Nubes en el horizonte

    La publicación en 1687 de los Principia Mathematica de Isaac Newton produjo una revolución en la ciencia, y no fue para menos. En aquella monumental obra se establecían las tres famosas leyes del movimiento y se desarrollaba el cálculo diferencial, pero sobre todo se publicaba algo que cambiaría la física para siempre: la ley de la gravitación universal. Por primera vez era posible reducir todo el movimiento del cosmos a simples y elegantes ecuaciones matemáticas.

    A partir de Newton se sucedieron los avances científicos: la termodinámica, la óptica, el electromagnetismo, la estructura atómica… A finales del siglo XIX, el panorama de la ciencia era tal que, en 1894, el físico estadounidense Albert Michelson llegó a decir en la inauguración del Laboratorio de Física Ryerson de la Universidad de Chicago que “parece probable que la mayoría de los grandes principios fundamentales han sido ya establecidos; el futuro de la física debe buscarse en la mejora de la precisión [experimental] a partir del sexto decimal”.

    También se atribuye al gran físico William Thomson, más conocido como Lord Kelvin, una cita sospechosamente parecida a la anterior: “Ya no queda nada nuevo que descubrir en física. Todo lo que resta son medidas más y más precisas”. Sin embargo, en esta ocasión la cita es falsa, y de hecho el propio Lord Kelvin, en una conferencia que dio en la Royal Institution el 27 de abril de 1900, llegó a decir que el horizonte de “belleza y claridad” de la física de su tiempo estaba “actualmente oscurecida por dos nubes. La primera nació con la teoría ondulatoria de la luz y fue abordada por Fresnel y el doctor Thomas Young; involucra la cuestión: ¿cómo podría la Tierra moverse a través de un sólido elástico tal y como esencialmente es el éter? La segunda es la doctrina de Maxwell-Boltzmann relativa a la partición de la energía”.

    ¿Pero de qué estaba hablando Lord Kelvin?

    La primera “nube” a la que hacía referencia se basa en el descubrimiento que hizo el físico inglés Thomas Young mediante su famoso experimento de la doble rendija, en el que demostró que la naturaleza de la luz es ondulatoria (lo que hoy denominamos una “onda electromagnética”). Los físicos sabían que cualquier onda necesita de un medio para propagarse por él (ya sea el aire, el agua o cualquier otro), lo que significaba que el espacio no podía estar vacío, debía haber en él algún tipo de medio por el que se propagaban las ondas lumínicas. El hipotético éter (así se le llamó) debía tener unas características muy concretas y extrañas: no sólo era transparente e infinito, sino que además debía ser lo suficientemente fluido como para permitir el paso de los planetas a través de él… pero lo suficientemente rígido como para soportar las altas frecuencias de la luz.

    Ahora bien, la existencia de ese misterioso éter generaba el problema de cómo se movía la Tierra o cualquier otro planeta a través de él. ¿Viaja la Tierra a través del éter, y por tanto éste ejerce algún tipo de resistencia en el movimiento de traslación de nuestro mundo alrededor del Sol? ¿O bien la Tierra “arrastra” al éter de su alrededor en su movimiento por el espacio?

    La segunda “nube” a la que se refería Lord Kelvin es la llamada “catástrofe ultravioleta”, y tiene que ver con la radiación térmica, esto es la que emite un cuerpo por su temperatura. Al valorar la radiación emitida por un cuerpo negro (un objeto hipotético que absorbe toda la radiación que le llega, sin reflejar nada), se observó que a frecuencias suficientemente altas la energía que emite se vuelve infinita; era algo que no tenía ningún sentido, hasta el punto de que se convirtió en un dolor de cabeza para los físicos de finales del siglo XIX.

Y el cielo se esclareció…

    La hipótesis del éter se desmoronó a partir del famoso experimento de Michelson y Morley, que demostró que la velocidad de la luz era siempre la misma, se midiese desde donde se midiese, y que por tanto no existía ningún éter que la frenase en ninguna circunstancia. Este descubrimiento fue la base experimental de la posterior teoría de la relatividad de Einstein.

    Del mismo modo, la “catástrofe ultravioleta” fue explicada por Max Planck a partir de su descubrimiento de que la energía no se emite ni se absorbe de forma continua, sino de forma discreta: en pequeños “paquetes” que denominó “cuantos”. Había nacido la mecánica cuántica.

    Así, de las dos “nubes” que mencionó Lord Kelvin surgieron nuevos paradigmas en la ciencia, y la física clásica dio paso por un lado a la física relativista para explicar el universo a gran escala, y por otro a la teoría cuántica para describir la realidad a la escala más pequeña.

    Entonces nuestra visión del mundo cambió radicalmente. Descubrimos que la velocidad de la luz es un límite máximo universal; que el espacio y el tiempo son en realidad una sola entidad de cuatro dimensiones, que puede deformarse o estirarse en función de la masa o la velocidad; que la masa y la energía son dos expresiones diferentes de una misma cosa; o que las partículas fundamentales son meras excitaciones de campos infinitos que llenan todo el universo, y que, en ausencia de un observador, pueden estar en varios sitios al mismo tiempo o adoptar diferentes valores simultáneamente.

