Introducción

Hace 100 años, un grupo de científicos, entre los que destacó Albert Einstein, llevó a cabo una serie de observaciones y especulaciones teóricas que tiempo después, condujeron a la formulación de las dos grandes teorías del siglo XX: la mecánica cuántica y la teoría de la relatividad. Éstas surgieron básicamente de dos fuentes: un problema de tipo teórico y una diferencia de las observaciones con la teoría electromagnética. El primero consistía en una discrepancia entre la forma de entender los observadores por la mecánica de Newton y la teoría electromagnética y el segundo en el hecho de no poder aclarar la radiación de un cuerpo negro utilizando la mecánica estadística y la teoría electromagnética de Maxwell. Estos dos desacuerdos condujeron a la humanidad a un salto cualitativo en ciencia y tecnología. El resultado final: la Teoría General de la Relatividad de Einstein y el modelo estándar de S.L. Glashow, A. Salam y S. Weinberg. En otras palabras, el modelo estándar surgió al estudiar el mundo microscópico y sus consecuencias. Pero a finales del siglo pasado, una serie estudios recientes han llevado a nuevos descubrimientos, tan sorprendentes como los que se hicieron hace un siglo y que ahora provienen de la observación del mundo macroscópico: el universo.

A finales de los años 70 y principio de los 80, un grupo de astrónomos, dirigidos por una mujer llamada Vera Rubin, observó una anomalía en el movimiento de las estrellas que giran alrededor de las galaxias. La anomalía consistía en que éstas rotaban demasiado rápido, de tal forma que la materia “visible” en la galaxia no tenia suficiente fuerza gravitacional como para compensar la fuerza centrifuga, debido al desplazamiento de las estrellas. Vera Rubin postuló entonces la existencia de algo alrededor de la galaxia que llamó materia oscura, es decir, algún tipo de substancia que aumenta la fuerza gravitacional y compensa la centrifuga de las estrellas. Lo sorprendente es que esta materia oscura tenía que ser alrededor del 90% de la materia de las galaxias, lo que indicaba que la materia luminosa sólo representaba 10% de la materia total¹ por ejemplo. Esto significa que, de hecho, las galaxias y por tanto el universo, están hechas de esta materia oscura. En un principio se pensó que esta substancia no era más que algún tipo de polvo, o tal vez planetas gigantes que no iluminaban, —como si hubiera Júpiters por todos lados—, o quizás un número enorme de hoyos negros, etcétera.

A lo largo de estos 30 años se han ido descartando una por una todas estas hipótesis, quedando así, uno de los misterios más grandes de la ciencia en nuestros días: ¿de qué están hechas las galaxias? Lo único que se sabe es que la materia oscura es la responsable de la apariencia del universo, de las galaxias, de los cúmulos de galaxias, etcétera. Sin ella es imposible entender cómo se formaron los sistemas estelares en estas galaxias y por tanto no se puede explicar la existencia del Sol y su sistema de planetas. Pero el misterio no acaba allí. A fines del siglo pasado, dos grupos de astrónomos independientes, uno dirigido por Saul Perlmutter y otro por Brian Schmidt, utilizando el Telescopio Espacial Hubble de la NASA, observaron una serie de explosiones de supernovas a distancias enormes. Se trataba de explosiones que datan de hace 5 mil millones de años, es decir, del tiempo en que se estaba formando nuestro sistema solar. Estas supernovas (estrellas cuyo combustible se acaba y que colapsan en un suspiro final), se encuentran tan alejadas de nosotros que su luz está llegando después de haber viajado 5 mil millones de años. Se las puede ver porque sus explosiones son tan poderosas que su luz ilumina casi tanto como lo haría la de una galaxia entera. Al observar este fenómeno, los astrónomos pudieron calcular la razón de expansión del universo en esa época, hace 5 mil millones de años. El resultado fue sorprendente y ha dejado a la comunidad científica atónita. Hace 5 mil millones de años el universo se expandía más lentamente que ahora. Lo cual es un desastre para el entendimiento que se tiene del universo. Imaginar que éste se expande, significaría que la fuerza de gravedad de una galaxia que contenga alrededor de 100 mil millones de estrellas como el Sol, estará siendo sobrepasada debido al movimiento que las aleja. Esta fue la razón por la que se supone que el universo se inició con una gran explosión. Sin embargo, los cosmólogos pensaban que, después de la gran explosión, el universo tenía que mostrar un fenómeno de desaceleración debido a la fuerza gravitacional atractiva. Pero no, el universo no sólo se expande, sino que lo hace aceleradamente, cada vez más rápido, en contra de la fuerza de gravedad. Este hecho únicamente se puede explicar si existe otro tipo de materia en el universo que sea anti-gravitacional, es decir, gravitacionalmente repulsiva o un tipo de materia con una ecuación de estado que de presión negativa. A este tipo de materia exótica, desconocida y nueva es a lo que los astrónomos han dado por llamar energía obscura.

En el año 2003, los resultados del satélite WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) confirmaron la existencia de materia obscura y de energía obscura, dando con gran exactitud los porcentajes de éstas en el universo. El resultado fue que 23% del universo es materia obscura, 73% es energía oscura y sólo 4% es materia conocida, ésa que se predice en el modelo estándar. La gran sorpresa de fin de siglo es que no se sabe de qué esta hecha el 96% de la materia del universo.

1. Matos, Tonatiuh. .¿De qué está hecho el Universo? Serie: La ciencia para todos, del Fondo de Cultura Económico, No. 204.