Problemas actuales de la gravitación

Es de remarcar el hecho de que permanece la misma situación desde hace 100 años; se tiene una anomalía teórica como la que llevó a la formulación de la teoría especial: la teoría de la gravitación y la mecánica cuántica son incompatibles. Y se tiene además una anomalía experimental, como la que originó la formulación de la mecánica cuántica: no se sabe de qué esta hecho el 96% del universo, la llamada materia y energía oscuras. Mucha gente piensa que una extensión trivial del modelo estándar podría resolver el problema de la materia oscura, por ejemplo, si se agregara una simetría más al modelo, llamado supersimetría. Para la existencia de la energía oscura el camino es más obscuro. La mejor opción sería regresar a la vieja idea desechada por Einstein de la existencia de una constante cosmológica. Pero esta hipótesis ha mostrado también muchos problemas, por lo que se cree que no es la respuesta final, sobre todo porque el origen de esta constante no está nada claro. De cualquier forma, mucha otra gente piensa que ésto no será suficiente, pues tanto la materia oscura como la energía oscura son dos tipos de materia cuya naturaleza es totalmente nueva. Para algunos, la solución a este enigma puede estar en dar ideas tan nuevas y revolucionarias como las ideas que cambiaron al mundo hace 100 años. Ya el hecho de pensar así puede ser sumamente estimulante ya que se vive una revolución científica, de ésas que se dan sólo un par de veces en la historia de la humanidad.

Cien años después se sabe un poco más del universo. Gracias a los curiosos de la ciencia, la humanidad ha cambiado mucho. Aunque Los políticos no lo alcancen a comprender, se está dando una revolución científico tecnológica, una transformación de la sociedad tan profunda como la revolución industrial del siglo XVIII y todo por saciar una curiosidad muy simple: ¿por qué el cosmos es como es? Sólo nos queda preguntar ahora, ¿qué dirán las generaciones de pensadores en 100 años? Seguro en 100 años alguien estará haciendo un artículo de divulgación como éste para platicar lo que paso en la física de principios del siglo XXI.

En México existen varios grupos de astrónomos y físicos que intentan atacar el problema de la materia oscura de una manera global, es decir, desde el punto de vista de las teorías fundamentales hasta el punto de vista de partículas elementales, la gravitación y la astrofísica. El estudio de la materia oscura ha sido llevado a cabo utilizando las teorías clásicas, como la teoría de Newton. Sin embargo, la teoría de Newton sólo es aplicable si se cumplen 3 límites: 1) velocidades pequeñas comparadas con la velocidad de la luz; 2) fuerzas gravitacionales pequeñas, como la del Sol; y 3) densidades pequeñas comparadas con las presiones es decir, dada la ecuación de estado, por ejemplo p=W, para la densidad de la materia , la presión correspondiente debe ser muy pequeña. Sin duda las primeras dos condiciones se cumplen en el caso de la materia oscura. Pero es muy prematuro saber si la tercera se cumple o no. De hecho, una de las hipótesis que nosotros hemos estudiado, definitivamente no cumple con la tercera condición. Es por eso que hemos decidido estudiar la materia oscura con una herramienta (teoría) superior a la de Newton: la relatividad general.

Uno de los problemas más difíciles de superar para estudiar fenómenos con la ayuda de la relatividad general es el de la complejidad de sus ecuaciones de campo, por tanto, la complejidad de obtener soluciones de las ecuaciones de Einstein. Sin embargo, como en cualquier teoría, las soluciones de las ecuaciones de campo son la clave para obtener información que pueda ser confrontada con los experimentos y las observaciones del cosmos. Debido a su carácter no lineal y su complejidad, este tema de investigación ha requerido de mucho esfuerzo de parte de mucha gente. La información más importante de las ecuaciones de Einstein está en su régimen de gravitación fuerte, que coincide con el sistema en donde las ecuaciones son más complicadas.

Hasta hace una década, la única manera confiable de obtener información en este régimen de las ecuaciones, era a través de muy sofisticados métodos matemáticos, en donde, por cierto, los grupos de investigación mexicanos tuvieron un relativo éxito internacional. Sin embargo, estos métodos se concentran en problemas con mucha simetría y prácticamente todos los problemas realistas que se podían resolver ya se agotaron.