Por qué ninguna nueva teoría consigue reemplazar la relatividad de Einstein

Hace décadas que los astrónomos descubrieron que el comportamiento de las galaxias y de los cúmulos de galaxias no cumplen las predicciones de la teoría de la relatividad general que Einstein publicó a principios del siglo XX y que consideraba el universo como un ente estático.

Resulta que el cosmos sí se mueve (y muy rápido) y las galaxias, solas o en grupo, están gobernadas por una gravedad más fuerte que la que ejerce la materia visible. Por eso fue necesario añadir a la receta del científico alemán dos nuevos ingredientes: la materia oscura, que ejerce un empuje gravitatorio extra, y la energía oscura, que acelera la expansión del universo.

El problema es que, de momento, nadie ha podido detectar la presencia de estos dos fantasmas que sobrevuelan los libros de Física. De ahí que hayan surgido diferentes teorías alternativas en un intento por esquivar estos dos misteriosos conceptos.

Una gravedad variable

Las estrategias más conocidas para lograr ese objetivo son las del tipo MOND (siglas de ‘modified Newtonian dynamics’), que eliminan la necesidad de materia oscura al considerar dos tipos de gravedad: la que actúa en regiones donde esta fuerza es potente —y que cumple la ley de gravitación universal de Newton— y la que está presente en zonas donde el empuje es más débil, como en los límites de una galaxia.

Lo que hacen las teorías MOND es modificar la ley de Newton y la constante gravitacional para estos casos, haciendo que la fuerza de gravedad decrezca más lentamente de lo que predijeron Newton y Einstein.

Otro grupo de teorías, primas hermanas de las anteriores, son las conocidas como TeVeS (de ‘tensor-vector-scalar’). Básicamente, parten de la misma idea que las MOND, pero construyen con ella una teoría matemática aplicable a todo el universo que define la gravedad en un campo escalar, con un valor distinto en cada punto del espacio.

También están las denominadas teorías galileanas (que siguen los principios descritos por Galileo Galilei), entre las que se encuentran la famosa teoría de Brans-Dicke y que están emparentadas con la teoría de Horndeski. Aunque sus predicciones varían, todas ellas juegan también con la expansión del universo y modifican la fuerza de la gravedad para que varíe en el tiempo y el espacio.

Estos son solo algunos ejemplos, pero hay muchos más. Y su número sigue aumentando. Uno de los más recientes es la teoría de la gravedad emergente propuesta por el físico holandés Erik Verlinde, que se atreve a cuestionar a Einstein y a asegurar que la materia oscura no existe. Según su modelo, el empuje de la materia visible y la interacción con la energía oscura bastan para explicar el comportamiento de las galaxias.

Unas mueren, otras siguen vivas

Aunque muchas de estas teorías que desafían a Einstein generan predicciones más o menos acertadas, lo cierto es que no acaban de llegar a buen puerto debido a nuevas investigaciones y observaciones que las ponen en duda o, directamente, las desacreditan.

El año pasado sin ir más lejos, un equipo de investigadores demostró que los agujeros negros son inestables en los modelos de Horndeski y que, por tanto, estos no sirven para describir el universo. Y el 2017 fue testigo de otro importante descubrimiento: la observación del choque entre dos estrellas de neutrones por el LIGO, un observatorio para detectar ondas gravitacionales. Poco después, el satélite Fermi captaba una explosión de rayos gamma procedentes de la misma zona del espacio. Las dos señales habían viajado por el universo durante 130 millones de años para llegar a la Tierra con una diferencia de tan solo 1,7 segundos.

Ambas observaciones confirman que las ondas gravitacionales (perturbaciones en el espacio tiempo predichas por Einstein) se transmiten a la velocidad de la luz con una precisión que no contemplan las teorías TeVeS ni algunas teorías galileanas.

Si bien hay muchas supervivientes, nuevos descubrimientos como estos, realizados por instrumentos cada más precisos y sofisticados, hacen que los cimientos de las teorías que modifican la relatividad general de Einstein se tambaleen o, al menos, obligan a retocarlas. Aunque estas también tienen un lado positivo: estudiarlas puede aportar pistas sobre el comportamiento del universo y sobre las cuestiones que el brillante alemán no supo prever.