Un manual para asaltar los cielos

La cosmología moderna y el funcionamiento de la ciencia.

THE COSMIC REVOLUTIONARY'S HANDBOOK
(OR: HOW TO BEAT THE BIG BANG)
Luke A. Barnes y Geraint F. Lewis
Cambridge University Press, 2020
286 págs.

Una de las características fundamentales de la ciencia física es el énfasis en la experimentación frente a la mera observación pasiva de los fenómenos. Usando un símil que se remonta a Francis Bacon, nuestro conocimiento del mundo se basa preferentemente en interrogar a la naturaleza para obtener respuestas precisas a preguntas concretas. Desde este punto de vista, la astrofísica y la cosmología ocupan una posición epistemológica peculiar dentro de la física, en tanto que la experimentación les está vedada por la propia naturaleza de sus objetos de estudio.

Sin embargo, este hecho no merma nuestra confianza en los resultados de ambas disciplinas, las cuales han experimentado un impresionante progreso en el último cuarto de siglo. Hay al menos dos razones que justifican esta seguridad. Una es que lo que sabemos del universo se basa en leyes naturales bien establecidas experimentalmente en laboratorios. La hipótesis básica de que estas leyes no son específicas de nuestro entorno, sino válidas en todos los rincones del cosmos, no ha sido hasta ahora puesta en duda por los hechos.

La segunda razón es que, aunque no podamos reproducir fenómenos astrofísicos en un laboratorio, el propio universo puede considerarse un laboratorio en sí mismo. Las predicciones de los modelos estelares, por ejemplo, se contrastan con observaciones de estrellas de diferentes tipos y en diversos estados de su evolución. De igual manera, los modelos cosmológicos tienen que dar cuenta de una gran cantidad de observaciones distintas, desde la estructura a gran escala en el universo a las abundancias de elementos químicos ligeros. Esta multiplicidad de hechos que exigen una explicación «simula», de alguna forma, la variedad de condiciones experimentales que podríamos conseguir en un laboratorio terrestre.

En el estudio del cosmos, como en cualquier otro ámbito científico, existen también «anomalías»: observaciones que se resisten a ser explicadas por los modelos vigentes. Unas acabarán siendo resueltas mediante pequeñas modificaciones de los modelos, y otras desaparecerán con el uso de instrumentación más precisa. Pero no es imposible que alguna anomalía acabe generando una crisis que obligue a reformular —o más probablemente, a ampliar— nuestras teorías actuales sobre el funcionamiento del universo.

Guiados por su experiencia como divulgadores y motivados por el contacto frecuente con un público con inquietudes científicas, los cosmólogos Luke A. Barnes y Geraint F. Lewis han elaborado en The cosmic revolutionary’s handbook una hoja de ruta para aquellos aficionados a la ciencia que quieran poner en marcha la próxima revolución en cosmología. Uno de los hilos conductores del libro es disipar un error muy extendido en la percepción pública de la ciencia: la creencia de que la comunidad científica es refractaria a las propuestas que contradicen las ideas aceptadas. Antes al contrario, explican los autores, las nuevas teorías son bienvenidas vengan de donde vengan, siempre que mejoren globalmente las teorías actuales y se sometan a las formas y protocolos que dotan de fiabilidad al conocimiento científico. Por ello, la primera labor del «revolucionario cósmico» ha de ser familiarizarse con el campo que pretende subvertir y aprender a expresarse en su lenguaje natural: las matemáticas.

A modo de breve introducción, el libro comienza discutiendo qué es y cómo funciona la ciencia, qué hace que una teoría sea satisfactoria, y cuáles son los mecanismos de validación y comunicación de los resultados científicos. Este último aspecto es de especial interés. No es habitual que un libro de divulgación dedique espacio a cuestiones como el funcionamiento de las revistas científicas, el sistema de revisión por pares o el valor de que un artículo sea citado en otras publicaciones. Cuestiones que, sin embargo, son importantes para transmitir una imagen fidedigna de la actividad científica. Más aún cuando, como en este caso, los aspectos positivos del sistema son presentados sin obviar sus inevitables imperfecciones.

