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 un par de métodos esenciales para calcular la tasa actual de expansión. Por un lado, se analiza la radiación remanente de los albores del cosmos, lo que arroja una cifra cercana a 67 o 68 kilómetros por segundo por megapársec. Por otro lado, se calculan las distancias hasta supernovas y astros bastante próximos, arrojando una cifra que ronda los 73 en idénticas unidades.
Esta divergencia recibe el nombre de tensión de Hubble. Podría obedecer a fallos todavía no descubiertos en las observaciones, a premisas incompletas dentro de los modelos o bien a algun proceso físico inédito. El enigma sigue sin resolverse, ya que refinar una estimación resulta insuficiente: asimismo resulta indispensable aclarar por qué los diversos procedimientos arrojan cifras dispares.
4. ¿Qué ocurrió en los primeros instantes del universo?
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 ayuda a explicar por qué regiones muy alejadas presentan propiedades semejantes y cómo pequeñas variaciones iniciales pudieron dar origen a galaxias. Sin embargo, no se ha identificado el mecanismo que habría provocado esa expansión ni se ha confirmado de forma concluyente una señal exclusiva de ella. Tampoco sabemos si la inflación describe el comienzo absoluto o solo una etapa temprana.
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 cantidades de materia y antimateria y ambas se hubieran comportado de manera perfectamente simétrica, resultaría difícil explicar la materia que hoy forma estrellas, planetas y seres 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. ¿De qué manera se conectan 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 intenta solucionar esa contradicción. El obstáculo principal resulta ser de índole experimental: por lo general, los fenómenos que posibilitarían diferenciar las diversas hipótesis se manifiestan con una escala diminuta o acontecen en escenarios cuya reproducción actual resulta inviable.
7. ¿Qué pasa con los datos que caen dentro de 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 indica que esa información no debería desaparecer sin más, pero no existe una explicación plenamente comprobada de cómo se conservaría o recuperaría. Resolver este problema podría revelar pistas sobre la gravedad cuántica. También exige cautela: todavía no se ha observado directamente la evaporación completa de un agujero negro.
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 son emisiones intensas que duran apenas milisegundos y llegan, en muchos casos, desde galaxias lejanas. Algunas se repiten; otras solo se han detectado una vez.
Una ráfaga detectada dentro de nuestra galaxia relacionó al menos una fracción de dichos fenómenos con los magnetares, es decir, astros de neutrones provistos de campos magnéticos de potencia descomunal. Pese a ello, sigue sin confirmarse que la totalidad de los episodios provenga de la misma causa, del mismo modo que todavía no se comprende cabalmente de qué manera se expulsa semejante cantidad de energía en un intervalo tan breve.
10. ¿Existe vida fuera de la Tierra?
Se han validado miles de mundos orbitando otros soles. Ciertos cuerpos se sitúan a una separación de su astro tal que, bajo contextos específicos, el agua en estado líquido hallaría cabida en su corteza. Adicionalmente, existen esferas en nuestro propio sistema planetario cuyos mares subterráneos suscitan un profundo atractivo en la comunidad investigadora.
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.
