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Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

Perplejidad cósmica

Las limitaciones humanas en la búsqueda del conocimiento las describió magistralmente el genial Isaac Newton cuando escribió: "No sé lo que le puedo parecer al mundo; yo me veo como un niño que juega en la playa y se divierte al encontrar una piedra más suave o una concha más bonita que nunca, mientras que el gran océano de la verdad está ante mí, totalmente sin descubrir".

Buena parte de los esfuerzos del hombre por conocer esa verdad se han ocupado de la Cosmología, es decir, del estudio de la estructura y de la evolución del Universo. El avance en la Cosmología usa el método científico basado en la observación y experimentación a fin de elaborar las correspondientes teorías. A finales de los años 80 parecía que habíamos llegado a una situación bastante satisfactoria en nuestros conocimientos al respecto. Un origen del Universo acorde con la teoría del BIG BANG y unos postulados estándares cosmológicos (la teoría de la inflación) que apoyaban la idea de la existencia de una estructura plana expansiva del Universo, dominada por la materia.

CONFLICTOS. En todas las ciencias suele ser común que, en algún momento, se produzcan colisiones entre la observación y la teoría. Ello conduce a nuevos refinamientos y a la construcción de nuevas teorías. Más aun, ello constituye la base primordial de cualquier avance científico. Pues bien, la situación actual de la Cosmología hace pensar que nos encontramos en uno de estos conflictos, que algunos han llegado a calificar de irritantes, ya que partiendo de supuestos cosmológicos razonables se llegan a resultados aparentemente muy poco razonables.

Según las teorías establecidas el Universo estaría en continua expansión, pero la velocidad de esa expansión, al igual que le ocurre a una piedra lanzada al aire con nuestras manos, debería disminuir paulatinamente. Sin embargo, desde hace unos diez años las observaciones experimentales no acababan de encajar con la teoría cosmológica ya que se ha comprobado que algunas estrellas y galaxias parecen expandirse a velocidades cada vez más crecientes. Por otra parte, cuando se calcula la materia ordinaria existente en el Universo su cuantía no es la predicha como la adecuada para frenar la expansión cósmica según el modelo de la inflación. Algo parece fallar.

Empecemos con el problema de la geometría del Universo. Existen tres posibilidades al respecto. La clásicamente aceptada es la de un Universo euclídeo, plano, infinito y conexo en el que la luz dispone de un solo camino para llegar desde un punto hasta el observador. En un Universo de este tipo los ángulos de un triángulo suman exactamente 180 grados. La segunda posibilidad sería la de un Universo esférico, cerrado, finito en extensión y duración. En este caso la suma de ángulos supera los 180 grados. La tercera opción es la de un Universo hiperbólico, con curvatura negativa (como la de una silla de montar), con lo que la suma de los ángulos de un triángulo sería inferior a 180 grados. ¿Cómo distinguir entre estas posibilidades?

EL VALOR DE OMEGA. Omega es el valor del cociente entre la densidad de masa o energía halladas experimentalmente en el Universo y la que correspondería a un Universo plano, euclídeo. Se confirmaría esta última posibilidad si Omega valiese 1. Un valor superior apoyaría que el Universo fuese cerrado mientras que un valor inferior a 1 reforzaría la idea de un Universo abierto hiperbólico. El problema, en los últimos 60 años, ha radicado en la obtención de valores fiables para Omega, cosa que hasta la fecha no se ha conseguido de un modo indiscutible. Otra posibilidad experimental abierta hacia el futuro radicaría en los datos relativos al espectro de poder angular de la radiación de fondo de microondas. Esta radiación es el recuerdo que queda tras el Big Bang y la expansión subsiguiente. Se trataría, también, de comparar los datos experimentales con los predichos para las tres posibilidades barajadas de Universo.

Entretanto, Lawrence M. Krauss, un destacado cosmólogo americano, ha resumido recientemente resume sus puntos de vista al respecto afirmando que el modelo estándar de Universo hasta ahora vigente hay que abandonarlo y debe ser sustituido por uno de estas dos posibilidades: 1) Un Universo hiperbólico abierto; b) Un Universo plan, pero lleno de una energía de origen todavía desconocido, una energía etérea que habita el espacio vacío por lo que se le puede llamar energía del vacío, cuya contribución a la masa total del Universo podría ser del orden del 60%, siendo la explicación de la denominada masa obscura o invisible del Universo. Esta extraña energía del vacío estaría incorporada a las ecuaciones relativistas que desarrolló Einstein para proponer en su día una llamada constante cosmológica, propuesta que después abandonó Einstein al colisionar con el modelo estándar de la expansión del Universo. Pero si se recupera ese concepto, la energía de vacío, que es su característica principal, a diferencia de las formas comunes de masa y energía, sería la de ejercer una fuerza gravitatoria repulsiva. Esta denominada antigravedad cosmológica sería responsable de la expansión del Universo a velocidades crecientes.

MATERIAS. La existencia de la energía de vacío también sería acorde con un complejo fenómeno físico conocido como efecto Casimir y con la teoría defendida por varias escuelas físicas de que el espacio está lleno de partículas virtuales que navegan por el mismo.

En cualquier caso, para completar la estructura de este nuevo y sugerente modelo del Universo sus defensores postulan que pueden distinguirse hasta cuatro formas diferentes de materia: a) materia visible, que es la ordinaria, compuesta de protones y neutrones, que forma las estrellas, los gases y el polvo cósmico; b) la materia oscura bariónica que es una materia ordinaria, demasiado tenue para ser observable; c) la materia negra no bariónica, que consiste en partículas exóticas como pueden ser los axiones, los neutrinos con masa y otras partículas másicas con débiles interacciones; d) la materia negra cosmológica, o lo que es igual, la "energía del vacío". Respecto a la masa global del Universo las contribuciones respectivas propuestas serían: materia visible (1%), materia oscura bariónica (5%), materia oscura no bariónica (30%) y energía de vacío (60%).

¿Es así nuestro Universo?. En el futuro es posible que se puedan disipar y aclarar las dudas teniendo en cuenta los nuevos avances técnicos que se van poniendo a disposición de los cosmólogos. Tal ocurrirá con los nuevos detectores infrarrojos o con el tan esperado Telescopio Espacial de Nueva Generación que sustituirá ventajosa y próximamente al Telescopio Espacial Hubble, que tantos servicios ha prestado y está prestando a las ciencias astronómicas y cosmológicas.