Boletín informativo de la Universidad de Miskatonic: El profesor Erasmus Noclue recibe el Premio Grand Peanut por su teoría del Hiperplegamiento Gravitatorio inducido por el plegón α, una partícula indetectable al no tener ni carga ni masa ni nada de nada, que aparece como solución imaginaria de la ecuación de campo del propio Noclue, formulada para explicar determinadas desviaciones en las líneas espectrales de una galaxia, aún no vista, pero que debería existir para que las ecuaciones del campo hipergravitatorio se cumplan. La línea espectral corresponde a un elemento aún no identificado, con número atómico 295. Noclue ha declarado que se abre una nueva era en el conocimiento del Universo. El premio está dotado con una pinta de Budweiser.

La astrónoma Vera Rubin (recientemente fallecida) dio forma matemática y conceptual a la que llamamos materia oscura, allá por los años 70. Previamente, hacia 1933, Fritz Zwicky ya la había postulado. En esencia la materia oscura no es algo que se vea, de ahí el nombre. Tan sólo se pueden medir sus efectos: las galaxias no rotan en su parte exterior conforme a lo predicho por las teorías aceptadas para el campo gravitatorio, es decir, la de Newton, y la más elaborada por Einstein en su Relatividad General. En ambas, una masa determina como deben moverse los objetos sometidos a la aceleración gravitatoria creada por dicha masa. En la relativista, además, debe hablarse con propiedad de un conjunto de masa-energía. En condiciones de masas y distancias del Sistema Solar la de Newton funciona bien, y depende de una constante de gravitación (G) medida por Cavendish a finales del siglo XVIII, de las masas en interacción y del cuadrado de la distancia entre ambas, a través de la muy conocida expresión:

F = G.(M1.M2)/r2

La gravedad en la Relatividad General es una curvatura del espacio tiempo provocada por una masa-energía que obliga a todas las demás, y estas a la primera, a seguir trayectorias definidas, las órbitas. Es mucho más compleja que la de Newton, e incluye álgebra tensorial. En su forma más simplificada es:

