Cómo estudiante, entiendo que ( si sabes más no dudes en comentar) la invarianza de escala es una idea fascinante en física que sugiere que algunas leyes de la naturaleza no dependen de la escala en la que las observamos. En otras palabras, ciertos principios se mantendrían inalterados sin importar el tamaño de las distancias o la magnitud de las fuerzas involucradas. Para visualizarlo, imagina una ilustración del universo: si pudieras ampliarla o reducirla sin cambiar las relaciones entre sus partes, seguirías viendo algo similar. La idea es que el universo, en su estructura fundamental, podría mantener ciertas propiedades aunque se modifique la escala a la que lo percibimos.
Este concepto ha estado presente en la física desde tiempos de Galileo, quien notó que algunas leyes parecían no depender de las dimensiones del sistema. Sin embargo, fue en el siglo XX cuando físicos como Paul Dirac y Hermann Weyl comenzaron a explorar matemáticamente esta posibilidad. Dirac incluso especuló que la invarianza de escala podría ser una simetría esencial en la naturaleza, similar a otras que sustentan la relatividad o la mecánica cuántica.
Para entender la importancia de la invarianza de escala, pensemos en películas o cómics de ciencia ficción donde existen universos paralelos o dimensiones alternativas. En estas historias, las leyes de la naturaleza podrían cambiar radicalmente de un universo a otro, pero la invarianza de escala plantea una idea opuesta: que ciertas leyes del universo no se ven afectadas por cambios de tamaño. De hecho, películas como Inception o la serie Stranger Things, que juegan con conceptos de realidades alternativas y la percepción de diferentes "escalas", pueden evocar en parte esta noción científica, aunque de una manera más imaginativa.
¿Qué tiene que ver la invarianza de escala con la materia oscura?
La materia oscura es uno de los misterios más intrigantes de la cosmología moderna. Sabemos que algo "extra" parece afectar la manera en que las galaxias y los cúmulos de galaxias se mueven y se mantienen unidos. Sin embargo, no hemos logrado detectar esta materia oscura directamente, y todo lo que sabemos de ella es a partir de su influencia gravitacional en otros objetos.
Aquí es donde entra en juego la teoría de la invarianza de escala. Los físicos André Maeder y Frédéric Courbin, en su artículo sobre las pruebas dinámicas y de lentes gravitacionales en un contexto de invarianza de escala, plantean la hipótesis de que quizá no necesitemos la materia oscura para explicar estos movimientos extraños. Según su teoría, el vacío del universo –es decir, el "espacio vacío" que nos rodea y que está presente incluso entre galaxias– podría tener propiedades que cambian nuestra percepción de la gravedad en esas escalas inmensas. Esto añadiría un pequeño "empujón" en las ecuaciones de movimiento a gran escala, lo que explicaría por qué las galaxias parecen moverse más rápido de lo esperado sin que exista una masa extra que las impulse.
La teoría de Maeder y Courbin y sus implicaciones para la cosmología
En su artículo, Maeder y Courbin exploran cómo la teoría de la invarianza de escala podría modificar nuestras ecuaciones de la gravedad y ofrecer una explicación alternativa a la materia oscura. Ellos sugieren que este ajuste de escala podría producir efectos gravitacionales adicionales en el espacio vacío. En contextos específicos, como los cúmulos de galaxias y las estrellas binarias muy separadas, esta teoría puede explicar el "exceso" de velocidad observada sin necesidad de asumir la existencia de materia oscura invisible.
Además, ellos analizan un fenómeno conocido como lentes gravitacionales, donde la luz se curva al pasar cerca de objetos masivos. En observaciones basadas en la teoría de la relatividad de Einstein, las masas inferidas de las galaxias son mayores de lo que cabría esperar solo a partir de la luz que emiten. Sin embargo, si aplicamos la invarianza de escala, Maeder y Courbin muestran que podríamos reinterpretar estos efectos de lentes sin necesidad de invocar materia oscura.
¿Estamos ante una revolución en nuestra comprensión del universo?
La propuesta de Maeder y Courbin es provocadora, pero no exenta de desafíos. La idea de que no necesitamos materia oscura es muy radical, ya que la mayoría de los modelos cosmológicos actuales dependen de su existencia para explicar fenómenos observados en el universo. Sin embargo, este enfoque basado en la invarianza de escala abre una puerta a reimaginar nuestras leyes físicas, un poco como cuando se sugirió por primera vez que el espacio y el tiempo eran relativos, en lugar de absolutos, en la teoría de Einstein.
Al final , el trabajo de Maeder y Courbin nos invita a reconsiderar algunos de los fundamentos de la cosmología. La invarianza de escala podría ser la llave para desbloquear una nueva perspectiva en la física y la astronomía, quizás permitiéndonos ver el universo desde una escala completamente nueva.
Estaré atento a los comentarios si deseas enriquecer está reflexión , que debes saber que soy estudiante y me encanta seguir aprendiendo.
Referencias:
1. Maeder, A., & Courbin, F. (2024). A Survey of Dynamical and Gravitational Lensing Tests in Scale Invariance: The Fall of Dark Matter? Symmetry.
https://arxiv.org/pdf/2410.21379
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