Los f¨ªsicos se preocupan por nada

Como el aprendiz de brujo, que no pod¨ªa hacer desaparecer los esp¨ªritus que hab¨ªa conjurado, los astrof¨ªsicos tratan, con cada vez mayor desesperaci¨®n, refutar un descubrimiento asombroso anunciado a principios de 1998: las galaxias distantes se est¨¢n alejando cada vez m¨¢s r¨¢pidamente, impulsadas por una marea formada por el espacio aparentemente vac¨ªo. Aunque los cient¨ªficos saben desde hace tiempo que el universo est¨¢ en expansi¨®n, hab¨ªan asumido que la expansi¨®n era cada vez menor por la atracci¨®n gravitatoria de las galaxias. En vez de eso, dos grupos de astrof¨ªsicos anunciaron que alg¨²n tipo de efecto antigravitatorio parece acelerar la expansi¨®n. El descubrimiento supone todo un desaf¨ªo a las teor¨ªas convencionales.

Despu¨¦s de dos a?os de esfuerzos para conseguirlo, los datos procedentes de observaciones apoyan la conclusi¨®n. El pasado mes de octubre, una objeci¨®n, sutil pero prometedora, a las medidas sobre la aceleraci¨®n de la expansi¨®n por parte de un grupo de astr¨®nomos se qued¨® en la cuneta tras un nuevo an¨¢lisis de sus datos. Y el mes siguiente, un equipo diferente de astr¨®nomos comunic¨® sus observaciones de las arrugas en los gases del universo joven, antes de que se hubieran formado las estrellas y las galaxias. Aunque las observaciones apoyan la teor¨ªa de c¨®mo comenz¨® el universo, la del Big Bang o Gran Explosi¨®n, tambi¨¦n proporcionan nuevas pruebas de la existencia de algo inquietante que en la inmensidad del espacio parece actuar contra la gravedad. As¨ª que los cient¨ªficos est¨¢n en general aceptando la noci¨®n de que algo est¨¢ mal en las teor¨ªas fundamentales de la f¨ªsica."Ahora mismo, tenemos este problema, no s¨®lo para la cosmolog¨ªa sino tambi¨¦n para la teor¨ªa de part¨ªculas elementales", dice Steven Weinberg, catedr¨¢tico de F¨ªsica y Astronom¨ªa de la Universidad de Tejas, y premio Nobel compartido en 1979 por su trabajo en las teor¨ªas de la f¨ªsica de las part¨ªculas elementales. Para explicar sus observaciones, los cient¨ªficos se?alan que deben responder a una pregunta que parece parad¨®jica: ?Cu¨¢nto pesa el vac¨ªo?

El vac¨ªo est¨¢ lleno

Aunque la respuesta se ha resistido desde que Einstein primero hizo la pregunta hace m¨¢s de setenta a?os, los f¨ªsicos se sienten c¨®modos con la idea de que un vac¨ªo aparentemente perfecto puede pesar algo. Seg¨²n la teor¨ªa de la f¨ªsica de part¨ªculas elementales, incluso el vac¨ªo est¨¢ lleno de campos que contienen energ¨ªa y part¨ªculas evanescentes que pasan de existir a no existir, proporcionando cuerpo a la nada.

Pero cuando los f¨ªsicos tratan de utilizar las teor¨ªas convencionales para calcular cu¨¢nta energ¨ªa puede residir en el vac¨ªo, el resultado es un vac¨ªo tan monstruosamente pesado que har¨ªa explotar el universo. Las galaxias, las estrellas, los planetas y la vida nunca se podr¨ªan haber formado.

"Es el problema m¨¢s embarazoso de la f¨ªsica te¨®rica", dice Michael Turner, cosm¨®logo 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 m¨¢s misterioso fundamentalmente de la ciencia b¨¢sica". Jeff Harvey, de la Universidad de Chicago dice: "En realidad, la gente no tiene la menor idea de c¨®mo resolver este problema".

Algunos f¨ªsicos han ido tan lejos para evitar el problema que simplemente dicen que el peso calculado del vac¨ªo es el producto de teor¨ªas imperfectas y que existe alg¨²n otro habitante extra?o del espacio vac¨ªo que est¨¢ alejando las galaxias unas de otras. Llaman, a esta forma de energ¨ªa variable y fluida, quintaesencia. Seg¨²n Einstein esta "extra?a energ¨ªa" ser¨ªa tan diferente de la materia y la energ¨ªa normales que tendr¨ªa el efecto gravitatorio contrario, produciendo repulsi¨®n en vez de atracci¨®n.

Aunque el peso del vac¨ªo deber¨ªa ser el mismo a lo largo del tiempo c¨®smico, y acelerar la expansi¨®n de forma constante, la intensidad de la quintaesencia podr¨ªa 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 energ¨ªa inalcanzables en la Tierra, el universo se podr¨ªa convertir de hecho en un experimento gigante de f¨ªsica, dice Andreas J. Albrecht, f¨ªsico de la Universidad de California.

