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A ver, a ver, vamos a hablar un poquito de... bueno, de cosillas que a veces se escapan, ¿no? Imagínate, allá por... hace un montón, un científico inglés, este C.T.R. Wilson, se subía a una montaña en Escocia, el Ben Nevis, para estudiar las nubes, ¿te imaginas? El tío, claro, dijo, "tiene que haber una forma más fácil", ¿no? Y se montó en su laboratorio, en Cambridge, un aparatito, una cámara de niebla, para crear nubes artificiales. ¡Y le salió de perlas!
Pero la cosa no quedó ahí. Resulta que, al hacer pasar partículas alfa por esa cámara, dejaban un rastro, ¡como los aviones en el cielo! ¡Pum! ¡Inventó un detector de partículas! ¡Una prueba de que las partículas subatómicas existían de verdad!
Después, otros colegas en el mismo laboratorio mejoraron la cosa, sacaron haces de protones más potentes, y luego, un tal Ernest Lawrence, en California, hizo el famoso ciclotrón, o "rompe átomos", como le llamaban. Y bueno, la idea básica era la misma: acelerar protones u otras partículas cargadas a velocidades increíbles, a veces en círculos, a veces en línea recta, y ¡zas!, chocarlos contra otra partícula para ver qué salía volando. Un poco bruto, sí, pero eficaz.
Claro, los físicos empezaron a construir máquinas cada vez más grandes, más ambiciosas... y empezaron a descubrir... o a deducir, mejor dicho, una cantidad enorme de partículas: piones, muones, hiperones, mesones, kaones, ¡el bosón de Higgs!, ¡los bosones vectoriales intermedios!, ¡bariones!, ¡taquiones! ¡Hasta los propios físicos se marearon! Un tal Enrico Fermi, cuando un estudiante le preguntó el nombre de una partícula, le dijo, "Si me acordara de todos estos nombres, sería botánico". ¡Toma ya!
Hoy en día, los nombres de los aceleradores suenan como armas de ciencia ficción, ¿eh? Super Protón Sincrotrón, Gran Colisionador de Electrones y Positrones, Gran Colisionador de Hadrones, Colisionador Relativista de Iones Pesados... ¡Tela marinera! La energía que usan es tan alta que a veces solo pueden usarlos de noche para que la gente no note que se les baja la luz. Y claro, te ponen las partículas a unas velocidades... ¡un electrón recorre siete kilómetros en menos de un segundo! ¡Una locura! Y ha habido miedos, ¿eh? De que se creen agujeros negros sin querer, o "quarks extraños" que reaccionen en cadena y se lo traguen todo... ¡Pero tranquilos, eh!, ¡que aquí seguimos!
Eso sí, buscar partículas requiere paciencia. Son pequeñísimas, rápidas, y ¡efímeras! Aparecen y desaparecen en menos de un segundo, bueno, en muchísimos menos, hasta en 0.000 000 000 000 000 000 000 001 segundos. ¡Impresionante!
Y algunas partículas son casi imposibles de pillar. Cada segundo, billones y billones de neutrinos, casi sin masa, llegan a la Tierra desde el Sol y la atraviesan como si nada, ¡incluyéndote a ti y a mí! Para pillar unos pocos, los científicos tienen que meterse en minas abandonadas, con tanques enormes de agua pesada... ¡un pastizal!, para evitar radiación.
De vez en cuando, un neutrino choca con un átomo del agua y suelta un poquito de energía. Y así, poco a poco, estudiando esos poquitos de energía, vamos entendiendo el universo. En un momento dado, unos investigadores japoneses dijeron que los neutrinos sí que tenían masa, ¡aunque poquísima!: una millonésima parte de la de un electrón.
Vamos, que la cosa cuesta dinero, ¡y mucho! En la física moderna, cuanto más pequeño es lo que buscas, más grande tiene que ser el cacharro. El CERN, la Organización Europea para la Investigación Nuclear, es como una ciudad pequeña, con miles de empleados y kilómetros de terreno, con imanes que pesan más que la Torre Eiffel y un túnel subterráneo de kilómetros de largo.
