Todas las teorías físicas son aproximaciones de la realidad y, como tal, pue- den fallar si se las lleva más allá de sus hipótesis de trabajos. Las ciencias, en ge- neral, avanzan incorporando las teorías que reproducen las experiencias y pueden ser extendidas hacia hipótesis más amplias. El modelo estándar del “Big Bang” tiene el apoyo de numerosas evidencias observacionales, por ello nadie duda de su validez. Sin embargo, en las últimas dos décadas se abrió un panorama más amplio de la inflación cosmológica que lo ha convertido en un probable nuevo modelo estándar cosmológico, de tal manera que ahora todas las cuestiones cos- mológicas se formulan contemplando el contexto del paradigma inflacionario, que explica de la mejor manera las observaciones cosmológicas cada vez más precisas…hasta que aparezca la siguiente teoría.
En los próximos años tendremos un conjunto mayor de observaciones de alta calidad que pondrán a prueba la inflación y el paradigma de la materia oscura en la formación de estructuras, determinando con muy buena precisión muchos de los doce o más parámetros de los modelos cosmológicos estándar. Puede pa- recer que con ello se podría ajustar casi todo, pero éste no es el caso, aún si se dispusiera de suficiente cantidad y calidad de datos. Un ejemplo ilustrativo es el modelo estándar de partículas en Física, con cerca de veintiún parámetros y medidas precisas de aceleradores distribuidos a lo largo de todo el mundo. Este
modelo está siendo rigurosamente probado, midiéndose sus parámetros con una precisión mejor que el 1%.
Está claro que las mediciones de alta precisión convertirán al modelo están- dar tan robusto como el de la Física de Partículas. En efecto, los avances tecnoló- gicos de los detectores de física de partícula son los principales responsables de la aparición de nuevos datos de observaciones cosmológicas; pero todavía queda mucho por hacer. Con el advenimiento de mejores experimentos de mayor pre- cisión, la Cosmología se está transformando en una ciencia madura, donde las especulaciones han abierto camino a la fenomenología.
Sin embargo, existen aún muchas preguntas fundamentales sin respuestas. Por ejemplo, aun no sabemos la naturaleza del campo del inflatón, ¿existe algún nuevo campo escalar en la simetría electro-débil que rompa la simetría local o es que se debe acudir a una efectiva descripción de interacción a altas energías? Se espera que los futuros experimentos en física de partículas nos brinden las claves para entender su naturaleza.
La inflación tuvo su inspiración en el campo de Higgs, el campo escalar que se supone ser el responsable para las masas de las particular elementales (quarks y leptones) y de la ruptura de la simetría electro-débil. Tales campos se los están buscando en el Gran Colisionador de Hadrones y nos permitirá a conocer una de los problemas claves en la Física: el origen de las masas. Si los experimentos descubren cosas completamente nuevas e inesperadas, afectarán automática y fundamentalmente a la inflación.
Una de los desafíos más difícil que tiene la nueva Cosmología es el conoci- miento del origen de las constantes cosmológicas, si es que se logra confirmarse a través de conjuntos independientes de observaciones.
Desde que Einstein introdujo la manera de contrarrestar la atracción gravita- toria, los cosmólogos y físicos de partículas se animaron a pensar en este nuevo paradigma durante años. Sin embargo, no se dispone hasta el momento de un mecanismo para explicar su extraordinariamente pequeño valor (120 órdenes de magnitud por debajo de lo pronosticado por la Física Cuántica). Durante varias décadas se especuló que este problema puede estar relacionado con la cuanti- ficación de la gravedad. La Teoría de la Relatividad General es una teoría clásica del espacio-tiempo, mientras que la construcción de una Teoría Cuántica de la Gravedad ha sido particularmente difícil de construir, ya que trata cuestiones tan fundamentales como la causalidad y la naturaleza del espacio-tiempo.
El valor de la constante cosmológica predicha por la Física Cuántica tiene que ver con nuestra falta de entendimiento de la gravedad a nivel microscópico. Sin
embargo, su efecto es dominante a escala macroscópica (cúmulos o supercúmu- los de galaxias). Esto constituye lo que se conoce en Mecánica Cuántica como una anomalía.
Podríamos pensar que, tal vez, la Teoría de la Relatividad General no sea la descripción correcta de la gravitación en las escalas más grandes. De hecho, sólo en los últimos millones de años el universo observable es lo suficientemente grande para que los efectos globales puedan ser notables. Como vimos, en sus inicios era mucho más pequeño de lo que es ahora y, presumiblemente, dicha Teoría brinda una descripción correcta de su evolución, según lo confirmado por los éxitos del modelo estándar. Al expandirse y abarcar regiones cada vez más grandes, las posibles desviaciones de esta Teoría se convertirían en importante. Es muy posible que la reciente determinación de una constante cosmológica (a partir de las observaciones de supernovas con elevados corrimiento al rojo) ayude a dilucidar esta disyuntiva. Si este fuera el caso, deberíamos esperar que la nueva generación de instrumentos que permitan obtener observaciones cosmológicas de altísima precisión no sólo afecte a nuestro modelo cosmológico del universo, sino también a una descripción más fundamental de la misma naturaleza.
