Los científicos no logran refutar la aceleración de la expansión del
universo y recurren a la quintaesencia.
JAMES GLANZ , Nueva York
( 29-12-99)
Aunque las observaciones apoyan la teoría de cómo comenzó el universo,
la del Big Bang o Gran Explosión, también proporcionan nuevas pruebas de
la existencia de algo inquietante que en la inmensidad del espacio parece
actuar contra la gravedad. Así que los científicos están en general
aceptando la noción de que algo está mal en las teorías fundamentales de
la física.
"Ahora mismo, tenemos este problema, no sólo para la cosmología sino
también para la teoría de partículas elementales", dice Steven Weinberg,
catedrático de Física y Astronomía de la Universidad de Tejas, y premio
Nobel compartido en 1979 por su trabajo en las teorías de la física de las
partículas elementales. Para explicar sus observaciones, los científicos
señalan que deben responder a una pregunta que parece paradójica: ¿Cuánto
pesa el vacío?
El vacío está lleno
Aunque la respuesta se ha resistido desde que Einstein primero hizo la
pregunta hace más de setenta años, los físicos se sienten cómodos con la
idea de que un vacío aparentemente perfecto puede pesar algo. Según la
teoría de la física de partículas elementales, incluso el vacío está lleno
de campos que contienen energía y partículas evanescentes que pasan de
existir a no existir, proporcionando cuerpo a la nada.
Pero cuando los físicos tratan de utilizar las teorías convencionales
para calcular cuánta energía puede residir en el vacío, el resultado es un
vacío tan monstruosamente pesado que haría explotar el universo. Las
galaxias, las estrellas, los planetas y la vida nunca se podrían haber
formado.
"Es el problema más embarazoso de la física teórica", dice Michael
Turner, cosmólogo de la Universidad de Chicago. "Cada intento de calcular
el peso ha llevado a una respuesta absurda". Franck Wilczek, del Instituto
de Estudios Avanzados de Princeton, dice que el problema de la nada "puede
ser lo más misterioso fundamentalmente de la ciencia básica". Jeff Harvey,
de la Universidad de Chicago dice: "En realidad, la gente no tiene la
menor idea de cómo resolver este problema".
Algunos físicos han ido tan lejos para evitar el problema que
simplemente dicen que el peso calculado del vacío es el producto de
teorías imperfectas y que existe algún otro habitante extraño del
espacio vacío que está alejando las galaxias unas de otras. Llaman, a esta
forma de energía variable y fluida, quintaesencia. Según Einstein esta
"extraña energía" sería tan diferente de la materia y la energía normales
que tendría el efecto gravitatorio contrario, produciendo repulsión en vez
de atracción.
Aunque el peso del vacío debería ser el mismo a lo largo del tiempo
cósmico, y acelerar la expansión de forma constante, la intensidad de la
quintaesencia podría ser variable. Dado que la clave de estos cambios
puede estar en las propiedades de la materia y del espacio tal como
existen en rangos de energía inalcanzables en la Tierra, el universo se
podría convertir de hecho en un experimento gigante de física, dice
Andreas J. Albrecht, físico de la Universidad de California.
Con quintaesencia o sin quintaesencia, hasta que se resuelva el
problema del peso, los físicos no tienen más remedio que reconocer que no
tienen una teoría completa sobre el universo. Y las observaciones sobre la
expansión acelerada del universo tienen una cosa buena, que han ayudado a
hacer más sólidas otras teorías cósmicas, especialmente una que predice la
cantidad de materia y de energía existente en el universo y explica cómo
se formaron las grandes estructuras. Esto hace que resulte imposible
olvidar estas observaciones.
Provocadoras medidas
Las provocadoras medidas fueron anunciadas el año pasado por dos
equipos de astrónomos, uno liderado por Saul Perlmutter, del Laboratorio
Nacional Lawrence Berkeley (EEUU), y otro por Brian Smith, de los
Observatorios Mount Stromlo y Sidding Spring (Australia). Los
investigadores utilizaron la inesperada baja luminosidad de explosiones
estelares en galaxias lejanas para mostrar que la expansión cósmica ha
estado acelerándose.
"Para la mayoría de los astrónomos, fue algo muy incómodo y
perturbador", dice Robert Kirshner, miembro del equipo de Smith en el
Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian. De hecho, las nuevas
observaciones de la aceleración cósmica eran tan perturbadoras, dice
Albrecht, que "la postura razonable a tomar es que las observaciones
estaban equivocadas".
