Cuando las cuentas no cuadran, ?todo est¨¢ mal?
El diablo est¨¢ en los detalles, y cuanto m¨¢s detallado es nuestro conocimiento del universo, m¨¢s precisos deben ser nuestros modelos y m¨¢s dif¨ªcil es encontrarles fallos, incluso aunque los datos digan que algo est¨¢ mal
La ciencia tiene que proporcionar resultados reproducibles: cualquier otro cient¨ªfico debe poder repetir tu experimento en condiciones similares y obtener los mismos resultados. Las teor¨ªas cient¨ªficas formuladas a partir de esos resultados deben ser contrastadas, deben realizar predicciones que puedan ser puestas a prueba mediante nuevos experimentos. Una teor¨ªa cient¨ªfica nunca podremos probar que es completamente correcta, s¨®lo puede ser refutada, pero estar¨¢ m¨¢s establecida y ser¨¢ considerada m¨¢s robusta si sobrevive a cuantos m¨¢s experimentos independientes y distintos hagamos.
Lo de contrastar teor¨ªas no es tan f¨¢cil como decir que dos y dos son cuatro. Toda medida conlleva una incertidumbre y todo experimento cient¨ªfico permite calcular par¨¢metros f¨ªsicos con una determinada precisi¨®n. Cuanto mayor sea esa precisi¨®n mejor conocemos la realidad, pero aquellas cosas que conocemos con gran precisi¨®n se prestan tambi¨¦n a mayores problemas cuando se contrastan resultados de distintos experimentos. De hecho, a medida que aumentamos la precisi¨®n empezamos a encontrar fallos en todas las teor¨ªas establecidas, y cuando se acumulan suficientes fallos, tenemos que reformularlas. El diablo est¨¢ en los detalles, y los detalles a veces destruyen las teor¨ªas y crean nuevos paradigmas. Ponemos como ejemplo la mec¨¢nica newtoniana, con la que se pueden explicar los movimientos de los astros en gran medida, llevar un cohete a la Luna incluso, pero no puede explicar con suficiente exactitud lo que pasa tan cerca del Sol como la ¨®rbita de Mercurio, cuyo movimiento necesita la Teor¨ªa de la Relatividad General para poder ser explicado y cuantificado hasta una precisi¨®n mejor que un 0.04%. La Relatividad General es un cambio de paradigma frente a la mec¨¢nica newtoniana, pero tampoco es que hayamos tirado a la basura lo que nos ense?¨® el f¨ªsico ingl¨¦s.
Con esta reflexi¨®n general sobre ciencia introducimos hoy algo que preocupa a todos los astrof¨ªsicos y que afecta a uno de los par¨¢metros cosmol¨®gicos m¨¢s b¨¢sicos que existen, la velocidad de expansi¨®n del universo, tambi¨¦n conocida como la constante de Hubble, H0, que aparece en la llamada ley de Hubble-Lema?tre. H0 se mide en unidades de velocidad, kil¨®metros por segundo (km/s), por unidad de distancia, el megap¨¢rsec (Mpc).
B¨¢sicamente hay 2 formas de medir la velocidad de expansi¨®n del universo en el presente, bastante independientes. La primera, la que originalmente us¨® el propio Hubble, es medir la velocidad de alejamiento de las galaxias relativamente cercanas con respecto a nosotros. El problema es que las galaxias no solo se mueven debido a la expansi¨®n del universo, sino que tambi¨¦n est¨¢n sujetas a la fuerza de la gravedad de otras galaxias, que las hace moverse hacia ellas. Por ejemplo, la galaxia de Andr¨®meda, la m¨¢s cercana a nosotros con un tama?o parecido, est¨¢ a unos 0.8 Mpc de nosotros. Est¨¢ ¡°tan cerca¡± que en realidad la expansi¨®n del Universo no la afecta y de hecho se est¨¢ acercando a nosotros, estamos atra¨ªdos mutuamente por la acci¨®n de la gravedad y se aproxima a unos 100 km/s, en vez de alejarse a unos 70 km/s, como dir¨ªa la ley de Hubble-Lema?tre.
El gran problema cosmol¨®gico al que nos enfrentamos los astrof¨ªsicos actualmente es que estos dos m¨¦todos ultra-precisos y los distintos experimentos que los han utilizado para determinar la constante de Hubble producen resultados inconsistentes
La segunda forma de medir la constante de Hubble es estudiando el universo en sus or¨ªgenes, cuando su edad eran tan solo el 0.003% de la actual. El m¨¦todo es bastante m¨¢s complicado e implica estudiar en detalle la radiaci¨®n de fondo de microondas, la reliquia que nos queda de aquella ¨¦poca. Esta radiaci¨®n est¨¢ formada por todos los fotones que exist¨ªan en el cosmos en ese momento y que a partir de entonces viajaron libres por el universo sin interaccionar con nada ni con nadie (salvo en una fracci¨®n despreciable). Eso s¨ª, les afect¨® la expansi¨®n del universo, y por eso podemos calcular la velocidad de expansi¨®n actual con este m¨¦todo.
