DISIDENCIA CIENTÍFICA por el Prof. Dr. D. Alberto Requena Rodríguez, académico numerario

La materia oscura es una de las cuestiones más intrigantes con las que se enfrenta la Ciencia actual. Hay muchos científicos implicados en su estudio, desde los que la propugnan, hasta los que la niegan. Todos buscan denodadamente muestras de su existencia. El modelo estándar de la Cosmología postula la existencia de materia oscura y energía oscura, que conjuntamente constituyen el 95.1 % del total del contenido de masa y energía del Universo. Hay otra corriente que enarbola la validez y vigencia de una dinámica de Newton modificada como alternativa que corrige la física newtoniana, de nuevo. El primero que figuró en esta corriente fue Max Planck, con la teoría cuántica, posteriormente Einstein con la teoría de la relatividad y en la actualidad el físico israelí Milgron que propone la dinámica de Newton modificada. Éste último, estima que no existe ni la materia ni la energía oscuras.

 

Ciertamente el progreso de la Ciencia no es siempre lineal, como se desprende de lo que algunos cuentan. Desde el cuerpo de conocimiento que hay en un momento dado y mediante el método deductivo la Ciencia impulsa el progreso. Pero en circunstancias muy concretas irrumpe el método inductivo y la intuición hace su aparición y lejos de equivocarse, supone un borbollón de agua fresca que se derrama sobre el acumulado de conocimiento poniendo al descubierto nuevas apreciaciones, valoraciones y nuevos impulsos.

 

Milgron se inició en astrofísica en Cornell, tras su trabajo inicial en física de partículas en el Instituto Weizmann en Israel Trabajó en astrofísica de alta energía y física de la radiación de rayos X en el espacio, tras lo cual se sumergió en la dinámica de las galaxias, logrando medir la velocidad de las estrellas que orbitan las galaxias espirales. Se enfrentó a problemas de envergadura en tales medidas. Hay que comprender las rotaciones celestes. La Tierra orbita en torno al Sol, que a su vez, orbita con respecto al centro de nuestra Galaxia, que es la Vía Láctea. Dentro del sistema solar, el impulso gravitacional de la masa del Sol y le velocidad de los planetas están balanceados. Las leyes de Newton describen por qué Mercurio que es el planeta más próximo al Sol, orbita en torno a éste en torno a 180.000 kilómetros por hora, mientras que el planeta más externo, Neptuno, se desplaza casi a paso de tortuga con respecto al anterior, ya que solamente alcanza unos 18.000 kilómetros por hora. Se puede asumir que esta misma lógica se podría aplicar a las galaxias. Pero mientras que el radio de giro más pequeño lo predice la física newtoniana, el más lejano se revela que es mucho más rápido que el predicho. A finales de la década de los setenta los telescopios detectaron y midieron nubes de gas frio en las periferias de las Galaxias. Esas nubes orbitan en torno al centro de las galaxias cinco veces más rápidas que las estrellas y esto supone un crecimiento anómalo que complicó todavía más el enorme rompecabezas cosmológico. Una forma de intentar resolverlo es agregando masa. SI no hay suficiente masa visible en el centro de las galaxias como para justificar la velocidad de las estrellas y del gas, una posibilidad es agregar más masa, aunque no la podamos ver, que es la denominada materia oscura.

 

Lo que señala Milgron es que le sorprendió es la regularidad de la anomalía. Las velocidades rotacionales no fueron mayores de las esperadas, sino que eran constantes con el radio. Si hubiera materia oscura, la velocidad de las estrellas sería mayor, pero las curvas de rotación, es decir las velocidades de rotación, son función del radio y deberían crecer o disminuir dependiendo de su distribución. Pero no era así y eso sorprendía. En 1980 en la estancia que realizó en el Instituto de Estudios avanzados de Princeton Milgron reparó en el siguiente hecho: si la velocidad rotacional era constante, entonces quizás estamos contemplando una nueva ley de la Naturaleza. Si la Física newtoniana no predice las curvas que describen la rotación, quizás lo más razonable sería reparar, modificar la ley de Newton, en lugar de introducir una nueva clase de materia global para ajustar las medidas.

