¿Qué hace que el universo siga siendo un misterio para la ciencia?

La ciencia puede describir la evolución del universo desde sus primeras etapas observables y, aun así, desconoce la naturaleza de buena parte de lo que contiene. Según las estimaciones actuales, la materia ordinaria representa cerca del 5 % del contenido cósmico; el resto se atribuye a materia oscura y energía oscura. Estos son diez de los grandes interrogantes que siguen abiertos, qué pruebas los sustentan y por qué todavía no existe una respuesta definitiva.

1. ¿Qué es la materia oscura?

Los astros que se localizan en las periferias de numerosas galaxias giran a una velocidad superior a la prevista si únicamente interviniese la fuerza gravitatoria de la materia perceptible. Asimismo, los destellos provenientes de galaxias distantes experimentan una desviación al cruzar áreas donde da la impresión de que existe una cantidad de masa mayor que la detectable a simple vista.

La explicación más aceptada es que existe materia oscura, que constituiría aproximadamente el 27 % del contenido del universo. Su gravedad ayuda a explicar cómo se formaron las galaxias, pero nadie ha identificado aún la partícula —o el fenómeno— responsable. Los experimentos buscan señales de ella en detectores y aceleradores, mientras los astrónomos comprueban hasta dónde pueden llegar otras explicaciones de la gravedad.

2. ¿Qué impulsa la expansión acelerada del universo?

Las observaciones de supernovas lejanas indican que la expansión del universo se acelera. A la causa desconocida se la llama energía oscura, y se calcula que representa alrededor del 68 % del contenido cósmico.

Podría tratarse de una propiedad constante del espacio o bien de un fenómeno variable con el tiempo. La discrepancia resulta crucial, ya que de ella depende la evolución futura del cosmos a escala milenaria. Cuantificar con mayor exactitud tanto la separación como la disposición de las galaxias facilitará la tarea de discernir entre ambas hipótesis, si bien la verdadera naturaleza de la energía oscura continúa siendo un misterio en la actualidad.

3. ¿Por qué las mediciones de la expansión no coinciden?

Hay dos formas principales de estimar la velocidad actual de expansión. Una utiliza la radiación que quedó de las primeras etapas del universo y obtiene un valor cercano a 67 o 68 kilómetros por segundo por megapársec. Otra mide distancias a estrellas y supernovas relativamente cercanas y encuentra un valor próximo a 73 en las mismas unidades.

Esta discrepancia se conoce como tensión de Hubble. Puede deberse a errores aún no detectados en las mediciones, a supuestos incompletos de los modelos o a algún fenómeno físico desconocido. La cuestión permanece abierta porque mejorar una medición no basta: también hay que explicar por qué los distintos métodos ofrecen resultados diferentes.

4. ¿Qué sucedió en los primeros instantes del cosmos?

El universo observable tiene unos 13 800 millones de años. Sabemos mucho sobre su evolución posterior, pero es más difícil reconstruir sus instantes iniciales. Una propuesta sostiene que, al comienzo, el espacio atravesó una fase de expansión extraordinariamente rápida, llamada inflación cósmica.

Esta idea contribuye a comprender la razón por la cual zonas sumamente distantes muestran características similares y de qué manera leves alteraciones iniciales lograron formar las galaxias. Pese a ello, todavía no se ha descubierto el proceso que habría desencadenado dicha expansión, ni tampoco se ha verificado de manera definitiva una huella propia de este fenómeno. Asimismo, ignoramos si la inflación representa el origen absoluto o meramente una fase inicial.

5. ¿Por qué existe más materia que antimateria?

Cuando una partícula de materia encuentra su correspondiente antipartícula, ambas pueden aniquilarse. Si el universo primitivo hubiera producido exactamente las mismas proporciones de materia y antimateria y las dos se hubieran comportado de manera perfectamente simétrica, resultaría difícil explicar la materia que hoy conforma estrellas, planetas y organismos vivos.

