sábado, 14 de abril de 2012

Avatares de la teoría del Big Bang

  DIALOGO CON SUSANA LANDAU, DOCTORA EN ASTRONOMIA, INVESTIGADORA DEL CONICET


El jinete hipotético se pregunta si es posible tener certeza sobre cómo se inició el universo. Mientras tanto, algunas apuestas teóricas intentan ajustar detalles de la teoría del Big Bang para explicar lo que entendemos.

–Escuché por ahí que se dedica a la energía oscura.
–En realidad, me dedico a estudiar la evolución del universo. En particular, intento estudiar modelos alternativos al modelo estándar del Big Bang, que es el modelo corriente que todos usamos, y cotejarlos con datos astronómicos y geofísicos para ver si esas teorías alternativas pueden explicar los datos que tenemos. En cierto sentido, podría decir que soy una refutadora de teorías.
–¿Qué dicen esas teorías alternativas? –Hay un montón de familias diferentes. Le cuento las que yo estudio, que son aquellas en las cuales las constantes fundamentales de la naturaleza (como la masa del electrón o la carga del electrón) pueden eventualmente cambiar su valor en escalas de tiempo muy grandes, de tiempo cosmológico.
–¿Y la velocidad de la luz, que es otra constante universal? –Hay algunas teorías que dicen que la velocidad de la luz podría variar.
–¿En qué modifica esta teoría de la variabilidad de las constantes la teoría corriente del Big Bang? –Es una modificación muy pequeña, porque el modelo del Big Bang es muy explicativo y sigue funcionando como paradigma para todo lo que tenemos. Pero estas teorías predicen, por ejemplo, que... A ver: supongamos que en mi teoría lo único que varía es la carga del electrón. Cuando se observan espectros de absorción de ciertos objetos astronómicos (en particular los cuásares) que dependen de la carga del electrón, la separación de algunas líneas espectrales va a variar si la carga del electrón varía. Uno lo que va a mirar es cómo es la separación de ciertas líneas en el cuásar para compararlas con el laboratorio. La observación más importante fue en 1998, cuando un grupo australiano dijo haber encontrado una variación de la constante de estructura fina.
–¿Qué es la constante de estructura fina? –Básicamente, la carga del electrón. Lo importante es que estas observaciones no han sido confirmadas. Hay un grupo que vio la variación, otro que con un telescopio distinto no. El tema está absolutamente en discusión. Otro grupo de teorías que yo me dedico a analizar son aquellas en las cuales se presentan alternativas a las teorías de inflación, es decir, las que sostienen que al principio hubo una etapa de expansión ultraacelerada.
–Las teorías de inflación parecen muy ad hoc, ¿no? –Bueno, los cosmólogos decimos que parecen un parche, pero es un parche que funciona bien.
–Huele demasiado a parche. –Sí. Y hay preguntas que no han sido contestadas. Por ejemplo: se empieza con un universo que es simétrico y totalmente isótropo (simétrico en todas las direcciones) y de alguna manera aparece una anisotropía, una ruptura de esa isotropía, para generar fluctuaciones que luego es lo que va a generar galaxias. Pero no hay explicación de por qué apareció esa anisotropía.
–¿Y entonces? –Un colega mexicano propuso que algunas variables del universo colapsan durante la fase inflacionaria, y ese colapso es la generación de la anisotropía. Eso también es un parche, no es una teoría completa: tengo que inventar un mecanismo que genere esa anisotropía. Todavía no sabemos por qué se produce esta anisotropía, entonces tenemos que proponer cosas. Supongo que todo esto tiene que ver con nuestro desconocimiento de la gravedad cuántica...
–Que es... –La aplicación de la teoría cuántica a la teoría de la relatividad. Ahora bien: todas estas teorías se testean con datos del fondo cósmico de radiación. Yo lo que hago es contrastar esas teorías, que predicen lo que se debería ver en el fondo cósmico de radiación, con lo que efectivamente se ve. Hasta ahora hemos visto que estas nuevas teorías pueden explicar las cosas tanto como lo hace la teoría estándar, no tiene problemas con las mediciones.