Para que te hagas una idea, James Trefil decía que romper un átomo es fácil, basta con encender una bombilla. Pero romper un núcleo atómico ya requiere mucho dinero y mucha electricidad. Y para llegar a los quarks –las partículas que forman las partículas– ¡aún más dinero y más electricidad!: billones de vatios y el presupuesto de un país pequeño. El Gran Colisionador de Hadrones del CERN, por ejemplo, costó miles de millones y produce una barbaridad de energía. Eso sí, de vez en cuando sacan algo práctico de todo esto: ¡la World Wide Web, internet, fue inventada en el CERN!
Pero bueno, todo esto es calderilla comparado con lo que iba a costar el Super Colisionador Superconductor, que se empezó a construir en Texas en los años 80. Iba a ser la leche, pero se peleó con el Congreso de Estados Unidos y al final lo cancelaron. La idea era recrear las condiciones del universo en sus primeros momentos para estudiar la "naturaleza última de la materia", como siempre dicen. ¡Iban a meter las partículas en un túnel de 84 kilómetros con una energía increíble! Un plan ambiciosísimo, pero que costaba miles de millones de dólares.
Vamos, que igual es el agujero más caro del mundo. El Congreso gastó miles de millones y solo consiguieron hacer parte del túnel antes de cancelar el proyecto. Ahora los texanos pueden presumir de tener un agujero carísimo. Un amigo mío dice que ahora aquello es un descampado rodeado de pueblecitos decepcionados.
Después del fiasco del Super Colisionador, los físicos se volvieron más modestos. Pero incluso los proyectos más "normalitos" cuestan un pastón. Propusieron construir un observatorio de neutrinos en una mina abandonada en Dakota del Sur, ¡con un coste de cientos de millones de dólares, sin contar los gastos de funcionamiento! Y actualizar un acelerador de partículas en Illinois cuesta también cientos de millones.
En fin, que la física de partículas es cara, pero también da resultados. Hoy en día conocemos muchísimas partículas, y sospechamos que existen muchas más. Pero, como decía Richard Feynman, "es difícil entender cómo encajan todas estas partículas, para qué las quiere la naturaleza y cómo se relacionan entre sí". Siempre que abrimos una caja, encontramos otra dentro. Algunos creen que existen partículas que viajan más rápido que la luz, ¡los taquiones! Otros quieren encontrar los gravitones, las partículas que transmiten la gravedad. No sabemos hasta dónde llegaremos con todo esto. Carl Sagan, en su libro "Cosmos", decía que si nos adentramos en un electrón, podríamos descubrir que es un universo en sí mismo, como en las historias de ciencia ficción de los años 50: "Dentro, una gran cantidad de partículas aún más pequeñas componen lo que equivale a galaxias y estructuras menores locales, que a su vez son universos de nivel inferior, y así sucesivamente para siempre: un proceso gradualmente progresivo hacia dentro, universos dentro de universos, sin fin, y lo mismo hacia arriba". ¡Qué locura!
Para la mayoría de nosotros, esto es incomprensible. Incluso leer una guía básica de física de partículas requiere superar una barrera lingüística: "El pión cargado y el antipión se desintegran en un muón más un antineutrino y un antimuón más un neutrino, respectivamente, con una vida media de 2,603 × 10-8 segundos; el pión neutro se desintegra en dos fotones con una vida media de aproximadamente 0,8 × 10-16 segundos; el muón y el antimuón se desintegran en…" ¡Y eso que es de un libro de divulgación de Steven Weinberg!
En los años 60, un físico del Caltech, Murray Gell-Mann, intentó simplificar la cosa e inventó una nueva clasificación de partículas que, según Steven Weinberg, "en cierta medida volvió a hacer comprensible la gran cantidad de hadrones", que son las partículas afectadas por la fuerza nuclear fuerte, como los protones y los neutrones. Gell-Mann propuso que todos los hadrones están formados por partículas aún más pequeñas, aún más básicas. A sus colegas, a Richard Feynman, le hubiera gustado llamarlas "partones", pero no coló. Al final se llamaron quarks.