Así que los astrónomos han hecho todo lo que han podido para encontrar
un error. Pero desde el primer anuncio, docenas de nuevas observaciones no
han hecho sino confirmarlo.
Si existe un brujo en este cuento de la nada, ése sería Einstein, que
formuló su teoría de la relatividad general en 1915. Esta teoría describe
con éxito cómo la gravedad curva el espacio y mueve las galaxias, las
estrellas, los planetas y otras formas de materia en el cosmos. Pero
cuando Einstein aplicó su teoría a todo el universo, que en aquel momento
se creía que era estático y permanente, se dio cuenta de que la atracción
mutua de todas sus galaxias les haría colapsar unas sobre otras
rápidamente en un cataclismo.
Así que Einstein teorizó en 1917 que debía existir alguna otra fuerza
que mantuviera separados los componentes del universo. Llamó a este factor
"la constante cosmológica" y la definió como una energía uniforme que
permea todo el espacio. Debido a la ecuación de Einstein que describe la
equivalencia de la masa y la energía (E=mc2), la energía de la constante
cosmológica puede ser considerada también como masa, o peso.
"Mayor equivocación"
Unos pocos años después, sin embargo, Einstein empezó a reconsiderar
este factor. Para entonces, los astrónomos habían descubierto que las
galaxias se están alejando unas de otras como consecuencia de la Gran
Explosión que dio origen al universo. La gravedad, como mucho, frenaría
esta expansión y causaría un nuevo colapso dentro de centenares de miles
de millones de años.
Así que el famoso factor era innecesario y Einstein lo definió como su
"mayor equivocación". Así que el descubrimiento de que Einstein podría
haber tenido razón en primer lugar ha desorientado a los físicos.
"Claramente, existe algo de lo que nadie se da cuenta" dice Wilczek, que
vive en la misma casa que habitó Einstein en Princeton.
El problema del peso "sería el número 1 en mi lista de temas a
resolver", dice Edward Witten, otro físico del mismo instituto que utiliza
una teoría avanzada denominada la teoría de cuerdas para tratar de
unificar lo que se conoce sobre las interacciones de todas las partículas
en el universo.
La urgencia del caso ha llevado a Weinberg y a otros a sugerir lo que
algunos físicos consideran algo desesperado. Ha planteado la posibilidad
de que existan muchos universos procedentes del Big Bang, gran parte de
los cuales tienen enormes constantes cosmológicas que son incompatibles
con la vida. Pero, por suerte, unos pocos universos tendrían vacíos más
ligeros, como el de nuestro universo, y sólo en tales universos podría
existir la vida y los físicos que se plantearan este problema.
Ni siquiera Weinberg parece convencido de que esta solución sea la
correcta. En un artículo sobre el tema, incluyó un poema de Hughes Mearns
que captura la frustración sin fin que los físicos sufren al enfrentarse
al cálculo del peso de la nada: "Mientras subía la escalera/Me encontré
con un hombre que no estaba ahí/Seguía sin estar ahí hoy/Desearía,
desearía que no estuviera".
Como
el aprendiz de brujo, que no podía hacer desaparecer los espíritus que
había conjurado, los astrofísicos tratan, con cada vez mayor
desesperación, refutar un descubrimiento asombroso anunciado a principios
de 1998: las galaxias distantes se están alejando cada vez más
rápidamente, impulsadas por una marea formada por el espacio aparentemente
vacío. Aunque los científicos saben desde hace tiempo que el universo está
en expansión, habían asumido que la expansión era cada vez menor por la
atracción gravitatoria de las galaxias. En vez de eso, dos grupos de
astrofísicos anunciaron que algún tipo de efecto antigravitatorio parece
acelerar la expansión. El descubrimiento supone todo un desafío a las
teorías convencionales.
Después de dos
años de esfuerzos para conseguirlo, los datos procedentes de observaciones
apoyan la conclusión. El pasado mes de octubre, una objeción, sutil pero
prometedora, a las medidas sobre la aceleración de la expansión por parte
de un grupo de astrónomos se quedó en la cuneta tras un nuevo análisis de
sus datos. Y el mes siguiente, un equipo diferente de astrónomos comunicó
sus observaciones de las arrugas en los gases del universo joven,
antes de que se hubieran formado las estrellas y las galaxias.