Si tratáramos de cambiar las leyes de la Naturaleza para que trabaje bien en nuestro sistema solar, necesitamos encontrar una propiedad que diferencie los sistemas solares de las galaxias. Milgron construyó una carta de las distintas propiedades tales como tamaño, masa, velocidad de rotación, etc. Especificó cada uno de los parámetros para la Tierra, el sistema Solar y algunas Galaxias. Parecçia posible que como las Galaxias son mucho mas grandes que los sistemas solares, las leyes de Newton, quizás no trabajasen bien a grandes distancias. Si este era el caso, cabría esperar la rotación anómala en las Galaxias grandes, pero la cosa no era así. Examinó la aceleración en especial el ritmo al que cambia la velocidad de los objetos. Suponemos usualmente, observando que los coches aceleran manteniendo la dirección,  pero si cambian de dirección aunque no cambie la velocidad, aceleran. Lo mismo ocurre con los cuerpos celestes. Es en la aceleración en la que encontramos una gran diferencia, que justifica la modificación de la ley de Newton. La aceleración normal de una estrella que orbita con respecto al centro de la Galaxia es en torno a cien millones de veces más pequeña que la de la Tierra orbitando alrededor del Sol.

 

La propuesta de la Dinámica de Newton modificada es introducir una nueva constante de la Naturaleza (al estilo de la constante cosmológica de Einstein) que se denomina a0 . Si recordamos la segunda ley de Newton en la que F = m a, que funciona perfectamente cuando la aceleración es mucho mayor que a0, tal como ocurre con los planetas alrededor del Sol, y se sugiere que a aceleraciones significativamente menores, más bajas incluso de la de nuestro Sol alrededor del centro de la Galaxia, en la que la fuerza es proporcional al cuadrado de la aceleración, es decir F = ma2 / a0. De esta forma la ley de Newton nos describe que la velocidad de rotación de las estrellas alrededor del centro de la Galaxia deberá decrecer conforme las estrellas se alejan del centro de masas. Si la dinámica de Newton modificada es correcta alcanzarán un valor constante, eliminando la necesidad de materia oscura.

 

Hace más de 35 años que Milgron formuló la propuesta, que resultó ser un paradigma inconformista, en el más estricto ámbito de la estructura de las revoluciones científicas que formulara Thomas Khun. Costó que el conjunto de los científicos lo aceptaran como alternativa posible, factible y razonable. Una vez aceptada la idea, el esfuerzo se centra en evidenciar que no es una idea trivial. Los primeros artículos resultaron rechazados y le costó mucho que le publicaran los artículos en los que desarrollaba la idea. Sorprendentemente el primer científico que conoció la propuesta fue otro físico disidente, Bekenstein que fue el primero en sugerir que los agujeros negros tendrían una entropía bien definida, después conocida como entropía de Bekenstein-Hawking. Fue un entusiasta de la propuesta y le animó desde el principio. Fue creciendo la oposición a la materia oscura. Todavía goza del consenso científico, pero ahora ya se concibe la dinámica de Newton modificada como una alternativa y que la cuestión no está ni mucho menos resuelta.

En realidad, se han efectuado muchos experimentos para detectar la materia oscura, incluyendo los del Gran colisionador de Hadrones, varias misiones espaciales y multitud de experimentos. Todos han fallado y no se ha detectado directamente su existencia. En cambio, la dinámica de Newton modificada si ha logrado predecir la rotación de un número cada vez mayor de galaxias espirales como unas 150 Galaxias hasta la fecha. Claro que las predicciones se basan en medidas y dada la distribución regular de la materia visible la dinámica de Newton modificada  predice la dinámica de las Galaxias. Se mide la luz que proviene de una Galaxia para calcular su masa, pero es usual no conocer la distancia está situada, de forma que no se sabe a ciencia cierta lo masiva que es la Galaxia realmente. Además, hay otras variables, como los gases moleculares que se pueden observar. Así pues, hay algunas Galaxias que no responden con exactitud a las predicciones de la dinámica de Newton modificada, pero es casi milagroso que se tengan suficientes datos sobre las Galaxias para probar que la predicción es correcta.

