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 teoría con mayor aceptación apunta a la presencia de materia oscura, un componente que abarcaría cerca del 27 % del cosmos. Aunque su atracción gravitatoria facilita la comprensión del origen galáctico, todavía no se ha logrado determinar qué partícula o suceso la origina. Por un lado, los experimentos persiguen indicios de su existencia mediante aceleradores y sensores; por otro, los astrónomos analizan los límites de hipótesis alternativas sobre 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 ser una propiedad constante del espacio o un fenómeno que cambia con el tiempo. La diferencia es decisiva: de ella depende cómo evolucionará el universo a muy largo plazo. Medir con mayor precisión la distancia y distribución de las galaxias puede ayudar a distinguir entre esas posibilidades, pero todavía no se sabe qué es la energía oscura.
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 discrepancia se conoce como tensión de Hubble. Puede deberse a errores aún no detectados en las mediciones, a supuestos incompletos de los modelos o a algún fenómeno físico desconocido. La cuestión permanece abierta porque mejorar una medición no basta: también hay que explicar por qué los distintos métodos ofrecen resultados diferentes.
4. ¿Qué ocurrió en los primeros instantes del universo?
El universo observable tiene unos 13 800 millones de años. Conocemos gran parte de su trayectoria posterior, si bien resulta más complejo descifrar sus fases iniciales. Cierta hipótesis plantea que, en el origen, el espacio experimentó un periodo de crecimiento sumamente veloz, conocido como 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.
Los experimentos han observado ciertas diferencias de comportamiento entre partículas y antipartículas, pero las conocidas hasta ahora no parecen suficientes para explicar el desequilibrio cósmico. Descubrir su origen exigiría comprender mejor qué sucedió en las primeras etapas 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 sucede con la información que cae en 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. ¿Cuál es el origen de 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 produce 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 observada en nuestra galaxia vinculó al menos parte de estos fenómenos con magnetares, estrellas de neutrones dotadas de campos magnéticos extraordinariamente intensos. Aun así, no está demostrado que todos los episodios tengan el mismo origen ni se comprende por completo cómo se libera tanta energía en tan poco tiempo.
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 tener condiciones potencialmente favorables no equivale a albergar vida. Todavía no se ha obtenido una prueba confirmada de organismos extraterrestres. La búsqueda combina el estudio de atmósferas planetarias, la exploración de otros mundos y la investigación de cómo surgió la vida terrestre.
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.
