Luz sobre el lado oscuro del universo

publicado en la revista «nexos»
# 373, enero de 2009
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Desde que los primeros humanos observaron los cielos se sorprendieron por la inmovilidad de las estrellas: sus grupos cambian con el año, pero cada noche aparece la misma distribución, excepto cinco cuerpos que van entre ellas en viaje de apariencia caprichosa y que, por eso, los griegos llamaron planitis: vagabundos. De esa permanencia tuvimos la convicción de que los cielos son inmutables, las estrellas fijas y el devenir es propio nada más de la superficie terráquea.

Supimos que el Sol era el centro del universo, lo olvidamos y pusimos allí a la Tierra hasta que Copérnico, en los albores del Renacimiento, regresó el Sol a su lugar central. Pero en todos esos cambios las estrellas fijas siguieron fijas; los cielos más lejanos, inmutables.

Hace apenas un siglo supimos que las galaxias no son pequeñas nubes de apariencia lechosa, sino conjuntos de estrellas, remolinos con miles de millones de soles. Todavía hacia la mitad del siglo XX se les llamaba universos-isla. Pero las primeras dos décadas y media de ese siglo en que nacimos la mayoría de nosotros el universo siguió inmóvil.

La certeza acerca de la inmovilidad de las estrellas era tan grande que cuando Einstein preparaba su teoría general de la relatividad, su versión de la gravitación como una curvatura del espacio y no como fuerza de atracción misteriosa, y encontró que sus ecuaciones predecían un universo en continua expansión, tuvo la certeza de estar equivocado. Pero el resto de su teoría era impecable, así que en 1917 introdujo un feo y poco elegante freno matemático a esa inexplicable derivación de su teoría: la expansión del espacio-tiempo con todos sus contenidos estelares. En otras palabras: el buen Albert hizo trampa, como la había hecho Planck 15 años antes al introducir también una constante matemática, el quantum, que misteriosamente resolvía el último o penúltimo problema que restaba en la física.

El efecto doppler de la luz

Einstein llamó constante cosmológica a su muy ad hoc torcimiento de la teoría para ajustarla a un universo que no crece. Era 1915 y se suponía que nuestra galaxia, la Vía Láctea, constituía todo el universo. Hacia finales de la siguiente década, Edwin Hubble observó que de las galaxias más lejanas nos llegaba una luz que el espectrógrafo mostraba corrida hacia el rojo: un efecto Doppler en la luz, como lo hay en el sonido cuando el silbato de un tren se acerca y suena agudo, pasa y conforme se aleja parece más y más grave: las ondas en el aire se comprimen ante el objeto que avanza y las oímos agudas, se aflojan cuando el objeto pasa y suenan más graves. El equivalente del sonido agudo en luz es el color azul, de ondas más comprimidas, en cambio el rojo equivale al sonido grave porque sus ondas son más amplias. Respuesta al enigma: las galaxias se alejan, pero lo hacen todas, ninguna se aproxima a nosotros, ninguna se corre al azul. Luego el universo, todo completo, se expande. Y los veríamos expandirse desde cualquier punto, como marcas de tinta en un globo que inflamos: se alejan todas de todas.

Según trivia científica muy extendida, Einstein llamó a su constante cosmológica "el error más grande de mi vida" cuando conoció el impresionante hallazgo de Hubble.

De esa expansión nació el modelo del Big Bang: si corremos la película al revés llegaremos al momento en que todo el espacio, toda la materia y toda la energía estuvieron concentrados en un punto inimaginablemente denso que estalló, punto conocido como singularidad.

Pero toda explosión comienza a detenerse. Los astrónomos se pusieron a medir el contenido del universo, su "peso", para calcular si alguna vez se detendría y, como piedra que comienza a caer al perder su impulso inicial, "caería" de nuevo sobre sí mismo en un "gran apachurrón", el Big Crunch del regreso a la singularidad primigenia. Si hay bastante masa, volveremos a ser una singularidad; si no, huiremos por siempre, como piedra arrojada con velocidad de escape que se aleja de la gravitación terrestre.

El universo se acelera

Había, pues, de dos: o la masa del universo es suficiente para detener la expansión hoy detectada por el corrimiento al rojo de la luz de las más remotas galaxias, o no es suficiente y nos espera el destino del cohete sin combustible que se aleja por siempre: un universo más y más tenue, más frío y más muerto.

Entonces ocurrió lo impensado: el universo no aminora su marcha ni la sostiene como el cohete en trayectoria dictada por la inercia. Sorpresivamente, el universo acelera su expansión. Ningún modelo permite semejante caso: la fuerza del Big Bang, de donde haya procedido, es el impulso inicial y único. Nada hay externo al universo de donde venga esa fuerza porque el universo, por definición, es todo. Para que un cohete se acelere debe mantener encendidos sus motores, añadir impulso a la inercia de la carrera original. ¿Cuáles son los motores que impulsan al universo y lo aceleran? Hay una fuerza repulsiva, de efecto contrario al de la gravitación, una quinta fuerza, la antigravitación. La resistencia a semejante cambio de paradigma fue enorme.

La historia de lo que hoy conocemos como "energía oscura" (dark energy) comenzó recientemente, en 1998, hace apenas 10 años, cuando dos equipos independientes de astrónomos observaban supernovas lejanas para emplearlas como "faros" en la medición de la tasa de expansión del universo, seguros de que debía estarse reduciendo, como la velocidad de un auto al que se le apaga el motor en terreno llano.

Un médico diría que los astrónomos se quedaron en estado de shock: todo mostraba que el universo aceleraba su expansión y que esa aceleración había comenzado hace unos 10 mil millones de años, de los casi 14 mil millones que se le calculan como edad.

"¿Y quién pidió esto?", pudieron decirse como Isaac Rabi ante el descubrimiento del muon. ¿De dónde había salido esa fuerza antigravitatoria? Y es un 73% de la energía del cosmos.

Aquí viene lo bueno: una "explicación" (ya verá el porqué de las comillas) es que el universo está lleno... ¿se acuerda del éter de probada inexistencia?, pues de algo peor: de una mar uniforme de energía punto-cero (quantum zero-point energy): la energía del vacío al cero absoluto de temperatura. Muchos cosmólogos perdieron el sueño.

En septiembre de 2007, hace poco más de un año, antes del sismo económico mundial, físicos y astrónomos de Estados Unidos presentaron un proyecto de… mil millones de dólares para poner en su lugar la pieza faltante a la cosmología: la oscura fuerza antigravitatoria. Pero compiten contra equipos que exigen dinero para estudiar agujeros negros, ondas gravitacionales, la inflación a los pocos instantes del Big Bang y la materia oscura (que también la hay y explica que las galaxias no se despedacen al girar): muchos proyectos que no contaban con la reedición del gran crash de 1929, y entre los que el National Research Council deberá decidir a principios de este año, 2009, y eso si aún tiene mil millones.