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1 de Marzo de 2001
Cosmología

El sentido de la cosmología moderna

En busca del orden dentro del enjambre de ideas y teorías.

[Observatorio Astronómico Nacional de Japón]

[Nota de los editores: Para celebrar que P. James E. Peebles ha recibido el premio nóbel de física 2019 por sus contribuciones a la teoría de la evolución del universo, este artículo podrá descargarse de forma gratuita durante el mes de octubre 2019]

Corren tiempos excitantes para los cosmólogos. Asistimos a una oleada de descubrimientos, bullen las ideas y ha cobrado nuevo auge la investigación para someter a prueba las nuevas hipótesis. Pero atravesamos también tiempos de confusión. No pueden ser correctas todas las ideas que están sobre el tapete, seguro. Ni siquiera son coherentes entre sí. ¿Cómo juzgar el progreso? Razonaré mi punto de vista.

Los cosmólogos hemos establecido firmemente los fundamentos del campo sobre la refutación de teorías ya periclitadas. En los últimos 70 años hemos reunido pruebas abundantes de que nuestro universo se expande y enfría. En primer lugar, la luz procedente de galaxias remotas está corrida hacia el rojo; así debe ocurrir si el espacio se expande y las galaxias se alejan entre sí. En segundo lugar, un mar de radiación térmica inunda el espacio, de acuerdo con lo que cabe esperar de un espacio que fue más denso y caliente. En tercer lugar, el universo contiene grandes cantidades de deuterio y helio, que es lo que procede si en el pasado las temperaturas fueron mucho más altas. En cuarto lugar, las galaxias parecían, miles de millones de años atrás, nítidamente más jóvenes, según debe suponerse de una era más cercana al tiempo en que no existían galaxias. Por último, la curvatura del espacio-tiempo parece estar relacionada con el contenido de materia del universo, tal y como debería acontecer si el universo se expande de acuerdo con las predicciones de la teoría de Einstein de la gravitación, la relatividad general.

Que el universo está expandiéndose y enfriándose es la esencia de la teoría de la gran explosión, en el bien entendido de que ésta describe la evolución del universo, pero no cómo empezó.

Suelo comparar el proceso de asentar los resultados, sea en cosmología o en otra ciencia, con el ensamblaje de un marco. Buscamos reforzar cada pieza de prueba mediante el machihembrado de otros tipos de mediciones. Nuestro marco de la expansión del universo está ensamblado con rigidez suficiente como para considerarlo sólido. Nadie cuestiona con seriedad la teoría la gran explosión; todas las piezas encajan de maravilla. Incluso la alternativa más radical —la última encarnación de la teoría del estado estacionario— no pone en duda que el universo se expande y enfría. Todavía se dejarán oír opiniones divergentes en cosmología, pero atañen a los añadidos a la parte consolidada.

Por ejemplo, no sabemos qué hacía el universo antes de expandirse. Una teoría puntera, la de la inflación, es una adición atractiva en el marco mencionado, pero carece de refuerzos firmes. En eso es precisamente en lo que los cosmólogos se afanan ahora. Si las mediciones en marcha están de acuerdo con las huellas de la inflación, entonces las contaremos como un argumento convincente de esta teoría. Pero mientras eso no ocurra, me abstendría de apostar sobre la realidad de la inflación. No estoy criticando la teoría; simplemente quiero señalar que éste es un trabajo arriesgado y nuevo que debe esperar su comprobación.

Más sólidos son los datos que abonan la idea de que la masa del universo consiste en materia oscura agrupada en torno a la periferia de las galaxias. También tenemos respaldo a favor de la denostada constante cosmológica de Einstein o de algo similar; sería el agente de la aceleración que el universo parece estar experimentando. Diez años atrás, los cosmólogos daban la bienvenida a la materia oscura como una forma elegante de explicar los movimientos de las estrellas y el gas en las galaxias. Muchísimos investigadores, sin embargo, mostraban su desagrado ante la constante cosmológica. Hoy la mayoría la aceptan, o su concepto aliado, la quintaesencia. Los físicos de partículas han recogido el guante que la constante cosmológica lanza a la teoría cuántica. Este cambio de opinión no refleja debilidad, sino que muestra que el campo se encuentra en un estado de caos saludable alrededor de un marco sólido que crece poco a poco. Estudiantes de la naturaleza, ajustamos nuestros conceptos al progreso de las lecciones.

Las enseñanzas, en este caso, incluyen los signos de la aceleración de la expansión: el brillo de las supernovas cercanas y lejanas; la edad de las estrellas más viejas; la curvatura de la luz alrededor de masas remotas, y las fluctuaciones de la temperatura del fondo de radiación térmico del firmamento [véase “Informe especial: Revolución en la cosmología”, Investigación y Ciencia, marzo de 1999]. Pese a las pruebas, impresionantes, me siento todavía incómodo respecto a los detalles de la constante cosmológica, incluidas las posibles contradicciones con los resultados de las simulaciones de la evolución de las galaxias y su distribución espacial. La teoría del universo en aceleración es un edificio en construcción. Admiro la arquitectura, pero no quisiera mudarme allí todavía.

Con el tiempo, la inflación, quintaesencia y otros conceptos sometidos a debate o bien estarán sólidamente integrados en el marco central o bien se abandonarán sustituidos por algo mejor. En cierto modo, trabajamos fuera de la obra. Pero el universo es un lugar complicado, y sería necio pensar que agotaremos las líneas de investigación productivas en un tiempo cercano. La confusión es un signo de que estamos haciendo algo bien: es la conmoción fértil de una planta en construcción.

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    • Robert R. Caldwell
    • Marc Kamionkowski

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    • Charles L. Bennett
    • Gary F. Hinshaw
    • Lyman Page

El universo y su quintaesencia

    • J. P. Ostriker
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La energía oscura

    • Pilar Ruiz Lapuente

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