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La física moderna tiene un problema que, hasta ahora, los científicos no logran resolver: el universo parece comportarse de una manera a gran escala y de otra muy distinta cerca de nosotros. Los modelos actuales pueden explicar muchos fenómenos, pero todavía no alcanzan para describir por completo la evolución de las galaxias, la expansión cósmica y la distribución de materia en el cosmos. Para responder a esas incógnitas, nacen dos de los mayores misterios de la ciencia actual: la materia oscura y la energía oscura. Ahora, un estudio del físico Slava G. Turyshev, del Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA, propone mirar el problema desde otro lugar, mediante experimentos de alta precisión dentro del Sistema Solar.
La investigación parte de una propuesta teórica en la que plantea diseñar pruebas capaces de buscar señales de una posible quinta fuerza de la naturaleza. Hoy se conocen cuatro interacciones fundamentales: la gravedad, el electromagnetismo, la fuerza nuclear fuerte y la fuerza nuclear débil. Si existiera una quinta, ayudaría a explicar por qué las galaxias se comportan como si tuvieran mucha más masa de la que podemos ver. Según NASA, la materia visible representa apenas cerca del 5% del universo. El resto se atribuye a materia oscura y energía oscura, dos componentes que todavía no se comprenden en profundidad.
El punto de partida: la contradicción gravitatoria del universo
Gran parte de la gravedad del universo se describe con la teoría de la relatividad general de Einstein, uno de los pilares de la física moderna. Esta teoría explica con precisión cómo se mueven los planetas, cómo se curva la luz cerca de objetos masivos y cómo evoluciona el espacio-tiempo. Sin embargo, cuando se observa el universo a escalas mucho mayores, aparecen señales que no encajan por completo con esa explicación. En cúmulos de galaxias, en la distribución de materia a gran escala y en la expansión acelerada del cosmos, la gravedad no alcanza para explicar todo lo que ocurre. De allí surge la hipótesis te existencia de materia y energía oscura, que explicarían este tipo de fenómenos. De hecho, la NASA plantea que solo un 5% del universo está conformado por materia visible, mientras que el resto estaría conformado por materia oscura.
Sin embargo, dentro del Sistema Solar, donde se pueden medir con gran exactitud las órbitas planetarias, las trayectorias de sondas espaciales y el retraso de señales de radio al pasar cerca del Sol, la relatividad general sigue funcionando muy bien. Hasta ahora, no apareció una desviación que obligue a introducir una nueva fuerza.
Una posible respuesta: la existencia de una quinta fuerza
Para resolver esa diferencia, el estudio analiza modelos en los que una fuerza adicional podría estar oculta por el ambiente. En algunos escenarios, llamados modelos de apantallamiento o screening, la nueva interacción sería más visible en regiones de baja densidad, como los grandes vacíos cósmicos, y quedaría fuertemente reducida cerca de objetos masivos como el Sol o los planetas. Uno de esos modelos se conoce como camaleón, porque la fuerza cambiaría su intensidad según la cantidad de materia alrededor. Otro es el mecanismo de Vainshtein, en el que la gravedad de cuerpos masivos suprime el efecto de esa interacción en una región muy amplia.
Esto no significa que efectivamente se haya encontrado una quinta fuerza. De hecho, el estudio plantea que los experimentos del Sistema Solar solo tendrán sentido si antes existe una predicción concreta que pueda ponerse a prueba: antes de diseñar nuevos experimentos, hay que saber exactamente qué se quiere buscar. No alcanza con medir el Sistema Solar con más precisión y esperar que aparezca “algo raro”, sino que hace falta una predicción concreta que indique qué señal debería observarse, en qué medición aparecería y qué diferencia tendría respecto de lo que indica la relatividad general. Sin esa guía, los nuevos experimentos podrían terminar repitiendo pruebas que ya confirmaron a Einstein, sin aportar una respuesta nueva.
Entre las pruebas posibles aparecen mediciones del retraso de Shapiro, un efecto relativista que ocurre cuando una señal electromagnética pasa cerca de una masa como el Sol y tarda un poco más en llegar. También se mencionan mediciones láser de la distancia Tierra-Luna, redes de relojes atómicos, interferometría atómica en el espacio y mejoras en las efemérides planetarias. Todas estas técnicas tienen algo en común, y es que buscan desviaciones extremadamente pequeñas respecto de lo que predice la física conocida. Si una quinta fuerza existe, su huella local podría ser tan débil que solo sería detectable con instrumentos diseñados específicamente para ese objetivo.
¿Qué dice el resto del mundo sobre la materia oscura?
En el tablero internacional, misiones y proyectos como Euclid, de la Agencia Espacial Europea (ESA), y DESI, el Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura, están midiendo la estructura del universo a gran escala para entender cómo evolucionan las galaxias y cómo actúa la energía oscura. Esos relevamientos pueden ofrecer pistas cosmológicas, pero no bastan por sí solos para saber cómo se comportaría una fuerza nueva dentro del Sistema Solar. Por eso, la propuesta de Turyshev apunta a conectar ambos mundos y usar los datos del universo lejano para definir experimentos locales más precisos.
Por ahora, la física no tiene evidecia concreta de la materia oscura o la energía oscura y tampoco confirmó la existencia de una quinta fuerza. Pero sí tiene una pregunta: si el universo muestra efectos que no encajan del todo con las teorías actuales, ¿dónde conviene buscar la falla? La respuesta podría no estar solo en los confines del cosmos, sino también en mediciones finísimas dentro de nuestro propio vecindario espacial.
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