Materia y energía oscura: búsqueda a ciegas
Algunas Investigaciones astronómicas han supuesto la existencia de cierto tipo de materia que han llamado «materia oscura». En 1933, el astrónomo alemán Fritz Zwicky observó que las velocidades orbitales de las galaxias en los «cúmulos» no correspondían a valores previstos. Pensó entonces que esas anomalías serían ocasionadas por un tipo de «masa no visible». Es decir, existiría una materia anómala que llamó «materia oscura» (Dunkle Materie). Transcurridos casi 40 años desde las observaciones de Zwicky, a finales de los años 1960, Vera Rubin, astrónoma del Departamento de «Magnetismo Terrestre del Carnegie Institution» of Washington, obtuvo nuevos resultados utilizando un espectrógrafo que medía la velocidad de las «galaxias espirales» con un grado de precisión mayor que los anteriores. Vera Rubin y Kent Ford, tras medir la velocidad del gas que orbitaba alrededor de la galaxia Andrómeda, pensaron que debía contener grandes cantidades de «materia oscura».
Aplicando para las galaxias un razonamiento análogo al que se emplea para nuestro sistema planetario, es posible estimar el valor de la masa del centro de una galaxia, conocida la velocidad de las estrellas más alejadas del centro (situadas en el límite exterior). Y se han observado cúmulos estelares muy lejos del disco galáctico que giran alrededor de la galaxia a cientos de miles de años luz de su centro.
Los resultados de las velocidades medidas, tanto de estrellas alejadas del centro de la galaxia, como de cúmulos exteriores, indican que las velocidades son mucho mayores que los resultados previstos aplicando la ley de Newton. Por ejemplo, las velocidades de las estrellas que se hallan más alejadas del centro de la Vía Láctea, son del mismo orden de magnitud que la del Sol, cuando debían de ser mucho menor, puesto que allí la gravedad será menor y debían haber abandonado la galaxia, teniendo en cuenta su velocidad de giro.
En virtud de tales resultados, los astrónomos deducen que, si a pesar de su gran velocidad y distancia al centro de la galaxia, esas estrellas siguen atrapadas por la gravedad, será debido a la existencia de campos gravitatorios que tienen su origen en enormes cantidades de «materia oscura» , cuya detección directa no es posible por los medios técnicos disponibles. Hay que señalar que, según esa hipótesis, la «materia oscura» tendría en parte una naturaleza del mismo tipo que la materia visible, puesto que se supone capaz de generar campos gravitatorios. A pesar de las especulaciones en torno a su estructura, no existe ningún dato sobre su composición, aunque conforme a algunas hipótesis, podría estar integrada por estrellas, planetas; o bien, partículas elementales desconocidas que darían lugar a un nuevo tipo de materia [1].
En 1929, el astrónomo inglés Hubble publicó un estudio acerca de la velocidad radial de las nebulosas, medida respecto a la Tierra. Algunas de ellas tenían espectros luminosos que indicaban que se acercaban a la Tierra, pero la gran mayoría se alejaba. Además, descubrió que hay una relación directa entre la distancia de una nebulosa y su velocidad de alejamiento. De sus observaciones, concluyó que el propio universo, incluido el espacio entre galaxias, está en expansión. Comprobada esta observación, el fenómeno fue establecida como «Ley de Hubble‛. Más recientemente, en 1990, se comprobó que la expansión del universo continuaba, a pesar del efecto contrario ejercido por las fuerzas gravitatorias de las galaxias y de otros objetos celestes. Y en 1998, el telescopio espacial Hubble (HST) detectó que, tiempo atrás, la velocidad de expansión del universo tiempo había sido menor que en la actualidad. Por consiguiente, debemos concluir que, la fuerza de la gravedad no fue suficiente para evitar el incremento de velocidad (aceleración) de la expansión del universo.
¿A qué se debía ese sorprendente efecto? Las teorías que se han aventurado a explicarlo se clasifican en dos grupos. Uno de ellos, pretende que la «teoría general de la relatividad» debía modificarse para poder explicar el resultado anómalo. El otro grupo, supone que existe una nueva clase de energía, a la que llaman «energía oscura», que a semejanza de la «materia oscura» podría explicar el fenómeno de la aceleración del universo en expansión.
Sin embargo, hasta la fecha sólo puede hablarse de conjeturas o hipótesis, carentes de un fundamento empírico sólido. Por lo cual, antes de disponer de datos experimentales fiables, parece sensato no admitir presuntas realidades materiales. Desde 1980, se han realizado docenas de experimentos, sin ningún éxito, con el fin de detectar «hipotéticas partículas de materia oscura». Algunos cosmólogos, que han tratado de explicar en vano por qué la expansión del universo ocurre cada vez a mayor velocidad, recurren a la supuesta «energía oscura».
La investigadora alemana Sabine Hossenfelder, del Frankfurt Institute for Advanced Studies, opina que es incoherente invertir el orden metodológico, dando por segura la existencia de ambas supuestas entidades: «materia oscura» y «energía oscura».
«Los físicos, con las matemáticas, pueden mostrar que este extraño substrato no es otra cosa que la energía que trasporta el espacio vacío y sin embargo, no pueden calcular la cantidad de energía. Es una de las fracturas fundamentales, el que los físicos anhelen ver más allá, pero tan lejos que no acierten a ver qué es lo que sostiene a las nuevas teorías que ellos diseñan tratando de explicar la ‘energía oscura'»
Hossenfelder, S. (2018): 5, 6: pos. 164-167. Lost in Math: How Beauty Leads Physics Astray. Hachette Book Group. Ebook.
Según la autora, Sabine Hossenfelder, ciertos extraños criterios ajenos a la ciencia física, como la belleza, la elegancia, lo natural han llegado a imponerse en las teorías físicas modernas. Y han construido una «bella matemática, pero una mala ciencia». En consecuencia -opina Hossenfelder- los físicos deberían repensar sus métodos de investigación y volver a la realidad como fuente donde reside la verdad.
En efecto, es incoherente que se difundan teorías que se pronuncian sobre la composición y efectos de una entidad material no visible, ni detectada indirectamente, antes de tener suficientes pruebas experimentales de su existencia.
Nota 1. Los astrónomos se refieren a la primera categoría, como massive compact halo objects. La segunda categoría recibe el nombre de weakly interacting massive particle.