El 4 de octubre pasado, la Academia de Ciencias Sueca anunció el Premio Nobel de Física 2011. Premió a dos grupos científicos cuyas observaciones en Supernovas revelaron en 1998 la increíble conclusión de que la expansión del Universo se viene acelerando. Una mitad del premio a SaulPerlmutter  (Berkeley) y la otra mitad a  Adam G. Riess (John Hopkins University) y Brian Schmidt (Australian National University).

Explicaremos qué mereció este premio, revisando algunos conceptos.

La era moderna de la Cosmología (estudio del universo) tiene dos pilares principales: la Teoría General de la Relatividad (Einstein, 1915), y luego cuando Edwin Hubble y otros (1920) observando el corrimiento hacia el rojo de espectros estelares (redshift), descubrió que las galaxias se estaban alejando a velocidades, tanto mayores cuanto mayor era su distancia (Ley de Hubble). Consecuencia: El Universo era finito, y debió emerger de un estado inicial denso y caliente. Esto da origen a la ya popular “Big Bang Theory” (BB) y la Teoría Cosmológica Estándar, que tiene como evidencia principal la Radiación de Microondas Cosmológica del Trasfondo, la “huella” o resplandor remanente del BB. Esta radiación se percibe en todas direcciones del espacio (isotropa), y hasta el presente, la expansión universal ha enfriado a una temperatura de 2.7 grados Kelvin. Pequeñísimas anisotropías detectadas en ella explican la formación primigenia de las estructuras actuales (galaxias).

Newton concibió la gravedad como una fuerza entre masa  instantánea y atractiva. Todo lo afecta, por eso la calificó como “universal”. La Teoría General de Einstein cambió radicalmente este concepto. Partió del “principio de equivalencia” que no distingue entre la gravedad y una aceleración, y deduce que se debe a “una curvatura del espacio-tiempo” inducida por las masas. La masa es ahora “densidad energética” (energía concentrada). Una élite de físicos por la misma época construye la Mecánica Cuántica – que no es compatible con la Relatividad – pero explica el comportamiento de las partículas sub-atómicas. Los investigadores del Nobel 2011 desde finales del siglo XX indagan las distancias en el universo con métodos nuevos. Inicialmente, se triangulaban las distancias con la paralaje de estrellas. Luego se usaron ciertas estrellas pulsantes llamadas “cefeidas”, relacionando sus picos de brillo con las distancias. Luego se relacionó el brillo de explosiones de estrellas (Supernovas).

Los grupos se centraron en un tipo especial de Supernovas, las tipo IA (muy lejanas). Relacionando su brillo con el redshift se podía establecer si sus velocidades indicaban una expansión normal, acelerada o desacelerada. Hallaron que después de una primera desaceleración inicial, se desató hace 5 mil millones de años una aceleración en la expansion que hoy se mantiene. Esto tiene profundas implicaciones en la evolución y destino final del Universo, y por supuesto en la Física que debe explicarlo.

¿Qué causó esta aceleración? El principal candidato: La “Energía Oscura” (E.O.). La Relatividad expresa la gravedad como “densidad de energía” más la “presión interna”. El Sol por su temperatura es ejemplo de presión interna positiva y tiene más gravedad que una masa igual apagada. La E.O. posee presión negativa (prevista por la Relatividad) y su efecto gravitatorio será pues repulsivo en vez de atractivo. Esto viene de la “energía del vacío”. Para la Mecánica Cuántica no existe el “vacío”, sino que en él se producen – como consecuencia del Principio de Incertidumbre de Heisenbeg – “fluctuaciones de vacío”. Allí se crean y se aniquilan partículas con energía “prestada” que alternativamente se cancela. El ‘vacío cuántico’ tiene presión -1 (menos uno) veces su densidad energética, por lo que puede ser muy repulsivo. Se admite que nuestro universo se compone de 73% de energía oscura, 23% de materia oscura (otra rareza que no se ve pero tiene gravedad) y apenas queda un 4% de materia usual y ordinaria.

¿Destino final del universo? Dependerá siempre de la naturaleza de la Energía Oscura. Si es constante o incrementa, en unos 100 mil millones de años quedarían pocas galaxias visibles. Si el incremento es fuerte, se desharán galaxias, estrellas y núcleos atómicos (en ese orden). El universo moriría en un frío absoluto. Si la energía oscura disminuyera – algo ya poco probable – el universo hubiese podido recolapsar.

El Nobel 2011 nos muestra nuestra pequeñez frente al universo, la naturaleza. Y reflexionamos: ¿Somos especiales y únicos en esta inmensidad? ¿O deberíamos ser más humildes?