… pero se volvió a nublar

    Esa revolución científica no sólo aumentó considerablemente nuestro conocimiento del universo, sino que también nos proporcionó una nueva era tecnológica con adelantos inimaginables unas décadas antes, desde los ordenadores hasta la energía nuclear.

    No obstante, pronto descubrimos que aún estábamos muy lejos de haber alcanzado un conocimiento completo de la física. Al contrario, a lo largo del siglo XX y principios del XXI se han ido acumulando una serie de misterios físicos que aún no hemos resuelto:

    1. Nunca hemos sido capaces de conciliar la teoría cuántica con la teoría de la relatividad, de tal manera que nuestras ecuaciones no son capaces de describir qué sucede en aquellas regiones del universo (como el Big Bang o el interior de los agujeros negros) en las que predomina la fuerza de la gravedad en un espacio infinitesimal. Los distintos intentos de elaborar una “teoría del todo” para conciliar ambos mundos, como la gravedad cuántica o la teoría de cuerdas, hasta ahora han resultado infructuosos.

    2. Ya en los años treinta del siglo XX se observó que la velocidad orbital de los cúmulos de galaxias o en la rotación de las propias galaxias no se corresponde con la cantidad de materia que creemos que llena el universo. Por eso se postuló la existencia de una supuesta “materia oscura” que sería mucho más abundante que la materia ordinaria, hasta el punto de que la “materia oscura” correspondería aproximadamente al 85% de la materia del universo.

    3. En 1996 descubrimos que la expansión del universo se está acelerando. Hasta entonces creíamos que dicha expansión se debía al impulso inicial del Big Bang y que se iría frenando cada vez más debido a la atracción gravitatoria que sienten las galaxias entre ellas, pero el hecho de que la expansión se acelere implicaría la actuación de alguna fuerza que compensa dicha atracción e incluso logra acelerar la expansión. Aunque sospechamos que está relacionada de algún modo con el vacío, lo cierto es que desconocemos la naturaleza de dicha fuerza. Por esa razón la denominamos “energía oscura”.

    4. ¿A qué velocidad concreta se expande el universo? Depende de cómo la midamos. Si lo hacemos atendiendo a las galaxias más lejanas, éstas se alejan entre sí a una velocidad menor que la que existe entre las galaxias más cercanas a nosotros, lo que implica que el universo parece expandirse más rápido en nuestro entorno. A este misterio, aún por resolver, se le conoce como la tensión de Hubble.

    5. Recientes estudios parecen mostrar que la edad de las galaxias más lejanas (y por tanto más jóvenes) es incompatible con la edad que se cree que tiene el universo, de tal manera que sus estrellas se habrían formado varios cientos de millones de años ANTES del Big Bang, hace alrededor de 13.800 millones de años.

    6. Uno de los últimos descubrimientos inexplicables es la existencia de cuásares solitarios (es decir, en áreas con pocas galaxias circundantes) en el universo temprano, algo que no cuadra en absoluto con nuestros modelos cosmológicos, que estipulan que los cuásares deberían haberse formado exclusivamente en las regiones de mayor densidad del universo.

    Vistos con la suficiente perspectiva, da la sensación de existir un patrón común en todos estos enigmas. ¿Podría ser que todos ellos tengan que ver con la naturaleza de la gravedad y su relación con el espacio-tiempo, algo que tal vez aún no comprendamos bien del todo? Teoría de cuerdas, materia oscura, energía oscura… si todas estas teorías parecen callejones sin salida quizás sea porque no son más que artificios irreales, distintos parches inventados ad hoc (como el éter en el siglo XIX) para intentar explicar un único misterio cósmico mucho más profundo y complicado.

    Y del mismo modo que el éter o la catástrofe ultravioleta fueron desterradas en su día por la nueva física del siglo XX… ¿podríamos vivir algún día una revolución semejante que termine por superar nociones como la materia oscura? ¿En algún momento conseguiremos dar con una nueva teoría física tan revolucionaria como lo fueron en su día la teoría cuántica y la teoría de la relatividad? De lo que estamos hablando es de un nuevo modelo del cosmos que explique de una forma más profunda y fundamental la fuerza de la gravedad, incorporando a ésta la mecánica cuántica y por tanto logrando así la tan ansiada teoría del campo unificado. ¿Hay ya acaso un nuevo Einstein trabajando en ello?

    De ser así… ¿a dónde nos podría llevar esa nueva física del siglo XXI? ¿Podemos predecirlo de alguna manera? Lo cierto es que era imposible anticiparnos en el siglo XIX a las implicaciones profundas de la nueva ciencia del siglo XX, y no hay ninguna razón para pensar que una futura revolución científica vaya a ser más predecible que la anterior.

    Y otra cuestión interesante: ¿una nueva y revolucionaria teoría científica constituiría algún tipo de “teoría del todo”, logrando por fin completar la física y darnos el conocimiento absoluto del universo? ¿O por el contrario nos abriría nuevos campos de estudio en los que a su vez encontraríamos nuevos enigmas aún más complicados de resolver, en un ciclo que se repetiría una y otra vez?

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