Quintessência (física) - Quintessence (physics)

Na física , a quintessência é uma forma hipotética de energia escura , mais precisamente um campo escalar , postulada como uma explicação da observação de uma taxa acelerada de expansão do universo. O primeiro exemplo desse cenário foi proposto por Ratra e Peebles (1988). O conceito foi expandido para tipos mais gerais de energia escura de variação no tempo e o termo "quintessência" foi introduzido pela primeira vez em um artigo de 1998 por Robert R. Caldwell , Rahul Dave e Paul Steinhardt . Alguns físicos propõem que seja a quinta força fundamental . A quintessência difere da explicação cosmológica constante da energia escura por ser dinâmica; isto é, muda com o tempo, ao contrário da constante cosmológica que, por definição, não muda. A quintessência pode ser atrativa ou repulsiva, dependendo da proporção de sua energia cinética e potencial. Aqueles que trabalham com esse postulado acreditam que a quintessência se tornou repulsiva há cerca de dez bilhões de anos, cerca de 3,5 bilhões de anos após o Big Bang .

Campo escalar

Quintessência ( Q ) é um campo escalar com uma equação de estado onde w q , a razão entre a pressão p q e a densidade q , é dada pela energia potencial e um termo cinético:

Portanto, a quintessência é dinâmica e geralmente tem uma densidade e um parâmetro w q que varia com o tempo. Em contraste, uma constante cosmológica é estático, com uma fixo densidade de energia e w q  = -1.

Comportamento do rastreador

Muitos modelos de quintessência têm um comportamento de rastreador , que segundo Ratra e Peebles (1988) e Paul Steinhardt et al. (1999) resolve parcialmente o problema da constante cosmológica . Nestes modelos, o campo da quintessência tem uma densidade que acompanha de perto (mas é menor que) a densidade da radiação até a igualdade matéria-radiação , o que faz com que a quintessência comece a ter características semelhantes à energia escura, eventualmente dominando o universo. Isso naturalmente define a escala baixa da energia escura. Ao comparar a taxa de expansão prevista do universo dada pelas soluções de rastreadores com dados cosmológicos, uma característica principal das soluções de rastreadores é que são necessários quatro parâmetros para descrever adequadamente o comportamento de sua equação de estado , ao passo que foi mostrado que no máximo um modelo de dois parâmetros pode ser restringido de maneira ideal por dados futuros de médio prazo (horizonte 2015–2020).

Modelos específicos

Alguns casos especiais de quintessência são energia fantasma , em que w q  <-1, e essência k (abreviação de quintessência cinética), que possui uma forma não padrão de energia cinética . Se este tipo de energia existisse, causaria um grande rasgo no universo devido à densidade de energia crescente da energia escura que faria com que a expansão do universo aumentasse a uma taxa mais rápida do que exponencial.

Energia escura holográfica

Modelos holográficos de energia escura comparados com modelos de constantes cosmológicas, implicam em uma alta degenerescência . Foi sugerido que a energia escura pode se originar de flutuações quânticas do espaço-tempo e são limitadas pelo horizonte de eventos do universo.

Estudos com energia escura de quintessência descobriram que ela domina o colapso gravitacional em uma simulação do espaço-tempo, com base na termalização holográfica. Esses resultados mostram que quanto menor o parâmetro de estado da quintessência, mais difícil é para o plasma termalizar.

Cenário Quintom

Em 2004, quando os cientistas ajustaram a evolução da energia escura aos dados cosmológicos, eles descobriram que a equação de estado possivelmente cruzou a fronteira da constante cosmológica ( w = -1) de cima para baixo. Um teorema proibido comprovado indica que esta situação, chamada de cenário Quintom , requer pelo menos dois graus de liberdade para modelos de energia escura.

Terminologia

O nome vem de quinta essentia (quinto elemento). Assim chamado em latim a partir da Idade Média, este foi o elemento acrescentado por Aristóteles aos outros quatro elementos clássicos antigos , porque ele pensava que era a essência do mundo celestial. Aristóteles chamou esse elemento de éter , que ele postulou ser um elemento puro, fino e primigenial. Da mesma forma, a quintessência moderna seria a quinta contribuição "dinâmica, dependente do tempo e espacialmente não homogênea" conhecida para o conteúdo total de massa-energia do universo.

Claro, os outros quatro componentes não são os elementos clássicos da Grécia Antiga , mas sim " bárions , neutrinos , matéria escura [e] radiação ". Embora os neutrinos às vezes sejam considerados radiação, o termo "radiação" neste contexto é usado apenas para se referir a fótons sem massa . A curvatura espacial do cosmos (que não foi detectada) é excluída, por ser não dinâmica e homogênea; a constante cosmológica não seria considerada um quinto componente nesse sentido, por ser não dinâmica, homogênea e independente do tempo.

Veja também

Referências

Leitura adicional