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9 DICIEMBRE 2016
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400 después de Galileo: ¿la Tierra no es el centro?

Marco Bersanelli

Naturalmente, no cabe duda de que la Tierra gira alrededor del Sol. Se trata más bien de poner a prueba la versión actual de aquel principio, según el cual nuestra posición en el universo, tal como lo conocemos, no tendría nada de especial. Esto ha sido dado por bueno por generaciones de cosmólogos, pero realmente nunca se ha tenido una confirmación plena de tales observaciones. 

La novedad del debate, que tiene como protagonista, entre otros, a George Ellis de la Cape Town University, está en el hecho de que un cierto tipo de violación del principio copernicano podría abrir el camino a una nueva interpretación del gran enigma de la física contemporánea: la llamada "dark energy", la energía oscura.

Observando el cielo estrellado no podemos decir que nos causa una impresión de uniformidad. Si bien es cierto que las estrellas llenan el cielo más o menos por todas partes, la gran estela de la Vía Láctea es un signo claro de heterogeneidad. Precisamente las observaciones de Galileo demostraron que la Vía Láctea se debe a billones de estrellas lejanas distribuidas de forma asimétrica a nuestro alrededor, en esto que hoy conocemos como nuestra galaxia. 

Pero después, a partir de las observaciones de Hubble desde 1920 hasta hoy, nos dimos cuenta de que nuestra galaxia sólo es una más entre otros billones de galaxias esparcidas por un universo en continua expansión, en el que las distancias se miden en billones de años luz. Y tanto la expansión como la distribución de la materia del universo se acoplan del mismo modo en todas partes. 

La versión moderna del principio copernicano, llamada principio cosmológico, afirma que sobre la escala cósmica no hay puntos de observación privilegiada. Lo que implica dos características. La primera es la isotropía: el universo debe tener las mismas propiedades, independientemente de la dirección desde que lo observemos. Las observaciones nos dan confirmaciones extremadamente precisas sobre este hecho. No sólo la distribución de las galaxias, que hoy podemos ver en atlas cada vez más amplios, sino también la extraordinaria uniformidad del fondo cósmico de microondas nos convencen de que no hay una dirección privilegiada a nuestro alrededor.

La segunda es la homogeneidad: las propiedades del universo establecidas sobre dimensiones lo suficientemente grandes se deben presentar casi idénticas en cualquier parte. Esta característica, sin embargo, es extremadamente difícil de verificar mediante la observación. Aunque tengamos mapas tridimensionales de regiones cada vez más grandes del universo, no llegamos a tener medidas precisas de la distancia de las galaxias lejanas independientes de su recesión cósmica. Para conseguir una verificación directa habría que desplazarse algunos billones de años luz y observar desde allí el panorama, o bien comunicarse con algún observador al otro lado del universo... pero esto no es posible.

A pesar de esta limitación, la cosmología ha navegado en aguas bastante tranquilas hasta finales de los 90, cuando es estudio de las supernovas lejanas desveló una sorpresa. La luz de estas grandes explosiones estelares era mucho más débil de lo previsto, y la única explicación posible hacía admitir que la expansión cósmica de hace billones de años se había empezado a acelerar. 

Para interpretar este hecho en el contexto de relatividad general habría que aceptar la existencia de una forma inédita de energía, la famosa "energía oscura", que habría empezado a dominar el balance energético del pasado cósmico reciente. El problema es que nadie hasta hoy tiene una idea convincente de qué puede ser. Con toda su fantasía y buena voluntad, los físicos han extraído de la teoría cuántica valores sobre su intensidad que se alejan 120 órdenes de tamaño (un uno seguido de ¡120 ceros!) respecto al valor observado. Es esto lo que obliga a volver a poner en discusión ideas hasta ahora consideradas intocables, como el principio cosmológico.

George Ellis y su equipo señalaron que la incertidumbre actual sobre la distancia de las galaxias lejanas podría dejar espacio a una interpretación alternativa. La distribución de la materia cósmica podría ser isotropa, pero variar con la distancia respecto a nosotros. En particular, nosotros podríamos estar dentro de una región relativamente vacía de materia, mientras que a grandes distancias la densidad media del universo sería más grande. 

En esta especie de burbuja cósmica, la fuerza de freno de la gravedad sería más débil y la expansión más rápida, de acuerdo con lo observado en las supernovas lejanas. Según esta visión, la aceleración no sería una propiedad "cósmica" sino "local" y no habría necesidad alguna de invocar la existencia de una energía oscura para explicar lo que vemos.

Según George Ellis, "la energía oscura es necesaria si asumimos que la aceleración de las supernovas se debe a una variación en el tiempo en el tipo de expansión del universo. Pero es igualmente posible, y no más radical, pensar que se debe a una variación de la expansión del universo en el espacio". En los últimos meses se han publicado varios artículos especializados con diferentes propuestas para verificar experimentalmente esta posibilidad, con observaciones del fondo cósmico de microondas.

¿Y si fuera cierto? Porque el fondo cósmico de microondas parece bastante uniforme si lo vemos desde la hipotética región a baja densidad, esto es, si nos encontramos cerca del centro. Esto es gravemente anti-copernicano, y la sola propuesta de un escenario así hace tiempo habría constituido un anatema para la comunidad científica. Hoy, sin embargo, es una hipótesis, si bien atrevida, interesante y abiertamente debatida.

Es extremadamente improbable que nos podamos situar en el centro de este ángulo particular del universo. Pero la improbabilidad convive desde hace tiempo con la cosmología. "Vivimos en un universo improbable", ha declarado George Ellis. "Podemos decidir dónde introducir la improbabilidad, por ejemplo sustituyendo el vacío central en torno a la Tierra con la energía oscura, pero no podemos eliminar la improbabilidad".

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