Gell-Mann sacó el nombre de una frase de la novela "Finnegans Wake": "¡Tres quarks para el Maestro Mark!". Los físicos entendieron que la palabra rimaba con "storks" o "larks", aunque Joyce seguramente pensaba en lo segundo. Pero bueno, la simplicidad de los quarks no duró mucho. A medida que los conocíamos mejor, necesitábamos más clasificaciones. Aunque son tan pequeños que no pueden tener color, sabor ni nada identificable, los quarks se dividieron en seis tipos –arriba, abajo, extraño, encanto, cima y fondo–, que los físicos llaman curiosamente "sabores". Y luego, cada uno de esos sabores se dividió en tres "colores": rojo, verde y azul. (Se sospecha que estos nombres se usaban en California en la época psicodélica. No es casualidad.)
Y al final llegamos a lo que llamamos el Modelo Estándar, que es como un kit de piezas para el mundo subatómico. Tiene seis quarks, seis leptones, cinco bosones conocidos y uno hipotético (el bosón de Higgs, llamado así por el científico escocés Peter Higgs), más tres de las cuatro fuerzas físicas: la fuerza nuclear fuerte, la fuerza nuclear débil y la fuerza electromagnética.
Básicamente, el modelo dice que la materia está hecha de quarks, que se mantienen unidos por partículas llamadas gluones; los quarks y los gluones forman los núcleos atómicos, es decir, los protones y los neutrones. Los leptones son los electrones y los neutrinos. Los quarks y los leptones se llaman fermiones. Los bosones (llamados así por el físico indio S.N. Bose) son las partículas que producen y transportan las fuerzas, como los fotones y los gluones. Y el bosón de Higgs, que igual existe, igual no, se inventó para dar masa a las partículas.
Ya ves que el modelo es un poco chapucero, pero es lo más sencillo que tenemos para explicar el mundo de las partículas. Muchos físicos piensan que, como decía Leon Lederman, el Modelo Estándar no es elegante ni simple. "Es demasiado complejo, con demasiados parámetros arbitrarios", decía Lederman. "No entendemos por qué el Creador tuvo que girar veinte manijas para fijar veinte parámetros para crear el universo que conocemos". La física busca la simplicidad última, pero hasta ahora todo es un lío precioso, o como decía Lederman, "tenemos la profunda sensación de que esta imagen no es bella".
El Modelo Estándar no solo es chapucero, sino que está incompleto. Para empezar, no dice nada de la gravedad. No explica por qué un sombrero que está en la mesa no sale volando. Y para dar masa a las partículas, tienes que inventarte el bosón de Higgs, que a saber si existe. Como decía Feynman, "Estamos en un dilema con esta teoría, no sabemos si es correcta o incorrecta, pero sí sabemos que es un poco incorrecta, o al menos incompleta".
Los físicos, intentando juntar todo, se inventaron la teoría de supercuerdas, que dice que los quarks y los leptones no son partículas, sino "cuerdas" vibrantes que se mueven en once dimensiones, incluyendo las tres que conocemos, más el tiempo, más otras siete dimensiones que... bueno, que no entendemos. Estas cuerdas son tan pequeñas que parecen partículas puntuales.
Al introducir dimensiones adicionales, la teoría de supercuerdas permite a los científicos combinar las leyes cuánticas y las leyes de la gravedad de forma más o menos armoniosa, pero también significa que cualquier explicación de esta teoría suena un poco inquietante, como cuando un desconocido en un banco de un parque te cuenta una idea y te vas alejando poco a poco. Por ejemplo, el físico Michio Kaku explica la estructura del universo desde la perspectiva de la teoría de supercuerdas así: "Una cuerda híbrida consta de una cuerda cerrada con dos modos de vibración, uno en el sentido de las agujas del reloj y otro en el sentido contrario, que deben tratarse de forma diferente. La vibración en el sentido de las agujas del reloj existe en un espacio de 10 dimensiones. La vibración en el sentido contrario a las agujas del reloj existe en un espacio de 26 dimensiones, 16 de las cuales ya han sido compactadas". (Recordemos que, en el espacio original de 5 dimensiones de Kaluza, la quinta dimensión se enrolla en un bucle y se compacta).