Pero, como hemos dicho, derrocar nuestras teorías sobre el universo exige antes que nada conocerlas en profundidad, tanto en sus éxitos como en sus limitaciones. Por eso, la sección central de The cosmic revolutionary’s handbook está dedicada a presentar el modelo de la gran explosión desde una perspectiva «ascendente», donde se parte de las observaciones para mostrar diferentes explicaciones de estas, con sus respectivos méritos y deméritos. Con ello se consigue poner de manifiesto de qué manera la explicación proporcionada por el modelo cosmológico estándar es preferible a las demás. Los autores hacen con ello hincapié en un aspecto clave que el revolucionario cósmico no ha de perder de vista: que su nueva teoría no puede limitarse a explicar una anomalía concreta, sino que tiene también que dar cuenta de todos los demás fenómenos que explicaba la teoría que se ha propuesto desbancar.

El libro construye paso a paso el modelo de la gran explosión, desde las profundas consecuencias de un hecho tan obvio como la oscuridad del cielo nocturno (la paradoja de Olbers) hasta las implicaciones de las medidas del fondo cósmico de microondas realizadas por el satélite Planck. Asistimos a cómo la cosmología estándar va explicando sucesivas observaciones, y a cómo estas descartan a su vez otros modelos alternativos.

Por lo que respecta a la cosmología inflacionaria, presentada a partir de los problemas que la motivaron históricamente, sus consecuencias observacionales se contrastan críticamente con las de otras propuestas que prescinden de la inflación primordial. La discusión no rehúye episodios poco edificantes de la cosmología contemporánea, como el fiasco de BICEP2 en 2014 (el experimento que creyó haber detectado una señal de las ondas gravitacionales emitidas poco después de la gran explosión) y sus aspectos sociológicos [véase «¿Inflación o polvo?», por Licia Verde; Investigación y Ciencia, julio de 2014].

Se da también voz a modelos que, con peores perspectivas que la cosmología estándar o simplemente descartados, han competido «en buena lid» en las páginas de las revistas científicas, como los universos lineales o la hipótesis de Dirac de los grandes números, entre otros. Con ello, además de informar al lector sobre otros intentos de explicar el universo, se pretende ilustrar un mensaje central del libro: que las nuevas ideas, por insólitas que resulten, pueden ser tenidas en cuenta y discutidas por la comunidad científica siempre que sean presentadas usando las reglas de juego establecidas.

Además de los problemas que podríamos llamar de condiciones iniciales y que motivan la hipótesis de la inflación cósmica, el modelo de la gran explosión presenta otras fisuras aprovechables por el revolucionario cósmico. Para facilitar su labor, el libro concluye con una discusión de estos problemas pendientes, los cuales van desde explicar la materia y energía oscuras hasta dar cuenta de la abundancia primordial de litio-7. Este último capítulo constituye, de hecho, un estupendo catálogo de los temas en los que podemos esperar avances importantes en un futuro inmediato.

El brillante recurso literario usado por los autores no debe ocultarnos que su libro no está dirigido en exclusiva a aquellos que, tomando al pie de la letra el elogio de Marx a los defensores de la Comuna de París, pretendan asaltar los cielos hasta la misma gran explosión. The cosmic revolutionary’s handbook es un magnífico trabajo de divulgación que compite con los mejores de este género. Lo que consigue va más allá de transmitir una imagen precisa y equilibrada de los cimientos observacionales del modelo cosmológico estándar, algo que por sí mismo ya revestiría suficiente interés. Al ser un libro escrito en buena medida «en primera persona», resulta también una magnífica guía para entender en qué consiste la cosmología como actividad y el trabajo real de los científicos. Todo ello contado en un lenguaje accesible, distendido y coloquial, y recurriendo con frecuencia al humor. Una obra que sin duda hará las delicias de cualquier lector ávido de saber más sobre cosmología y sobre los cosmólogos.

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