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Universos en la ciénaga

Un nuevo programa de investigación intenta cartografiar qué teorías físicas son incompatibles con la gravedad cuántica. Los resultados podrían tener consecuencias verificables en cosmología y física de partículas.

GETTY IMAGES/DENNIS CASEY/ISTOCK, MODIFICADA POR INVESTIGACIÓN Y CIENCIA

En síntesis

La teoría de cuerdas es una de las candidatas más firmes a una teoría cuántica de la gravedad. Sin embargo, predice una enorme cantidad de universos posibles, algo que ha dificultado enormemente la elaboración de predicciones comprobables.

En los últimos años, varios trabajos han argumentado que, en realidad, una cantidad aún mayor de universos y leyes físicas serían incompatibles con la teoría de cuerdas. Ese conjunto de universos imposibles se conoce con el nombre de «ciénaga».

La ciénaga parece descartar varios de los modelos más usados para explicar la energía oscura o la inflación cósmica. Al mismo tiempo, podría apuntar a una conexión insospechada entre la masa de los neutrinos y la densidad de energía oscura.

Quizá la fuerza de la naturaleza que el ser humano comenzó a estudiar más pronto fuera la gravedad. Hoy en día, sin embargo, esta sigue siendo la interacción fundamental peor conocida. Por un lado, se diferencia de las demás en que aún seguimos sin entender por completo su encaje con las leyes de la mecánica cuántica. Por otro, la aplicación de la teoría vigente de la gravedad al estudio de la estructura y evolución del universo como un todo ha supuesto la aparición de nuevos enigmas, uno de ellos especialmente espinoso: hoy por hoy, ignoramos de dónde procede el 70 por ciento del contenido energético total del universo.

En los últimos años, varias ideas procedentes de la teoría de cuerdas han cristalizado en un programa de investigación que aspira a relacionar esos problemas. En cierto modo, dicho programa da la vuelta al que hasta ahora ha sido el enfoque tradicional de la disciplina: en lugar de preguntarse qué leyes físicas pueden obtenerse a partir de la teoría de cuerdas y los principios de la gravedad cuántica, trata de identificar cuáles son incompatibles con ellos. Dicho conjunto de teorías inviables, o universos imposibles, ha sido bautizado con el nombre de «ciénaga». Al imponer que el mundo que observamos a nuestro alrededor quede excluido de la ciénaga, varios trabajos han obtenido implicaciones potencialmente verificables que, en caso confirmarse, obligarían a cambiar por completo el modelo cosmológico vigente. Al mismo tiempo, tales ideas han sugerido una nueva manera de afrontar un problema que desde hace décadas ocupa a los físicos teóricos: ¿por qué los valores de las masas de las partículas elementales son tan diminutos?

Un misterio cósmico

La teoría que describe el comportamiento de la gravedad a grandes distancias es la teoría de la relatividad general de Albert Einstein. Esta ve la gravedad como un fenómeno geométrico: la masa y la energía curvan el espaciotiempo, y dicha curvatura dicta la manera en que se mueven los objetos circundantes. Hasta ahora, la relatividad general ha superado todas las pruebas experimentales imaginables. Describe a la perfección fenómenos que van desde la gravedad terrestre o el movimiento de los astros hasta otros mucho más exóticos, como las ondas gravitacionales emitidas durante la colisión de agujeros negros o estrellas de neutrones, detectadas por primera vez hace pocos años.

La teoría describe también la evolución del universo como un todo, desde el momento de la gran explosión, ocurrida hace unos 14.000 millones de años, hasta nuestros días. Y en particular, permite inferir el contenido de materia y energía del cosmos. Gracias a ella, en las últimas décadas hemos aprendido que tan solo el 15 por ciento de toda la materia presente en el universo se compone de átomos ordinarios. El 85 por ciento restante es materia «oscura»: una sustancia invisible y de naturaleza hasta ahora desconocida, pero cuya existencia puede inferirse con claridad a partir del tirón gravitatorio que ejerce sobre las estrellas y las galaxias.

Por otra parte, si consideramos la energía total presente en el universo, los datos cosmológicos revelan que, además, existe una energía difusa extendida por todo el espacio. De naturaleza también desconocida, esta «energía oscura» da cuenta de aproximadamente el 70 por ciento de toda la energía contenida en el cosmos (el 30 por ciento restante corresponde a la energía asociada a la materia ordinaria y la materia oscura). Más enigmática aún que la materia oscura, el origen de esta forma de energía constituye hoy en día una de las mayores preguntas a las que se enfrenta la física fundamental.

Hasta hace aproximadamente veinte años se pensaba que tal energía era exactamente nula. De hecho, varios físicos teóricos intentaron demostrar —sin éxito— que así tenía que ser. A finales del siglo pasado, sin embargo, diversas observaciones relativas a la manera en que se alejan las galaxias distantes revelaron que todo el universo se hallaba impregnado por una densidad de energía constante y de signo positivo.

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