Y así sigue, durante unas 350 páginas.
La teoría de cuerdas dio lugar a la teoría M, que incluye las "membranas" en el mundo de la física. Y ahí es donde, creo, la mayoría de nosotros nos bajamos del autobús del conocimiento. Una frase del New York Times intentaba explicar esta teoría al lector común en el lenguaje más sencillo posible:
"En ese pasado lejano, el proceso ígneo comenzó con un par de membranas planas y vacías; estaban paralelas entre sí en un espacio de 5 dimensiones curvado... Las dos membranas formaban la pared de la quinta dimensión, y probablemente surgieron de la nada como una fluctuación cuántica en un pasado aún más lejano, y luego se dispersaron".
Imposible de discutir, imposible de entender. Por cierto, "ígneo" viene del griego y significa "ardiente".
El problema de la física ha llegado a tal punto que, como decía Paul Davies en la revista Nature, "es casi imposible para los no físicos distinguir entre un loco sensato y un lunático absoluto". La cosa llegó a un punto crítico en otoño. Dos físicos franceses, los gemelos Igor y Grichka Bogdanov, propusieron una teoría sobre la altísima densidad que incluía conceptos como "tiempo imaginario" y "condición de Cooper-Schwinger-Martin", destinada a describir la nada, el universo antes del Big Bang: un período que siempre se ha considerado incognoscible (porque ocurrió antes del nacimiento de los fenómenos físicos y sus propiedades).
La teoría de Bogdanov provocó casi inmediatamente una controversia entre los físicos: ¿era una tontería, un logro genial o un fraude? "Desde un punto de vista científico, está claro que es en gran medida una tontería total", dijo el físico Peter Woit, de la Universidad de Columbia, a un periodista del New York Times. "Sin embargo, últimamente no es muy diferente de muchos otros artículos".
Karl Popper, al que Steven Weinberg llama "el decano de los filósofos modernos de la ciencia", propuso en su día que la física podría no tener una teoría última: cada explicación necesita una explicación adicional, formando "una interminable serie de principios cada vez más básicos". La posibilidad opuesta es que este conocimiento sea completamente incomprensible para nosotros. "Afortunadamente, hasta ahora", escribe Weinberg en "El sueño de una teoría final", "nuestros recursos intelectuales parecen no haberse agotado".
Es casi seguro que surgirán más ideas en este campo; es casi igual de seguro que esas ideas serán incomprensibles para la mayoría de nosotros.
Mientras los físicos de mediados del siglo XX observaban desconcertados el pequeño mundo, los astrónomos descubrieron que, también notablemente, la comprensión del gran universo también estaba incompleta.
Hace tiempo ya, Edwin Hubble había confirmado que casi todas las galaxias de nuestro campo de visión se alejaban de nosotros, y que esta velocidad de recesión era proporcional a la distancia: cuanto más lejos está la galaxia, más rápido se mueve. Hubble descubrió que esto podía expresarse mediante una sencilla ecuación: Ho=v/d (donde Ho es una constante, v es la velocidad a la que se aleja la galaxia y d es la distancia que nos separa).
Desde entonces, Ho se ha llamado la constante de Hubble, y toda la ecuación se conoce como la ley de Hubble. Utilizando su ecuación, Hubble calculó que la edad del universo era de unos 2.000 millones de años. Este número era un poco incómodo, porque incluso a finales de la década de 1920 se hacía cada vez más evidente que muchas cosas del universo -muy probablemente, incluida la propia Tierra- eran más antiguas. Perfeccionar esta cifra ha sido una preocupación constante en la comunidad cosmológica.