Se han detectado en diversas pruebas ciertas disparidades conductuales entre las antipartículas y las partículas, si bien las halladas hasta el presente resultan insuficientes para dar cuenta de la asimetría del cosmos. Hallar su causa requeriría profundizar en el conocimiento de lo acaecido durante los alboreos del universo.

6. ¿Cómo se unen la gravedad y la física cuántica?

La relatividad general describe con gran precisión la gravedad a escala de planetas, estrellas y galaxias. La física cuántica explica el comportamiento de partículas y átomos. Ambas teorías funcionan extraordinariamente bien en sus respectivos ámbitos, pero no encajan de manera completa cuando se intenta describir situaciones extremas, como el interior de un agujero negro.

La búsqueda de una teoría cuántica de la gravedad pretende resolver esa incompatibilidad. El principal obstáculo es experimental: los efectos que permitirían distinguir entre distintas propuestas suelen ser demasiado pequeños o producirse en condiciones imposibles de reproducir actualmente.

7. ¿Qué sucede con la información que cae en un agujero negro?

Los agujeros negros tienen la capacidad de aumentar su tamaño mediante la captura de materia. Conforme a las previsiones teóricas, es posible asimismo que desprendan radiación de forma gradual hasta desaparecer por evaporación. De esta manera, surge una interrogante ineludible: ¿qué ocurre con la información sobre aquello que cayó en ellos?

La física cuántica señala que dichos datos no tendrían por qué perderse de este modo, aunque aún carecemos de un argumento totalmente probado sobre su preservación o rescate. Aclarar este misterio tal vez arroje luz acerca de la gravedad cuántica. Al mismo tiempo, se requiere prudencia, ya que la desaparición total de un agujero negro jamás ha sido presenciada de forma directa.

8. ¿De dónde procede la masa de los neutrinos?

Los neutrinos son corpúsculos sumamente numerosos que cruzan la materia experimentando mínimas interacciones. Las investigaciones demuestran que son capaces de mutar de una variedad a otra durante su desplazamiento. Dicha conducta señala que tienen masa, por mínima que sea.

Lo que falta por entender es el origen de esa masa y el valor exacto de la masa de cada tipo de neutrino. Los investigadores estudian neutrinos producidos por el Sol, la atmósfera y experimentos terrestres para averiguar si estas partículas ofrecen pistas sobre procesos aún desconocidos.

9. ¿Qué origina todas las ráfagas rápidas de radio?

Las ráfagas rápidas de radio corresponden a emisiones intensas que apenas alcanzan a durar unos cuantos milisegundos, las cuales provienen, frecuentemente, de galaxias distantes. Ciertas señales muestran patrones recurrentes, al tiempo que otras únicamente se han registrado en una ocasión.

Una ráfaga observada en nuestra galaxia vinculó al menos parte de estos fenómenos con magnetares, estrellas de neutrones dotadas de campos magnéticos extraordinariamente intensos. Aun así, no está demostrado que todos los episodios tengan el mismo origen ni se comprende por completo cómo se libera tanta energía en tan poco tiempo.

10. ¿Existe vida fuera de la Tierra?

Se han confirmado miles de planetas alrededor de otras estrellas. Algunos se encuentran a distancias de su estrella donde, bajo ciertas condiciones, podría existir agua líquida en la superficie. También hay mundos de nuestro sistema solar cuyos océanos ocultos despiertan interés científico.

Pero contar con escenarios en teoría propicios no significa que exista vida. Hasta el momento, no se ha conseguido ninguna evidencia contrastada de seres vivos fuera de la Tierra. Esta labor une el análisis de las atmósferas en otros planetas, la exploración de diferentes cuerpos celestes y el estudio sobre el origen de los organismos terrestres.

Estos enigmas no demuestran que la ciencia se quede sin explicaciones, sino el punto exacto donde concluyen temporalmente los datos confirmados. Con cada anomalía registrada y cada nuevo indicio, se van descartando hipótesis y planteando cuestiones más exactas. Entender el cosmos implica asimismo identificar con precisión aquello que todavía ignoramos.