Un universo en espiral: la teoría olvidada de Einstein cobra nueva vida

Los cosmólogos de todo el mundo intentan resolver tres de los mayores enigmas de la física moderna. El primero es la materia oscura, propuesta para explicar el movimiento inusualmente rápido de estrellas y galaxias. El segundo es la energía oscura, que justificaría la inesperada aceleración de la expansión del universo. La tercera cuestión ha sido bautizada como la tensión de Hubble: los científicos no logran ponerse de acuerdo sobre la velocidad exacta con la que el cosmos se está expandiendo en la actualidad.

El pilar de la cosmología moderna es la teoría general de la relatividad de Einstein, basada en la noción de un espacio-tiempo unificado de cuatro dimensiones. Los objetos masivos deforman este continuo, generando lo que percibimos como gravedad. Imagine una tela estirada: si se coloca una bola pesada sobre ella, la superficie se curva. Del mismo modo, los cuerpos celestes alteran la geometría del espacio-tiempo.

Sin embargo, la teoría general de la relatividad no puede explicar ciertos fenómenos. Las galaxias giran tan rápido que, si se considerara solo la materia visible, deberían desintegrarse debido a la fuerza centrífuga. Para resolver este problema, los físicos propusieron la existencia de una sustancia invisible, la materia oscura, cuya gravedad mantiene unidas las estructuras cósmicas.

En 1928, Einstein presentó una alternativa a la concepción clásica de la gravedad. Inspirado por los trabajos de James Maxwell, quien en la década de 1860 describió la electricidad, el magnetismo y la luz como manifestaciones de un mismo campo electromagnético, el genio alemán intentó formular una teoría unificada de las fuerzas fundamentales de la naturaleza.

La teoría teleparalela describe la interacción entre la materia y la energía de una manera completamente diferente. En este modelo, los cuerpos masivos no curvan el tejido del universo, sino que lo retuercen, de forma similar a como el agua en un remolino se arremolina en espiral. Estos "vórtices gravitacionales" se propagan en todas direcciones y determinan el movimiento de los objetos circundantes.

Desde el punto de vista matemático, este enfoque resultó ser mucho más complejo que la teoría convencional. Aparecieron en las ecuaciones unos elementos especiales llamados tetradas, que describen la torsión del espacio en cada punto. Este formalismo aportó más flexibilidad, pero complicó considerablemente los cálculos y la verificación empírica de la hipótesis.

Tras la muerte de Einstein, su teoría alternativa cayó prácticamente en el olvido. Los investigadores se concentraron en el mundo cuántico, donde la física clásica deja de funcionar y los conceptos convencionales de espacio y tiempo pierden su significado. Solo unos pocos entusiastas continuaron explorando las ideas originales del físico.

Cuando los teóricos renunciaron a la ambiciosa meta de unificar la gravedad con el electromagnetismo, hicieron un descubrimiento sorprendente: al describir únicamente efectos gravitacionales, la nueva teoría producía los mismos resultados que la relatividad general. Matemáticamente, no importaba si se consideraba que los cuerpos masivos curvaban o torcían el espacio circundante: las predicciones finales coincidían.

En agosto de 2017, una colaboración internacional registró un evento histórico: la colisión de dos estrellas de neutrones. Los detectores LIGO y Virgo captaron las ondas gravitacionales generadas por la colisión, mientras que decenas de telescopios observaron el intenso destello de radiación. Las señales provenientes de la galaxia NGC 4993, situada a 130 millones de años luz, llegaron a la Tierra casi al mismo tiempo, con una diferencia de apenas tres segundos.

Este descubrimiento desacreditó muchas teorías alternativas de la gravedad. Según sus predicciones, las ondas gravitacionales deberían haberse propagado más lentamente que la luz, y la diferencia de llegada de los impulsos habría sido de horas o incluso días.

El sofisticado aparato matemático de la nueva teoría ofrece una perspectiva diferente sobre los enigmas de la cosmología. Los científicos pueden incluir en las ecuaciones nuevas variables que describen la torsión del espacio. Si estos parámetros se ajustan correctamente, la teoría podría explicar las observaciones astronómicas sin necesidad de postular la existencia de materia y energía oscuras.

No obstante, la complejidad matemática plantea serios desafíos. A los jóvenes físicos les toma años dominar las herramientas necesarias. Además, la verificación experimental es complicada: las ecuaciones son tan intrincadas que deben resolverse numéricamente mediante computadoras, lo que incrementa el riesgo de errores.

El carácter abstracto del formalismo añade más dilemas. No siempre es posible establecer una correlación clara entre las estructuras matemáticas y los fenómenos físicos observables. En ocasiones, soluciones elegantes en el papel conducen a resultados absurdos, como energías infinitas o violaciones de la causalidad.

Las investigaciones actuales sobre esta teoría alternativa avanzan en dos direcciones principales. La primera se centra en sus propiedades fundamentales: el comportamiento de los agujeros negros, la evolución del universo en el Big Bang, y la propagación de ondas gravitacionales. Los expertos evalúan si los resultados concuerdan con las observaciones astronómicas.

La segunda línea de investigación aplica este enfoque a los problemas sin resolver de la cosmología. Los físicos desarrollan versiones modificadas de la teoría con el objetivo de explicar la expansión acelerada del universo sin recurrir a la energía oscura, o de eliminar la necesidad de la materia oscura. Algunos científicos esperan que esta mayor libertad matemática ayude a resolver la tensión de Hubble.

En las últimas décadas, los investigadores han propuesto numerosas variantes de la teoría gravitacional. Se intentó explicar el movimiento galáctico sin materia oscura mediante la dinámica newtoniana modificada, pero en ciertos casos su presencia seguía siendo necesaria. La idea del "paisaje temporal", que vincula la expansión acelerada del universo con gigantescos vacíos cósmicos, resultó poco convincente, ya que sus dimensiones requeridas contradicen las observaciones.

Por lo tanto, es posible que la clave de los misterios de la materia oscura y la energía oscura no resida en la invención de nuevas entidades, sino en la revisión de los principios fundamentales de la gravedad. Una teoría olvidada durante décadas podría ser la pieza perdida que unifique los fragmentos dispersos del rompecabezas cosmológico.