Lo único que no ha cambiado a lo largo de los años con respecto a la constante de Hubble es la disparidad de opiniones sobre su evaluación. En 1956, los astrónomos descubrieron que las variables Cefeidas eran más variables de lo que pensaban; podían dividirse en dos clases, no en una. Así que volvieron a hacer los cálculos y llegaron a la conclusión de que la nueva edad del universo era de entre 7.000 y 20.000 millones de años: no es particularmente precisa, pero al menos es lo suficientemente antigua como para incluir la formación de la Tierra.
En los años siguientes, se produjo un largo debate entre Allan Sandage, sucesor de Hubble en el Observatorio del Monte Wilson, y el astrónomo de origen francés de la Universidad de Texas Gérard de Vaucouleurs. Tras años de cuidadosos cálculos, Sandage llegó a la conclusión de que el valor de la constante de Hubble era de 50, y que la edad del universo era de 20.000 millones de años. Vaucouleurs también estaba muy seguro de que la constante de Hubble era de 100 (por supuesto, tienes derecho a saber qué significan "la constante es 50" o "la constante es 100"; la respuesta está en las unidades de medida astronómicas, que los astrónomos no utilizan años luz, excepto en la conversación, utilizan una unidad de distancia llamada "pársec", basada en un método de medición de uso común llamado paralaje estelar, que equivale a 3,26 años luz. Escalas realmente grandes. La constante se expresa en kilómetros por segundo por millón de pársecs, por lo que una constante de Hubble de 50 significa "50 kilómetros por segundo por millón de pársecs"). Esto significaba que el tamaño y la edad del universo eran solo la mitad de lo que Sandage pensaba: 10.000 millones de años. En 1994, las cosas se volvieron de repente más inciertas cuando un equipo del Observatorio Carnegie de California propuso, basándose en las mediciones del telescopio espacial Hubble, que la edad del universo era de solo 8.000 millones de años, una edad que incluso ellos reconocieron que era menor que la de algunas estrellas del universo. En febrero, un equipo de la NASA y del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de Maryland anunció con confianza, utilizando un nuevo satélite llamado Sonda de Anisotropía de Microondas Wilkinson, que la edad del universo era de 13.700 millones de años, con un margen de error de unos 10 millones de años. Las cosas se quedaron ahí, al menos durante un tiempo.
Sacar una conclusión final es realmente difícil, porque a menudo hay mucho margen para la interpretación. Imagínate que estás de noche en un campo abierto y quieres determinar la distancia entre dos farolas lejanas. Si utilizas herramientas astronómicas más sencillas, puedes determinar fácilmente que las dos bombillas tienen el mismo brillo, y que una bombilla está un 50% más lejos que la otra. Sin embargo, no puedes determinar si la bombilla más cercana es, por ejemplo, esa bombilla de 58 vatios a 37 metros de distancia, o esa bombilla de 61 vatios a 36,5 metros. Además, debes tener en cuenta la distorsión causada por varias razones: los cambios en la atmósfera terrestre, el polvo interestelar, la contaminación de la luz por las estrellas de fondo, y muchos otros factores. Por lo tanto, el resultado de tu cálculo se basará inevitablemente en una serie de hipótesis anidadas, cualquiera de las cuales podría ser objeto de controversia. También hay un problema: el uso de telescopios es siempre muy caro, e históricamente, la medición del corrimiento al rojo ha requerido el uso prolongado de telescopios, lo que ha supuesto un gasto notable. Es muy probable que se tarde toda una noche en obtener una sola placa. Como resultado, los astrónomos se han visto obligados (o han estado dispuestos) a sacar conclusiones basadas en pruebas muy escasas. En cosmología, como señala el periodista Jeffrey Carr, "construimos teorías como montañas sobre pruebas como montículos de topos". O como dice Martin Rees: "Nuestra actual satisfacción (con nuestro estado de conocimiento) puede reflejar la escasez de datos, en lugar de la excelencia de la teoría".
