.1103 / PhysRevLett.80.1582 . S2CID 597168 . 
  3. ^ Carroll, SM (1998). "Quintaesencia y el resto del mundo: suprimir interacciones a largo plazo". Phys. Rev. Lett . 81 (15): 3067–3070. arXiv : astro-ph / 9806099 . Código Bibliográfico : 1998PhRvL..81.3067C . doi : 10.1103 / PhysRevLett.81.3067 .
  4. ^ Wetterich, C. "Quintaesencia: una quinta fuerza de la variación de la escala fundamental" (PDF) . Universidad de Heidelberg.
  5. ^ Dvali, Gia; Zaldarriaga, Matias (2002). "Cambio de α con el tiempo: implicaciones para experimentos de quinta fuerza y ​​quintaesencia" (PDF) . Cartas de revisión física . 88 (9): 091303. arXiv : hep-ph / 0108217 . Código Bibliográfico : 2002PhRvL..88i1303D . doi : 10.1103 / PhysRevLett.88.091303 . PMID 11863992 . S2CID 32730355 .   
  6. ^ Cicoli, Michele; Pedro, Francisco G .; Tasinato, Gianmassimo (23 de julio de 2012). "Quintaesencia natural en la teoría de cuerdas" - a través de arXiv.org.
  7. ^ Wanjek, Christopher. "¿Quintaesencia, acelerando el Universo?" . Astronomía hoy .
  8. ↑ Zlatev, I .; Wang, L .; Steinhardt, P. (1999). "Quintaesencia, coincidencia cósmica y la constante cosmológica". Cartas de revisión física . 82 (5): 896–899. arXiv : astro-ph / 9807002 . Código Bibliográfico : 1999PhRvL..82..896Z . doi : 10.1103 / PhysRevLett.82.896 . S2CID 119073006 . 
  9. ^ Steinhardt, P .; Wang, L .; Zlatev, I. (1999). "Soluciones de seguimiento cosmológico". Physical Review D . 59 (12): 123504. arXiv : astro-ph / 9812313 . Código Bibliográfico : 1999PhRvD..59l3504S . doi : 10.1103 / PhysRevD.59.123504 . S2CID 40714104 . 
  10. ↑ Linden, Sebastian; Virey, Jean-Marc (2008). "Prueba de la parametrización de Chevallier-Polarski-Linder para la ecuación rápida de la energía oscura de las transiciones de estado". Physical Review D . 78 (2): 023526. arXiv : 0804.0389 . Código Bibliográfico : 2008PhRvD..78b3526L . doi : 10.1103 / PhysRevD.78.023526 . S2CID 118288188 . 
  11. ↑ Ferramacho, L .; Blanchard, A .; Zolnierowsky, Y .; Riazuelo, A. (2010). "Restricciones sobre la evolución de la energía oscura". Astronomía y Astrofísica . 514 : A20. arXiv : 0909.1703 . Código Bibliográfico : 2010A & A ... 514A..20F . doi : 10.1051 / 0004-6361 / 200913271 . S2CID 17386518 . 
  12. ^ Linder, Eric V .; Huterer, Dragan (2005). "Cuántos parámetros cosmológicos". Physical Review D . 72 (4): 043509. arXiv : astro-ph / 0505330 . Código Bibliográfico : 2005PhRvD..72d3509L . doi : 10.1103 / PhysRevD.72.043509 . S2CID 14722329 . 
  13. ^ Caldwell, RR (2002). "¿Una amenaza fantasma? Consecuencias cosmológicas de un componente de energía oscura con ecuación de estado supernegativa". Physics Letters B . 545 (1–2): 23–29. arXiv : astro-ph / 9908168 . Código bibliográfico : 2002PhLB..545 ... 23C . doi : 10.1016 / S0370-2693 (02) 02589-3 . S2CID 9820570 . 
  14. ↑ Antoniou, Ioannis; Perivolaropoulos, Leandros (2016). "Geodésicas del espacio-tiempo de McVittie con un trasfondo cosmológico fantasma". Phys. Rev. D . 93 (12): 123520. arXiv : 1603.02569 . Código bibliográfico : 2016PhRvD..93l3520A . doi : 10.1103 / PhysRevD.93.123520 . S2CID 18017360 . 
  15. ^ Hu, Yazhou; Li, Miao; Li, Nan; Zhang, Zhenhui (2015). "Energía oscura holográfica con constante cosmológica". Revista de cosmología y física de astropartículas . 2015 (8): 012. arXiv : 1502.01156 . Código bibliográfico : 2015JCAP ... 08..012H . doi : 10.1088 / 1475-7516 / 2015/08/012 . S2CID 118732915 . 
  16. ^ Shan Gao (2013). "Explicando la energía oscura holográfica" . Galaxias . 1 (3): 180-191. Bibcode : 2013Galax ... 1..180G . doi : 10.3390 / galaxies1030180 .
  17. ^ Zeng, Xiao-Xiong; Chen, De-You; Li, Li-Fang (2015). "Térmica holográfica y colapso gravitacional en el espacio-tiempo dominado por la quintaesencia de la energía oscura". Physical Review D . 91 (4): 046005. arXiv : 1408.6632 . Código Bibliográfico : 2015PhRvD..91d6005Z . doi : 10.1103 / PhysRevD.91.046005 . S2CID 119107827 . 
  18. ^ Hu, Wayne (2005). "Cruzando la división fantasma: grados internos de libertad de la energía oscura". Physical Review D . 71 (4): 047301. arXiv : astro-ph / 0410680 . Código Bibliográfico : 2005PhRvD..71d7301H . doi : 10.1103 / PhysRevD.71.047301 . S2CID 8791054 . 

Lectura adicional [ editar ]

  • 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.