Critical Analysis of the Research and Implications for Future

Este bosquejo de las principales ideas de la cosmología del siglo XX se basa en el doble supuesto de que (i) las interacciones gravitacionales que determinan la estructura global del universo están regidas por las ecuaciones de campo de Einstein y (ii) la materia está distribuida homogénea e isotrópicamente en el espacio. El supuesto (ii) es obviamente falso y sólo puede aceptarse como una primera aproxima- ción útil en un estudio global a muy gran escala (aunque la isotropía de la radiación del trasfondo indicaría que dicha aproximación es mucho mejor de lo que uno hubiera creí- do). Pero también el supuesto (i) es falso, puesto que es incompatible con la Mecánica Cuántica y la Teoría Cuántica de Campos, cuya base empírica es firmísima. La formulación de una teoría cuántica de la gravitación que sea viable es una de las grandes tareas pendientes de la física. Entre tanto, hay que arreglárselas con lo que tenemos, y normalmente se acepta que no disponemos de una teoría de la gravitación más satisfactoria que la Relatividad General. Con todo, conviene preguntarse cómo hay que entender unos asertos cosmológicos derivados de principios reconocidamente inexac- tos por una “ciencia” que necesita de entrada una revisión posiblemente radical. No nos tranquilizará escuchar que esa es la condición de todas las ciencias básicas. Debemos tratar de comprender por qué esperábamos que las cosas fuesen de otra manera y cómo nuestro “sentido común” generó tales expectativas.

La pregunta “¿cuántos huevos hay en este canasto?” ad- mite una respuesta definitiva que puede establecerse rápida-

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mente por inspección ocular. Pero las preguntas científicas y en especial aquellas que se refieren a cuestiones funda- mentales como la composición última de la materia o la estructura global del universo no admiten tales respuestas definitivas. En el caso de estas cuestiones los mismos térmi- nos en que están planteadas pueden tornarse cuestionables. En la conversación ordinaria damos por sentada una serie de conceptos y enfoques, todo un modo de analizar nuestro entorno. Esta “visión del mundo del sentido común” es suficientemente idónea para nuestro quehacer cotidiano, pero los fundadores de la ciencia moderna la juzgaron inadecuada para su propósito de entender el plan de la naturaleza, y por eso la abandonaron. Especialmente en la física matemática la intelección de las cosas se ha buscado siempre siguiendo patrones muy ajenos a la conversación ordinaria. En un momento pudo parecer que Euclides y Newton habían encontrado los principios del verdadero sistema intelectual del universo. Pero ya no pensamos así y, lo que es más importante, ya no esperamos que tales principios vayan a encontrarse jamás. Tal como están las cosas, la opinión popular de que existe un tal sistema perfectamente bien definido que esta ahí esperando que lo descubran sólo puede fomen- tar el escepticismo, ya que es infinitamente improbable que logremos captarlo con certeza. Pero antes que desesperar del conocimiento humano —que, mal que mal, es el único de que tenemos conocimiento— debemos tratar de formar- nos una concepción apropiada de cómo funciona.

En sus tareas diarias, el hombre de ciencia da por supues- to un sistema estable de nociones e hipótesis sin las cuales no podría hallarle sentido a sus observaciones. Pero tiene que darse cuenta de que este sistema no puede ser defini- tivo. Revisarlo, aumentar su precisión, coherencia y alcance, es una finalidad constante, aunque a menudo latente, de la ciencia. Aunque los resultados numéricos de la investigación científica son, en buena medida, inmunes a los cambios del sistema intelectual, su significado puede alterarse radical-

Cosmología como ciencia  mente en el curso de la evolución de ese sistema. Por ejemplo, los pesos atómicos establecidos en el siglo XIX todavía se aceptan, dentro de los márgenes de error con que se los midió, pero el número asignado, digamos, al hidró- geno ya no se refiere a cada átomo de ese elemento, sino al átomo promedio de una cierta mezcla de sus diversos isótopos. Sobre todo en cosmología es muy probable que ocurran tales cambios dramáticos de significado. Los valores de z asignados a los objetos astronómicos más conocidos no variarán apreciablemente en el futuro, pero nadie puede garantizar que dentro de cien años z todavía se interpretará como índice de la expansión del universo. En vista de esto, se podría alegar que el conocimiento científico consiste en esa provisión de valores numéricos definitivos o cumu- lativamente más precisos, y que el sistema teórico que los enmarca no es más que una herramienta útil para diseñar experimentos y computar sus resultados. Pero esta opción desesperada, muy familiar a los estudiosos de la filosofía de la ciencia, es particularmente inepta en el caso de la cosmología. Aquí los valores numéricos no tienen ninguna aplicación técnica y, por ende, carecen de toda significación separados de la teoría. Por la misma índole de su tarea el cosmólogo se ha comprometido, en un grado mayor quizás que otros físicos, a gozar de su ciencia como algo que se hace y no como algo que se tiene, a encontrar satisfacción en la búsqueda alerta y no en la creencia inerte.

NOTA SUPLEMENTARIA: Para explicar cómo la presente inhomogeneidad de la materia —concentrada, como se sabe, en astros, galaxias, cúmulos y supercúmulos de galaxias— se ha generado a partir de la perfecta homogeneidad inicial a que apunta la isotropía de la radiación del trasfondo, se han propuesto varias hipótesis, que introducen variaciones signi-

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ficativas en los modelos cosmológicos —muy idealizados— que he descrito aquí. Ninguna de esas hipótesis ha ganado el asentimiento de una mayoría de los especialistas. El estado actual del debate teórico y las observaciones más recientes en que puede apoyarse se analizan admirablemente en la Parte III del libro de P. J. E. Peebles, Principles of Physical Cosmology (1993). Aunque es una obra bastante técnica, el autor comienza cada sección con una presentación sencilla de los conceptos básicos pertinentes, que puede entenderse aun sin haber leído al cabo las secciones anteriores. Las Partes I y II se refieren, respectivamente, al desarrollo de la cosmología del siglo XX y a la Teoría General de la Relatividad. Recomiendo calurosamente la obra de Peebles a cualquiera que desee profundizar en esta materia. Con todo, el lector con pocos conocimientos matemáticos que desee entender la Relatividad einsteiniana haría bien en estudiar primero el libro admirable de Ellis y Williams, Flat and Curved Space-Times (1988), que sólo requiere nociones de álgebra y geometría elemental.

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