Los problemas pendientes en astrofísica y cosmología

f118

Los problemas pendientes en astrofísica y cosmología contemporáneas.

...Estas dos disciplinas están literalmente abrumadas por la cantidad de problemas sin resolver. Históricamente, el estudio del cosmos ha pasado por varias etapas. No vamos a recapitular aquí la historia de la astronomía. La espectroscopía permitió obtener datos importantes sobre la composición y temperatura de objetos, y la medición del efecto Doppler permitió obtener campos de velocidades y determinar masas estelares a distancias que superan muchos órdenes de magnitud al diámetro del sistema solar. El descubrimiento de patrones de distancia (estrellas variables cefeidas) permitió extender estas mediciones de distancia hasta escalas cosmológicas (50 millones de años luz).

...La aplicación de las herramientas de la geometría diferencial a la cosmología (ecuación de campo) permitió mirar de nuevo ciertos fenómenos (expansión cosmológica, fenómenos relativistas locales).

...El descubrimiento de la física de núcleos permitió construir modelos estelares. Pero como ya se ha visto, de forma repentina, la dominación que el ser humano creía tener sobre el funcionamiento de las estrellas se vio de pronto puesta en duda.

...Esta misma física nuclear permitió retroceder más en el pasado y explicar, por ejemplo, la abundancia de helio.

Pero:

• No existe ningún modelo teórico de galaxia. En este campo no se ha superado el estadio del empirismo.

• No se sabe cómo se forman estos objetos, por qué tienen una masa determinada y no otra, ni cómo evolucionan. La forma de la curva de rotación de las galaxias, que presenta una velocidad periférica alta, sigue siendo un misterio.

• Las teorías de la estructura espiral, basadas únicamente en simulaciones numéricas, siguen siendo muy cuestionables.

• Existe un gran desacuerdo entre las mediciones de masa y los campos de velocidad observados (fenómeno de masa faltante).

• Igual desacuerdo respecto a los cúmulos de galaxias.

• Existen muchas galaxias muy irregulares, sobre las cuales el astrónomo inglés Sir James Jeans dijo: «Cuando se ven formas así, uno no puede resistir la idea de que están causadas por fuerzas considerables que actúan en el cosmos, cuya naturaleza ignoramos».

• En cosmología, existe cierto desacuerdo entre la edad del universo, estimada a partir de las estrellas más antiguas de nuestra galaxia y a partir de mediciones sobre la expansión (ley de Hubble, constante de Hubble).

• No se sabe explicar la estructura a gran escala, con grandes vacíos, del universo, en la que las galaxias se distribuyen alrededor de inmensos vacíos.

• Se han identificado numerosos pares de galaxias que violan la ley de Hubble (la más cercana presenta un corrimiento al rojo mayor que el de la segunda, situada en segundo plano).

• Se han descubierto fuentes con corrimiento al rojo muy alto, cuyo tamaño no supera el del sistema solar, pero que emiten tanta energía como una galaxia entera (quásares). Fuente de energía desconocida. Algunos astrónomos piensan que estas fuentes son núcleos de «galaxias activas» (galaxias de Seyfert). Pero cuando se les pregunta por la definición de una «galaxia activa», cuyo núcleo parece estar en estado de explosión, responden: «que alberga un quásar en su centro».

• A razón de uno por día, en promedio, los astrónomos registran destellos de rayos gamma. Mecanismo, distancia y naturaleza del emisor: desconocidos.

• Los efectos de lente gravitacional, relacionados con galaxias y cúmulos de galaxias, no coinciden con las masas de dichos objetos.

• La teoría predijo la existencia de residuos de estrellas masivas, las estrellas de neutrones. En general, cuando un objeto ha sido predicho por un teórico visionario (como las supernovas por el estadounidense Fritz Zwicky en 1931), se descubrieron rápidamente varios, luego cientos: las estrellas de neutrones (que, al rotar rápidamente, producen lo que se llama pulsares). Estos a menudo están asociados a otra estrella que, al transferirles masa, debe, necesariamente, de vez en cuando hacer que superen su «masa crítica», estimada en 2,5 masas solares. En esas condiciones, los neutrones que las componen, comprimidos unos contra otros, ya no pueden contrarrestar la fuerza de gravedad y el objeto colapsa sobre sí mismo. No se sabe describir este colapso. El modelo del agujero negro, invocado como solución de la ecuación de campo, presenta un defecto molesto. Es solución de:

**S **= 0

es decir, de una ecuación donde T = 0, que describe una región del espacio donde la densidad de energía-materia es nula. Además, lo que va en contra de este modelo es la escasez de candidatos a agujeros negros durante los últimos treinta años, a pesar de que se usan estos objetos, aplicándolos a todo, para «explicar» cualquier cosa y cualquier otra cosa.

• Volviendo a la cosmología, al modelo estándar, conocido como el «Big Bang», este no puede explicar la notable homogeneidad de esta huella fósil del universo primitivo que constituye el fondo de radiación a 2,7°K. Según este modelo, en la infancia temprana del universo, dos partículas vecinas se separaban entre sí a una velocidad superior a c. Por tanto, no podían interactuar. El universo primitivo era, pues, no colisional. Entonces, ¿por qué era tan homogéneo?

• Es imposible definir el tiempo a partir de cierto estadio al retroceder en el pasado. De cualquier manera, la descripción del universo en su estado extremadamente denso y extremadamente caliente está obstaculizada por la crisis actual en física de altas energías.

• El modelo estándar, basado en una solución de la ecuación de Einstein, no puede tener en cuenta los fenómenos electromagnéticos. Más generalmente, no existe un vínculo entre la física de partículas y el comportamiento a gran escala del cosmos. Aunque existe una revista titulada «Classical and quantum gravity», el método de cuantificación no ha podido extenderse a la gravedad. No se sabe definir un posible gravitón.

Cincuenta años de no-física.

...La crisis científica es en realidad total y no se limita a la astrofísica y la cosmología. Los éxitos predictivos de la mecánica cuántica son engañosos. Muchos aspectos de la teoría permanecen en el terreno del semiempírico. Por ejemplo, no se tiene ningún medio para relacionar las masas y cargas eléctricas de las partículas. No se sabe predecir las masas de las partículas. El modelo de los quarks se parece desafortunadamente al de los epiciclos de Ptolomeo. La mecánica cuántica es impotente para explicar el déficit de neutrinos solares.

...Aunque la mayoría de los físicos teóricos se han vuelto actualmente hacia el mundo de las supercuerdas (por falta de tener una idea diferente), esta «nueva disciplina» ha demostrado, durante los últimos treinta años, incapacidad para dar cuenta de ninguna observación ni sugerir ninguna experiencia. Según el matemático Jean-Marie Souriau (que tiene su propia definición de física teórica: las matemáticas menos la rigurosidad. La física, menos la experiencia), acabamos de vivir «cincuenta años de no-física». Estima que ninguna descubrimiento de física teórica digno de ese nombre ha surgido desde los trabajos de Feynman, que datan de los años cincuenta.

...Hace algunos años, mostrándome las actas de un coloquio internacional sobre supercuerdas, me leyó un pasaje del discurso introductorio del responsable de dicho coloquio:

• *Aunque la teoría de las supercuerdas hasta ahora no ha predicho ningún fenómeno ni permitido interpretar ninguna experiencia o observ...