–¿Y usted qué piensa sobre la teoría estándar? ¿Y sobre las otras teorías? –Lo que tienen las otras teorías es que agregan parámetros y los científicos siempre tratamos de ver las cosas de la manera más simple posible. Por otra parte, creo que hay muchas cosas hoy en día que no se pueden explicar. Tenemos un 70 por ciento de energía del universo que no entendemos bien qué es. Algunos lo llaman energía oscura: otros, gravedad modificada, pero no está bien explicado. Estas teorías que predicen la variación de las constantes fundamentales podrían en su momento ser un candidato para explicar la energía oscura.
–¿Cómo sabemos que la energía oscura es el 70 por ciento? –No lo sabemos. Pero no se explican las mediciones de las supernovas, que son de hace 5 mil millones de años, y las del fondo cósmico de radiación si no suponemos la existencia de esa energía. Y el modelo estándar explica eso con la menor cantidad de parámetros.
–Bueno, pero ¿qué es la energía oscura? –Hasta ahora lo único que sabemos es su ecuación de estado. Imagínese lo siguiente: yo tengo un balde lleno de materia común (bariónica), aprieto un pistón y a medida que voy presionando aumenta la presión que ejerce esa materia. Si yo ahora lleno el balde de energía oscura, presiono un poquito y el balde chupa el pistón. Eso es lo único que sabemos de energía oscura, que es una de las explicaciones posibles para dar cuenta de dos datos que vienen de épocas muy distintas de la historia del universo. Y eso es lo que lo hace, para mi gusto, bastante verídico. Hay otros que trabajan con la idea de la gravedad modificada, que también resulta explicativa, aunque tiene otros problemas.
–¿No son muy grandes los márgenes de error de las mediciones? –Todo lo contrario. Hoy en día son muy precisos. Por eso si uno no pone un nuevo término (se le llame como se le llame) los datos resultan inexplicables. Todo esto empieza en el año ’98 con el tema de las supernovas. Cuando el brillo de las supernovas fue menor que el que se esperaba, se hicieron intentos para explicarlo. La solución, al principio, fue poner una constante cosmológica en las ecuaciones de Einstein. Hoy en día el modelo estándar sigue siendo el modelo con la constante cosmológica, pero no podemos explicar por qué esa constante tiene la magnitud que tiene. Tenemos problemas teóricos para explicarlo. Yo creo que ahora estamos todavía con problemas fenomenológicos, tenemos que lograr entender los datos que tenemos. Y la teoría hay que construirla...
–Lo que pasa es que siempre se puede inventar una teoría que dé cuenta de todos los datos. –Pero lo que hay que tratar de hacer es que sea con la menor cantidad de parámetros posible. Agregarle muchas constantes al problema es difícil. Uno siempre prefiere la explicación más simple. Yo creo que es interesante estudiar teorías alternativas porque los datos todavía no están bien explicados, pero nada me lleva a pensar que esas teorías sean verdaderas. Si me pregunta si yo creo que las constantes varían, yo le respondo que creo bastante firmemente que no.
–¿Y qué pasa con las teorías en las que varía la velocidad de la luz? –Las teorías en las cuales varía la velocidad de la luz son las más “borde” de todas. Si la luz variara, lo haría en un grado ínfimo.
–Estas cosas son muy abstractas, ¿no? Uno siempre frente a estas cosas piensa en la historia de la ciencia y se acuerda, por ejemplo, de Kepler, que hizo un modelo matemático completamente loco. –Bueno, y estas teorías vienen motivadas por la necesidad de unificar las cuatro interacciones fundamentales: la interacción nuclear fuerte, la nuclear débil, la electromagnética y la gravitatoria. Las teorías de Kaluza-Klein, que fueron en su momento las candidatas a unificar las interacciones, predecían una variabilidad de las constantes.
–Igual la gravedad es una cosa distinta, ¿no? –Bueno, a mí me cuesta mucho pensar que sea lo mismo que las otras. Porque la gravedad de alguna manera es el escenario de todo lo demás, y pensar que el escenario funciona igual que los objetos que se mueven por él es por lo menos problemático.
–Cuando Newton plantea la teoría de la gravitación, la crítica terrible es que es una fuerza que actúa a distancia. Newton se defiende diciendo que sobre la naturaleza de esa fuerza no se pronuncia. Después la relatividad cambia todo: ya no actúa de manera instantánea y, además, lo que hace es modificar la geometría. Pero no queda muy claro por qué la materia habría de modificar la geometría. –Ese es el corazón de las ecuaciones de Einstein. Pero las ecuaciones no dicen nunca por qué sino cómo.