Pues bien, el gran problema cosmol¨®gico al que nos enfrentamos los astrof¨ªsicos actualmente es que estos dos m¨¦todos ultra-precisos y los distintos experimentos que los han utilizado para determinar la constante de Hubble producen resultados inconsistentes. Hace 100 a?os, cuando se formul¨® la Ley de Hubble-Lema?tre, los experimentos contaban con tremendos errores sistem¨¢ticos (otro d¨ªa nos metemos con este tipo de incertidumbres). Como muestra, un bot¨®n: Hubble se equivoc¨® en un factor 2 en la distancia a galaxias como Andr¨®meda, pens¨® que estaba m¨¢s cerca de lo que est¨¢, con lo que la primera estimaci¨®n de H0 fue de 500 km/s/Mpc. Hace 20 a?os, cuando nosotros ¨¦ramos estudiantes de licenciatura, la constante de Hubble ten¨ªa un valor indeterminado entre 50 y 100 km/s/Mpc. Pero hoy los experimentos basados en galaxias cercanas dan un valor de H0 de 73.3 km/s/Mpc, y los de la radiaci¨®n de fondo de microondas 67.8 km/s/Mpc, una diferencia no muy grande, pero imposible de explicar con la precisi¨®n actual de nuestros experimentos, todos deber¨ªan converger. Y la inconsistencia es muy significativa, la probabilidad de que las dos estimaciones sean iguales es una entre m¨¢s de 3.5 millones, claramente los dos m¨¦todos predicen constantes de Hubble diferentes.
Si encontramos algo que no cuadra en una teor¨ªa, algo est¨¢ mal o algo no entendemos de manera adecuada, aunque no sepamos qu¨¦. Cuando el r¨ªo suena, agua lleva. Quiz¨¢s es que el r¨ªo lleva agua un poco sucia o hay peces en ella que cantan, pero el hecho es que nuestro modelo cosmol¨®gico actual se enfrenta a un error b¨¢sico y significativo y nos falta algo para explicar la discrepancia. ?Qu¨¦ opciones tenemos? Bueno, pues los astrof¨ªsicos, como mencionamos en otro post, somos muy buenos en cometer errores sistem¨¢ticos, que se lo digan a Hubble. En nuestro descargo podemos decir que no es f¨¢cil hacer experimentos que engloban toda la realidad, el universo entero. Pero hoy hay muchos experimentos que dan resultados parecidos de la constante de Hubble, y parece dif¨ªcil que todos los que se basan en uno de los dos m¨¦todos se equivoquen en el mismo sentido. Esta no creemos que sea la raz¨®n, aunque no se puede descartar. Nos mojamos: el error estar¨ªa en la estimaci¨®n de H0 ligada a la radiaci¨®n c¨®smica de microondas, que estar¨ªa sujeta a muchos m¨¢s efectos que no conocemos en detalle, como la existencia y propiedades de la materia oscura (?habr¨¢ que probarlo!). Esto es lo que conocemos como ¡°nueva f¨ªsica¡±, o nuevos conceptos f¨ªsicos a?adidos, porque los ¨¦xitos de la Teor¨ªa del Big Bang son demasiados para que podamos descartarla sin m¨¢s. Una quintaesencia o kinescencia, alguna forma de materia-energ¨ªa desconocida y variable en el tiempo, quiz¨¢s podr¨ªa ayudar a solucionar este problema de ¡°la tensi¨®n con la constante de Hubble¡±, pero por ahora crear¨ªa otros m¨¢s fundamentales. Propiedades desconocidas de part¨ªculas como los neutrinos tambi¨¦n podr¨ªan ayudarnos. En definitiva, 5.5 km/s/Mpc nos traen de cabeza en los ¨²ltimos a?os y hay que eliminarlos como sea. Bueno, como sea no, ideando m¨¢s experimentos, controlando los errores sistem¨¢ticos y tomando datos.
Pablo G. P¨¦rez Gonz¨¢lez es investigador del Centro de Astrobiolog¨ªa, dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Cient¨ªficas y del Instituto Nacional de T¨¦cnica Aeroespacial (CAB/CSIC-INTA).
Patricia S¨¢nchez Bl¨¢zquez es profesora titular en la Universidad Complutense de Madrid (UCM).
Vac¨ªo C¨®smico es una secci¨®n en la que se presenta nuestro conocimiento sobre el universo de una forma cualitativa y cuantitativa. Se pretende explicar la importancia de entender el cosmos no solo desde el punto de vista cient¨ªfico sino tambi¨¦n filos¨®fico, social y econ¨®mico. El nombre ¡°vac¨ªo c¨®smico¡± hace referencia al hecho de que el universo es y est¨¢, en su mayor parte, vac¨ªo, con menos de 1 ¨¢tomo por metro c¨²bico, a pesar de que en nuestro entorno, parad¨®jicamente, hay quintillones de ¨¢tomos por metro c¨²bico, lo que invita a una reflexi¨®n sobre nuestra existencia y la presencia de vida en el universo.
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