Los que rechazan la propuesta de Milgron enarbolan su incompatibilidad con la física relativista. En 2004 Bekenstein propuso la Teoría Gravitacional Relativista para la Dinámica de Newton modificada. Desde ese momento se han formulado parias propuestas. Incorporar la dinámica de Newton modificada a la física de Einstein no es un reto mayor, se ha podido oir, pero solamente los que repiten como papagayos lo que otros dicen. Hay varias versiones relativistas de la dinámica de Newton modificada, pero persiste como reto sin resolver el poder demostrar que la dinámica de Newton modificada puede dar cuenta de las anomalías de la masa en Cosmología.

De acuerdo con la teoría del Big Bang, el Universo comenzó como una singularidad uniforme hace 13.8 millones de años. Al igual que en las Galaxias, las observaciones que se han efectuado sobre la radiación de fondo cósmica del Universo primigenio sugiere que la gravedad de toda la materia del Universo no es suficiente para formar las diferentes formas que usualmente vemos, como galaxias, estrellas generadas en los 13.8 millones de años. De nuevo se recurrió a la materia oscura diciendo que no emite radiación, pero involucra al material visible con la gravitación. Así que, a partir de 1980, el nuevo dogma cosmológico fue que la materia oscura constituye un sorprendente 95 % de toda la materia del Universo. Se mantuvo hasta que un nuevo bombazo nos estalló en 1998, cuando se dio a conocer que el Universo se expandía pero aceleradamente, no decelerando como se creía originalmente. Esto quiere decir que cualquier forma de materia, oscura o no, tendría que mostrar aceleración. De esta forma un nuevo tipo de entidad había que inventar: la energía oscura. Ahora, la cosmología acepta que el Universo está compuesto de un 70% de energía oscura, un 25 % de materia oscura y un 5% de materia regular.

La energía oscura es una magnitud a modificar, del mismo modo que la materia oscura. Al igual que en las Galaxias, se puede inventar un nuevo tipo de energía e invertir años tratando de comprender sus propiedades o como alternativa, modificar la teoría. Realmente la dinámica de Newton modificada apunta a una conexión profunda entre la estructura y dinámica de las Galaxias en cosmología, cosa que no ocurre en la física aceptada. Las Galaxias son estructuras minúsculas en la escala del Universo y estas estructuras pueden comportarse de forma diferente sin contradecir el consenso cosmológico en vigor. Sin embargo, la dinámica de Newton modificada crea esta conexión, estableciendo un nexo entre ambas. Y esta conexión es sorprendente porque por cualquier razón, la constante de la dinámica de Newton modificada, a0, es muy próxima a la aceleración que caracteriza al propio Universo. De hecho la constate es igual a la velocidad de la luz al cuadrado, dividida por el radio del Universo.

 

En el marco de la teoría unificada habría que decir algo sobre la dinámica de Newton modificada y la mecánica cuántica. De hecho, Milgron publicó en 1999 un artículo sobre el efecto del vacío en la dinámica de Newton modificada. Apuntaba que el vacío cuántico en el Universo puede producir un comportamiento en las Galaxias en el que la constante cosmológica aparece en el entorno de la constante de aceleración, a0.  No cabe duda de que la propia formulación de la dinámica de Newton modificada acerca a la teoría física unificada. E implica un trabajo meticuloso de los científicos. Vale la pena seguir trabajando en esa dirección. La intuición puede indicar que es un excelente camino.

 

Ciertamente, contra lo que usualmente se puede pensar, la Ciencia no avanza por caminos rectos y directos. Describe vaivenes y traza meandros, también por la complejidad de los problemas que trata. Muchas veces lo que se conoce son posiciones científicas dominantes en un momento histórico determinado, lo que no excluye que hayan otras proposiciones, alternativas o formas de interpretar el Cosmos. Las disidencias con intrínsecamente interesantes, incluso necesarias para que la Ciencia avance. En todo caso, aquello que no corresponda al progreso, ira viéndose desplazado por otro paradigma más eficaz. Así ha ocurrido hasta ahora y así seguirá siendo, porque la Ciencia es estructuralmente así.