Por cierto, esta incertidumbre se aplica tanto a las cosas cercanas como a los confines lejanos del universo. Cuando los astrónomos dicen que la galaxia M87 está a 60 millones de años luz, como dice Donald Goldsmith, en realidad están diciendo que está entre 40 y 90 millones de años luz, lo que no es exactamente lo mismo. Las cosas en el gran universo se exageran naturalmente. En vista de esto, nuestra mejor estimación actual del universo parece ser de entre 12.000 y 13.500 millones de años, pero dista mucho de haber un acuerdo.
Recientemente se ha propuesto una teoría muy interesante que sugiere que el universo no es tan grande como pensábamos; algunas de las galaxias que vemos mirando a lo lejos podrían ser solo imágenes, refracciones producidas por la luz reflejada.
En realidad, hay muchas cosas que no sabemos, incluso a un nivel muy básico, al menos no sabemos cómo está constituido el universo. Cuando los científicos calculan la cantidad de materia necesaria para mantener las cosas unidas, siempre resulta que no hay suficiente. Al menos el 90%, y quizás hasta el 99%, del universo parece estar compuesto por lo que Fritz Zwicky consideraba "materia oscura", esa naturaleza que no podemos ver. Vivimos en un universo que en su mayor parte ni siquiera podemos ver, y no hay nada que podamos hacer al respecto, lo que resulta un poco desagradable. Al menos hay dos nombres de los principales sospechosos que están llamando la atención: se dice que no son "WIMP" ("Partículas Masivas de Interacción Débil", es decir, materia diminuta invisible que quedó del Big Bang), sino "MACHO" ("Objetos Compactos Masivos de Halo", que en realidad son solo otra forma de referirse a los agujeros negros, las enanas marrones y otras estrellas muy débiles).
Los físicos de partículas suelen estar a favor de una explicación como partículas, es decir, WIMP; los astrofísicos están a favor de una explicación como cuerpos celestes, es decir, MACHO. Los MACHO llegaron a dominar en un momento dado, pero no se pudieron encontrar suficientes, por lo que la balanza volvió a inclinarse hacia los WIMP, el problema es que los WIMP nunca se han descubierto. Debido a su débil interacción, son difíciles de identificar (incluso suponiendo que existan). Los rayos cósmicos causan demasiadas interferencias. Por lo tanto, los científicos deben perforar a gran profundidad bajo tierra. A un kilómetro bajo tierra, la intensidad del bombardeo de los rayos cósmicos es solo una millonésima parte de la de la superficie. Pero incluso sumando todo esto, como dijo un comentarista: "El universo todavía está a dos tercios de la cuenta". Por ahora, puedo llamarlos "DUNNOS" (Objetos No Reflejantes No Observables Desconocidos en alguna parte).
Recientemente, hay indicios de que las galaxias del universo no solo se alejan de nosotros, sino que se alejan cada vez más rápido. Esto va en contra de lo que se esperaba. Parece que el universo no solo está lleno de materia oscura, sino también de energía oscura. Los científicos a veces se refieren a esto como energía del vacío o quintaesencia. En cualquier caso, parece que el universo se está expandiendo constantemente, y nadie sabe por qué. Hay teorías que sugieren que el espacio vacío no está realmente vacío: las partículas de materia y antimateria se crean y desaparecen constantemente, y son ellas las que empujan el universo hacia fuera a un ritmo cada vez mayor. Es increíble que la solución a todo esto sea precisamente la constante cosmológica de Einstein, esa pequeña ecuación que introdujo en la relatividad general para refutar la hipótesis de que el universo se estaba expandiendo constantemente, y que él mismo calificó como "el mayor error de mi vida". Parece que, al fin y al cabo, tenía razón.
En definitiva, vivimos en un universo cuya edad no podemos calcular con precisión; estamos rodeados de estrellas cuya distancia a nosotros y entre sí no conocemos del todo; el universo está lleno de materia que no podemos identificar; el universo funciona de acuerdo con leyes físicas cuya naturaleza no entendemos realmente.
Con este tono tan incierto, volvamos a la Tierra y consideremos lo que sí entendemos -aunque a estas alturas, es posible que ya no te sorprenda escuchar que no lo entendemos del todo-, y lo que durante mucho tiempo no entendimos y ahora sí entendemos.