Con quintaesencia o sin quintaesencia, hasta que se resuelva el problema del peso, los f¨ªsicos no tienen m¨¢s remedio que reconocer que no tienen una teor¨ªa completa sobre el universo. Y las observaciones sobre la expansi¨®n acelerada del universo tienen una cosa buena, que han ayudado a hacer m¨¢s s¨®lidas otras teor¨ªas c¨®smicas, especialmente una que predice la cantidad de materia y de energ¨ªa existente en el universo y explica c¨®mo se formaron las grandes estructuras. Esto hace que resulte imposible olvidar estas observaciones.

Provocadoras medidas

Las provocadoras medidas fueron anunciadas el a?o pasado por dos equipos de astr¨®nomos, 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 expansi¨®n c¨®smica ha estado aceler¨¢ndose.

"Para la mayor¨ªa de los astr¨®nomos, fue algo muy inc¨®modo y perturbador", dice Robert Kirshner, miembro del equipo de Smith en el Centro de Astrof¨ªsica Harvard-Smithsonian. De hecho, las nuevas observaciones de la aceleraci¨®n c¨®smica eran tan perturbadoras, dice Albrecht, que "la postura razonable a tomar es que las observaciones estaban equivocadas".

As¨ª que los astr¨®nomos 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, ¨¦se ser¨ªa Einstein, que formul¨® su teor¨ªa de la relatividad general en 1915. Esta teor¨ªa describe con ¨¦xito c¨®mo la gravedad curva el espacio y mueve las galaxias, las estrellas, los planetas y otras formas de materia en el cosmos. Pero cuando Einstein aplic¨® su teor¨ªa a todo el universo, que en aquel momento se cre¨ªa que era est¨¢tico y permanente, se dio cuenta de que la atracci¨®n mutua de todas sus galaxias les har¨ªa colapsar unas sobre otras r¨¢pidamente en un cataclismo. As¨ª que Einstein teoriz¨® en 1917 que deb¨ªa existir alguna otra fuerza que mantuviera separados los componentes del universo. Llam¨® a este factor "la constante cosmol¨®gica" y la defini¨® como una energ¨ªa uniforme que permea todo el espacio. Debido a la ecuaci¨®n de Einstein que describe la equivalencia de la masa y la energ¨ªa (E=mc2), la energ¨ªa de la constante cosmol¨®gica puede ser considerada tambi¨¦n como masa, o peso.

"Mayor equivocaci¨®n"

Unos pocos a?os despu¨¦s, sin embargo, Einstein empez¨® a reconsiderar este factor. Para entonces, los astr¨®nomos hab¨ªan descubierto que las galaxias se est¨¢n alejando unas de otras como consecuencia de la Gran Explosi¨®n que dio origen al universo. La gravedad, como mucho, frenar¨ªa esta expansi¨®n y causar¨ªa un nuevo colapso dentro de centenares de miles de millones de a?os. As¨ª que el famoso factor era innecesario y Einstien lo defini¨® como su "mayor equivocaci¨®n". As¨ª que el descubrimiento de que Einstein podr¨ªa haber tenido raz¨®n en primer lugar ha desorientado a los f¨ªsicos. "Claramente, existe algo de lo que nadie se da cuenta" dice Wilczek, que vive en la misma casa que habit¨® Einstein en Princeton.

El problema del peso "ser¨ªa el n¨²mero 1 en mi lista de temas a resolver", dice Edward Witten, otro f¨ªsico del mismo instituto que utiliza una teor¨ªa avanzada denominada la teor¨ªa de cuerdas para tratar de unificar lo que se conoce sobre las interacciones de todas las part¨ªculas en el universo.

La urgencia del caso ha llevado a Weinberg y a otros a sugerir lo que algunos f¨ªsicos consideran algo desesperado. Ha planteado la posibilidad de que existan muchos universos procedentes del Big Bang, gran parte de los cuales tienen enormes constantes cosmol¨®gicas que son incompatibles con la vida. Pero, por suerte, unos pocos universos tendr¨ªan vac¨ªos m¨¢s ligeros, como el de nuestro universo, y s¨®lo en tales universos podr¨ªa existir la vida y los f¨ªsicos que se plantearan este problema.

Ni siquiera Weinberg parece convencido de que esta soluci¨®n sea la correcta. En un art¨ªculo sobre el tema, incluy¨® un poema de Hughes Mearns que captura la frustraci¨®n sin fin que los f¨ªsicos sufren al enfrentarse al c¨¢lculo del peso de la nada: "Mientras sub¨ªa la escalera / Me encontr¨¦ con un hombre que no estaba ah¨ª / Segu¨ªa sin estar ah¨ª hoy / Desear¨ªa, desear¨ªa que no estuviera".

? The New York Times