Rµν – (1/2) gµν R = Tµν

Donde R es el tensor de curvatura del espacio-tiempo, g el tensor de métrica y T el de energía-momento. Esta formulación de gravedad se utiliza para grandes masas, como es el caso de los cúmulos galácticos. Y en general para describir el Universo en términos globales.
En circunstancias normales, como dijimos, ambas coinciden en sus resultados, si bien la Relativista da cuenta de desviaciones que Newton no puede explicar, y que se llaman correcciones relativistas. Y tanto en una como en otra Vera Rubin descubrió una anomalía gravitatoria en determinados cúmulos galácticos.
El caso es que los extremos galácticos no deberían girar tan deprisa, pero lo hacen. Como si hubiera una masa que curva el espacio-tiempo más de lo que debería hacer la masa que sí se ve. Se ha postulado que o bien hay una materia que no se puede ver, ni detectar por medios tradicionales, o bien habrá que revisar las teorías gravitatorias, lo que se ya se llama Dinámica de Newton Modificada (MOND, Modified Newtonian Dynamics). Bien aceptando que la constante G no es tan constante, o que el término del cuadrado de la distancia quizá no sea de universal aplicación. Considerando que la gravedad, por el momento, es una consecuencia de una masa, lo es por tanto de la materia. ¿Hay que plantearse una nueva definición de materia, algo más que núcleos atómicos y capas electrónicas? ¿Habría que cambiar los principios generales de conservación de masa, energía (equivalentes a través de E = m.c2), carga, etc…, por otros que digan “nunca se ha observado que …”?
La hipótesis de la materia oscura no es nueva. Ya en el siglo XIX Leverrier propuso para explicar las anomalías de la órbita de Urano la existencia de otro planeta. Y acertó de pleno, Neptuno estaba allí, pero no era materia oscura, sino muy ordinaria y real. Años después propuso materia oscura para explicar la anómala precesión del perihelio de Mercurio la existencia de un planeta aún más interior, al que llamaron Vulcano. Y aquí si había “materia oscura”. No había nada entre la órbita de Mercurio y el Sol. La solución vino en refinar la teoría, y esta fue la corrección relativista predicha por la Relatividad General, sólo apreciable a distancias muy cortas como la de Mercurio al Sol. Fue la primera “MOND”. Seguía sin haber materia oscura. Lo que había era otra teoría más refinada y más general.
Pero con la actual materia oscura el desconcierto es enorme. Las ecuaciones gravitatorias fallan. Esta materia no interacciona de forma electromagnética con nada, de ahí que no pueda observarse por métodos ópticos. Parece que no interacciona ni consigo misma. Y lo que ya abruma: es mucho más abundante que la materia ordinaria que vemos. Debe estar por todas partes, impregnándolo todo. En esto se parece al “éter”, un concepto que se utilizó en el siglo XIX para explicar la propagación de las ondas electromagnéticas en el vacío, y que fue derribado por los experimentos de Michelson y Morley a finales del siglo. No había ningún éter, lo que ocurría era que hacía falta reformular la física, tal como se hizo años después, con la Física Cuántica y La Relatividad.
En general, e históricamente, casi nunca han funcionado los “inventos” de entidades fantasmales, sean planetas inexistentes o éteres difusos. Ese halo de “fantasmalidad” está siendo aprovechado por algunos grupos teológicos, en eso que se llama creacionismo, para demostrar la existencia de Dios, nada menos, con el siguiente silogismo, falso de toda falsedad: “Como los científicos no saben qué es la materia oscura, todas sus teorías quedan invalidadas por decreto y por tanto hay un Creador, cuyos designios y obras son inescrutables” El error proviene en haberlo llamado materia oscura y no anomalía gravitatoria. Como le ocurrió a Higgs cuando llamó a su bosón “La Partícula de Dios” y abrió el camino a cualquier chisgarabís esotérico que por el mundo campe. También se usa por los narradores de fantasía para dar escenarios a personajes del estilo de Darth Vader. Y como no, por los estafadores de autoayuda ofreciéndote quitar la materia oscura de tu mente que no te deja ver a luz y lo que tú vales.
Actualmente existe una convención llamada “modelo estándar” para la Física, que consiste en aceptar que la materia y por tanto el Universo está formado por varias partículas básicas, como el electrón, los quarks que forman protones y neutrones, los neutrinos, los muones, y otras muchas. Y sus antipartículas, como el positrón (electrón con carga positiva, e+, y anti-protón, con carga negativa, p-). Estas partículas interaccionan a través de otras partículas mediadoras, la más conocida es el fotón intercambiado entre electrones para la interacción electromagnética. Tres “interacciones” (que a efectos macroscópicos se comportan como fuerzas) gobiernan este mundo: la nuclear fuerte (responsable de unir los componentes del núcleo atómico), la electrodébil y la electromagnética (la más cotidiana). Y podemos decir que esos tres campos están unificados. Pero falta introducir el campo gravitatorio. Esto aún no se ha conseguido. Es decir, no se ha podido unificar lo muy pequeño con lo muy grande (mundo subatómico y cúmulos galácticos). Hay muchas teorías circulando y sujetas a diversas interpretaciones, todas ellas de difícil visualización práctica: supercuerdas, supersimetría, Teorías M y Teorías del Todo del finado Stephen Hawking et al, y un largo etcétera. Por otra parte, los aceleradores de partículas, como el Gran Colisionador de Hadrones (Large Hadron Collider, LHC), detectan más y más partículas, algunas de ellas con periodos de vida próximos al Tiempo de Planck (10-43 segundos).