Jordi Cepa (2007) propone una interesante valoración del conocimiento ac- tual de la temática cosmológica en términos de un examen académico, la cual nos permitimos resumir aquí.
El universo primordial a alta temperatura recibiría la más alta calificación con honores, ya que explica muy satisfactoriamente la nucleosíntesis primordial y la radiación de fondo de microondas. Asimismo, alcanzaría un sobresaliente el mo- delo de expansión del universo, con un fuerte basamento dado por la Relatividad General, si bien las evidencias directas son escasas.
La existencia de materia oscura fría no bariónica ameritaría una muy buena calificación, ya que existen muchas evidencias en la cinemática de distintos obje- tos astronómicos como en las anisotropías encontradas en la radiación de fondo, sirviendo también para la formación de estructuras. No obstante, se torna difícil obtener medidas lo suficientemente precisas para afirmar la constancia de las constantes físicas universales.
La energía oscura, responsable de la expansión acelerada del universo, al- canzaría la mínima calificación para aprobar, ya que faltan mayores evidencias observacionales e independientes.
Finalmente, respecto a la inflación, solo existen evidencias indirectas y la cuestión no está del todo ratificada, por lo que no se dispone actualmente de los elementos necesarios para aprobar y ser parte de un modelo confirmado.
Carlo Rubia, el mundo científico miró nuevamente expectante hacia el CERN (esta vez con un colisionador mucho más potente, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) de 7 Tev). Joe Incandela (1962-), físico norteamericano, anunció al mundo el descubrimiento del inextricable bosón; no obstante, queda por resolver si el ha- llado se corresponde con el Modelo Estándar o abre la puerta a una nueva Física por descubrir, ya que se necesita aún un nuevo acelerador (llamado “fábrica de Higgs”) el cual se prevé construir en un futuro próximo, proyecto que necesitaba como punto de partida este hallazgo realizado, el cual abre un paso significativo en la búsqueda de la teoría de la gran unificación, que pretende relacionar tres de las cuatro fuerzas fundamentales conocidas, quedando fuera de ella únicamente la gravedad; además, permitirá explicar por qué la gravedad es tan débil compa- rada con las otras tres fuerzas.
Junto al bosón de Higgs también podrían producirse otras nuevas partículas cuyas existencias se ha predicho teóricamente, como los strangelets23, los micro
agujeros negros24, los monopolos magnéticos o las partículas supersimétricas (ver
capítulo III).
Físicos y cosmólogos celebraron a lo grande este nuevo día histórico, pero al otro día volvieron a sus escritorios y ordenadores para seguir escarbando los orígenes de nuestro universo.
23 Son pequeños fragmentos de la hipotética “materia extraña”, la cual constituiría el verdadero estado fundamental de la materia, en donde los núcleos atómicos serían solamente estados “metaestables” de muy larga duración.
24 Agujeros negros predichos por la Mecánica Cuántica, de tamaños tan diminutos (~ 10-35 m) que no interactuarían con la materia ordinaria.
El lector nos ha acompañado hasta este capítulo sorteando seguramente difi- cultades y, esperamos, sin perder el interés y la curiosidad que lo llevó a empren- der la lectura de este libro. Compartimos con él la fascinación con que dirigimos la mirada al cielo y el viaje que inicia nuestra mente por abstractos mundos de ideas donde ocurren fenómenos que la ciencia modeliza y predice.
Como docentes, con la mente alerta y predispuesta, podemos poner en valor e interpretar, desde nuestros conocimientos sobre el tema, los modelos alterna- tivos que construyen, por ejemplo, los niños. Una niña de ocho años hablaba con su abuela, le contaba lo que había aprendido en la escuela. “¿Sabés que la Tierra se mueve? Y los planetas también se mueven…” Se queda pensando y luego le pregunta a la abuela “¿y las estrellas?, ¿se mueven las estrellas?” La abuela le dice “vos, ¿qué pensás?” La nieta, luego de un momento, responde “no, no se mueven”. La abuela le dice “¿te parece?” La niña, con asombro ante la pregunta, contesta “¡no se mueven, porque están pegadas a la noche!”. La respuesta nos re- cuerda el modo en que procede la construcción del conocimiento científico en el ser humano. Repetimos de algún modo su historia y su evolución según investiga- ciones de las que se nutre la Didáctica de las Ciencias. Esa noche, esa oscuridad a la que “están pegadas las estrellas” podría ser la esfera de las estrellas fijas de las primeras cosmogonías, mencionadas en el primer capítulo, o podría ser la trama del espacio-tiempo de Einstein, que se aborda en el capítulo tres.
En otra oportunidad, la niña y su abuela compartían una tarde lluviosa. La niña dice “va a llover en la Luna”. Sorpresa enorme en la abuela que pregunta