El universo oscuro: el desafío más desconcertante de la física

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¡Y vaya que es así! Hace unas tres décadas que nos topamos quizá con el más grande de esos secretos: el Universo Oscuro, que constituye el 95% de la materia del universo y es totalmente invisible. Más precisamente, el universo está conformado en un 26% por “materia oscura”, en un 69% por “energía oscura” y solo en un 5% por materia visible o detectable. El universo oscuro es sólo perceptible indirectamente por su interacción con la materia visible, es decir, con el 5% del total de la materia. Sabemos del universo oscuro sólo cuando examinamos el universo a grandes escalas, escalas que sólo son accesibles a la observación desde hace unas pocas décadas.

Mirando el firmamento a esas escalas, los científicos han notado que “falta materia”, es decir, falta la gravedad necesaria para mantener en sus órbitas a estrellas cuya revolución alrededor del centro de sus respectivas galaxias es muchísimo más veloz que la esperable dada la materia visible en el interior de las mismas. Asimismo, en el universo, las galaxias se alejan unas de otras y lo hacen aceleradamente, en una expansión que requiere enormes cantidades de energía, hasta ahora de origen desconocido.

Estas vastas anomalías del orden cósmico fueron detectadas, o más bien corroboradas, cuando Albert Einstein ya no estaba entre nosotros. Constituyen el más formidable desafío que enfrentan las leyes de la física, un fenómeno desconcertante que subvierte el paradigma tan cuidadosamente erigido por generaciones de científicos en su ardua tarea.

Si los porcentajes de composición del universo fueran diferentes, por ejemplo si la materia invisible fuese, digamos, un 5% del total del universo, estaríamos hablando de una “corrección” del paradigma imperante, pero tratándose del 95%, no hay corrección posible. Estamos frente a un verdadero terremoto científico. O las leyes de la física no se aplican a escala supra-galáctica o hay un abrumador faltante de materia que no tiene explicación.

Frente a esta inminente demolición del edificio de la física, los científicos corren desesperados detrás de explicaciones. ¿Una cuarta dimensión del espacio? ¿Una partícula en gran abundancia que no interactúa con la luz y por eso es invisible? ¿Una reformulación de las leyes de la gravedad? Para colmo de sorpresas, la mayor parte, el 69% del universo oscuro, es energía oscura, que equivale a materia, obviamente invisible, por la célebre formula E=mc², donde E indica energía, m, masa material y c, velocidad de la luz. ¿De dónde sale ese enorme excedente de energía?

En medio del estupor, aventuré una conjetura en mi último libro [1], aunque un segundo libro será necesario para consolidarla. La física cuántica, que define la textura del espacio, nos dice que el vacío no es lo mismo que la nada. El vacío es ausencia de materia, pero la nada es ausencia de espacio, y éste último es un ente geométrico, no físico. Para la cuántica el vacío no está vacío: así, el principio de conservación de la energía (que es cero en el vacío), puede violarse por un espacio de tiempo muy pequeño, por una minúscula fracción de segundo. Según el principio de incertidumbre, una cantidad de energía puede concentrarse por un tiempo brevísimo cuya duración está en proporción inversa a la cantidad de energía. Por otra parte, la célebre formula de Einstein mencionada arriba, nos dice que esa energía equivale a una partícula de vida muy efímera. Esta es la llamada “energía del vacío cuántico”, y es una buena candidata para ser la energía oscura del universo. Pero surge un grave problema: los cálculos demuestran que la energía de vacío es muchísimo mayor que la energía oscura medida experimentalmente, siendo la diferencia de 120 órdenes de magnitud (1 seguido de 120 ceros). A este nuevo terremoto científico se lo conoce como “catástrofe del vacío”.

¿A dónde va a parar todo ese excedente de energía? Para responder es necesaria una digresión. En mi análisis, el universo no puede tener bordes, pues de ser así formaría una inter-fase con la nada, pero la nada no es un medio físico. Para que el universo no tenga bordes su forma debe ser lo que en matemática se conoce como un toro con cuerno (como se muestra aquí en la figura). Eso significa que el universo presenta un agujero de gusano en su centro, es decir, una conexión de dos agujeros negros que se cerraría si no fuese constantemente alimentada por energia oscura. En términos sencillos, el vacío genera más vacío, pues este excedente brinda la oportunidad de generar más “combustible” (energía del vacío) necesario para la expansión del universo, pero ese universo tiene una “topología”, una forma que necesita preservarse y ello insume un constante gasto de la energía del vacío. Entonces la energía oscura es simplemente la energía residual que queda después del gasto constante de energía del vacío necesaria para mantener el agujero de gusano primordial que define la forma del universo.

Así regresamos a Heráclito, pues vemos que el dinamismo es lo único estable en el universo, y la parábola del bañista en el río nos da la clave para resolver el misterio del universo oscuro. Este es un secreto bien oculto, como debe ser, pues como dijo Heráclito, así le gusta a la naturaleza…

[1] Ariel Fernández (2023) Artificial Intelligence on Dark Matter and Dark Energy: Reverse Engineering of the Big Bang”. CRC Press, Taylor & Francis. Fecha de publicación: 24 de Agosto de 2023. ISBN: 978-103-246-554-8

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