En otras palabras, la elegancia teórica y matemática, y la sencillez conceptual de las ecuaciones de onda de la Física Cuántica de hace 100 años y del álgebra tensorial de la Relatividad General, más el modelo atómico de protones, neutrones y electrones de Bohr se ha perdido. Como se perdió la sencillez copernicana y newtoniana.
Siempre que hay un cierto barullo en la Ciencia y además hay que echar mano de elementos fantasmales como la materia oscura (y su prima la energía oscura, que probablemente sea la manifestación de una misma cosa, como ocurrió con los campos eléctricos y magnéticos), se postulan las cosas más rebuscadas y después suele aparecer una nueva teoría mucho más simple y más bella, una nueva visión del Universo, que no es la definitiva, pero el avance es brutal.
La Mecánica Celeste de Ptolomeo (siglo III) había llegado a tal galimatías de postulados, órbitas retrógradas, deferentes y mil artificios geométricos más a finales del siglo XV, que hacían cualquier cálculo astronómico un imposible por lo engorroso. Copérnico limpió el sistema mediante el sencillo paso de colocar al Sol en el centro. Todo se volvió mucho más simple y claro. Kepler lo complicó un poco, con sus órbitas elípticas y sus leyes de áreas y períodos orbitales. Newton lo volvió a simplificar y aclarar, dando un sentido físico a los movimientos de los cuerpos sometidos a una fuerza gravitatoria, si bien era bastante misteriosa. Hizo la primera unificación de la Física: la caída de una manzana al suelo se explica con la misma ley que la muy excéntrica elipse de la órbita del cometa Halley. Laplace y Lagrange pulieron el sistema. Pero todo se complicó a finales del XIX.
Maxwell hace la segunda gran unificación (campo electromagnético), y necesita un éter para que las ondas se muevan. Mercurio no hace caso a Newton en su órbita. El átomo no es el final, sino que hay componentes individuales, protones, electrones y sabe Dios qué más. El maldito electrón se comportaba a veces como una onda y a veces como una partícula. De nuevo el desconcierto y el caos. En pocas décadas se construye la Física Cuántica, la Relatividad y se unifican varias cosas, excepto la gravedad. Parecía que el orden y el concierto habían llegado para quedarse. Pero de nuevo el lío, con cientos de partículas, decenas de elucubraciones matemáticas y la materia oscura de por medio. Y la energía oscura.
Si las cosas siguen el curso precedente, limpieza conceptual y matemática, lío posterior y diluvio de teorías más o menos precisas, y nueva teoría más amplia, más sencilla, más general y sobre todo más inclusiva y unificadora, quizá estemos ante una nueva revolución en la Física. De momento se han detectado ondas gravitatorias, lo cual pudiera ser el comienzo de una gran unificación. Pero no se ha dado todavía una sólida interpretación a las mismas, salvo tener una prueba experimental más de la Relatividad General.
Lo mas probable es que la materia oscura no tenga ninguna realidad física e intentar caracterizarla sea una pérdida de tiempo. Lo sensato es pensar que el Universo no responde ni al modelo cuántico ni al relativista, que la expansión acelerada que se observa es una inconsistencia de las teorías vigentes, y que la gravedad es algo más que una curvatura en el espacio-tiempo. Intentar unificar todo puede que sea un camino erróneo y que lo correcto sea tomarse un respiro, meditar sobre lo que se sabe y lo que no se sabe, y esperar que un futuro Maxwell, Einstein, Dirac y otros, aparezcan, que lo harán.
Una teoría rompedora, como lo fueron las anteriores, solo lo es cuando el ciudadano normal puede entenderlas, al menos en sus consecuencias, aunque no sepa resolver las ecuaciones de campo. Casi 100 años después de sus formulaciones, muchas personas son incapaces de entender la Relatividad, incluso la Especial (cuyas matemáticas son sencillas). Pero sí entienden que de no introducir la corrección relativista el GPS del coche no valdría de mucho. No serían capaces de resolver la función de onda cuántica para el átomo de hidrógeno (con un solo electrón), pero ven como la puerta del ascensor se abre o se cierra por el efecto fotoeléctrico. No podrían entender la fuerza nuclear fuerte, pero saben de sobra lo que puede pasar en una desintegración en cadena de un isótopo de Uranio, el U-235; han visto explosiones nucleares y centrales nucleares funcionando.
Por ello la Física debería detener esta carrera de sobresaturación de partículas y de juegos geométricos plegando el espacio-tiempo en dimensiones ocultas. Las cosas deben ser mucho más sencillas. Lo que no significa que sean como esperamos, estando preparados para admitir hechos que van contra la intuición:

– No parece que la tierra se mueva, sino el Sol.
– Señor Newton, ¿qué es esa fuerza misteriosa de atracción a distancia?
– No veo claro que tienen que ver las bombillas con los imanes.
– Así que dice usted que el electrón no está aquí, sino que pudiera estar aqllí o allá con un 95% de probabilidad.
– Don Albert, he seguido una geodésica de espacio-tiempo y me he despeñado por un barranco. ¡Pa haberme matao!
– Acabo de identificar una partícula sin masa, sin carga, que no deja rastro y que no interacciona con nada, ni media en las otras interacciones. ¿Premio Nobel?