La materia oscura

La tierra gira alrededor del Sol con una trayectoria determinada y una velocidad determinada. Lo que determina la velocidad en esta trayectoria es la fuerza de gravedad, que es una fuerza que los cuerpos ejercen unos sobre otros. Su efecto se manifiesta con claridad en cuerpos grandes; porque se acumula y crece con el aumento de la masa. Sus leyes fueron elaboradas por el famoso físico Newton, pero para los físicos fue una fuerza misteriosa hasta que la teoría general de la relatividad de Einstein la explicó como un resultado de la curvatura del tejido cósmico o del espacio-tiempo, donde esta curvatura del tejido espacio-tiempo depende de la masa del cuerpo.

Supongamos que el Sol tiene una masa mucho mayor que la de ahora, el tejido cósmico se curvará en mayor medida, y, por consiguiente, la Tierra, con su órbita actual y velocidad actual saldrá de su órbita actual cayendo en dirección al Sol debido a la fuerza de gravedad. Para que la Tierra se libere de este destino debería girar con una velocidad mayor, para que el momento de inercia la mantenga en la misma órbita. Así mismo, si suponemos que la Tierra se mueve con una velocidad mayor que la velocidad actual y que su velocidad es suficiente como para escapar de la gravedad del Sol —o sea, que alcanza la velocidad de escape—, entonces saldrá de su órbita, alejándose del Sol. Para evitar que la Tierra acelerada escape de su órbita alejándose del Sol, la masa del Sol debe aumentar lo suficiente como para que su gravedad impida que la Tierra escape de su órbita alejándose del Sol.

Lo anterior está basado en la ley de gravitación de Newton. Así como se aplica a la Tierra se aplica a las galaxias, tal como el efecto gravitatorio de la masa de una galaxia sobre las estrellas y los planetas que contiene, o el efecto de la masa de un cúmulo sobre las galaxias, o el efecto gravitatorio de la masa de una galaxia sobre otra galaxia.

Al tomar en cuenta la cantidad de materia ordinaria contenida en las galaxias, la gravitación newtoniana predice que la velocidad de rotación de las estrellas alrededor del núcleo de la galaxia debe disminuir conforme aumenta la distancia al centro de la misma. – https://conexion.cinvestav.mx/Publicaciones/el-universo-invisible

Desde los años treinta del siglo XX las observaciones han documentado, en el movimiento de galaxias de algunos cúmulos galácticos, un exceso de velocidad que supera la velocidad que permite a ese cúmulo galáctico ejercer la fuerza de atracción. Es decir, que esas galaxias se movían con una velocidad mayor a la velocidad de escape, aunque permanecían en sus órbitas. Esto significa que hay una gravedad que les impide escapar o que las hace moverse a esta velocidad. Hasta el momento presente, las observaciones reiteradas de esto han verificado que está presente en el universo, alrededor nuestro y a gran escala, pues muchos cúmulos galácticos confirman que hay una gran fuerza de atracción que hace que las galaxias se muevan a una velocidad mayor. Estos cúmulos no permanecerían como están si no fuera por la presencia de esta fuerza gravitatoria que impide que estos cúmulos se dispersen y se fragmenten por el cosmos después de que sus galaxias han superado la velocidad de escape, dentro de los límites del alcance gravitatorio de la materia observable de los cúmulos galácticos. También se ha observado una fuerza de gravedad adicional a la que proporciona la materia visible en las galaxias espirales.

La conclusión a la que han llegado los astrónomos por las observaciones, es que hay una fuerza de gravedad abundante en el universo que no se puede observar. Algunos astrónomos la han atribuido a la llamada materia oscura que no interactúa normalmente con la materia corriente o que interactúa muy débilmente, ya que no puede ser observada, pero afecta a la materia corriente por medio de la fuerza de gravedad que genera.

Por lo tanto, tenemos una fuerza de gravedad cuya causa es manifiestamente invisible y desconocida para los astrónomos y los físicos, por lo menos hasta ahora.

Algunos físicos —en un principio— habían rechazado esto considerando que las leyes de Newton eran completamente incorrectas y que necesitaban modificarse con respecto a tamaños enormes como los de las galaxias y los cúmulos galácticos, siendo que hay grandes distancias entre las estrellas de las galaxias, tal como las distancias entre las galaxias de los cúmulos galácticos. Pero esta modificación a las leyes de Newton no tuvo éxito al explicar de forma correcta y aceptable la fuente de esta fuerza de gravedad adicional. Además hay evidencia que confirma la existencia de materia oscura o de una fuerza gravitatoria adicional a la gravedad que ejerce la materia conocida —y al mismo tiempo la validez de las leyes de Newton—, que es, que el universo necesitó, al comienzo de su aparición, una fuerza de gravedad mayor que la fuerza de gravedad que ejerce la materia conocida, para que se puedan formar los cúmulos de galaxias y las galaxias, sin que la materia del universo naciente se dispersara al comienzo de su aparición.

«Durante el primer medio millón de años posteriores al Big Bang, un simple instante en los catorce mil millones de años de historia cósmica, la materia del universo ya había comenzado a fusionarse en los grumos que acabarían siendo los cúmulos y los supercúmulos de galaxias. Pero el cosmos estaba expandiéndose desde el principio, y durante el siguiente medio millón de años duplicaría su tamaño. Así pues, el universo responde a dos fenómenos que compiten entre sí: la gravedad quiere que el material se coagule, pero la expansión quiere diluirlo. Si hacemos el cálculo, deducimos enseguida que la gravedad de la materia corriente no podía ganar esta batalla por sí sola. Necesitaba la ayuda de la materia oscura, sin la cual nosotros viviríamos —en realidad no viviríamos— en un universo sin estructura: nada de cúmulos, galaxias, estrellas, planetas ni personas. ¿Cuánta gravedad de la materia oscura necesitaba? Seis veces la aportada por la propia materia corriente. Este análisis no deja margen para los pequeños términos correctores de la MOND en las leyes de Newton: no nos dice qué es la materia oscura, sino sólo que sus efectos son reales y que, por mucho que lo intentemos, no podemos atribuir el mérito a la materia corriente».[1]

Frente a la hipótesis de la existencia de la materia oscura para explicar la fuerza de gravedad adicional o la hipótesis de que las leyes de Newton y su ajuste son inválidas para tamaños enormes, está también la teoría de los múltiples universos que planteó Hugh Everett.[2] Esta teoría ahora ha cobrado bastante resonancia en la comunidad de científicos, especialmente después de que se planteara con demostración matemática la teoría de supercuerdas y la teoría M, y se planteara la existencia de otras dimensiones además de las cuatro dimensiones conocidas que se pueden percibir (las tres dimensiones del espacio y la dimensión del tiempo). Científicamente, si hubiera un universo fantasma, invisible para nosotros y paralelo al nuestro, es posible que haya un efecto de este universo sobre el nuestro a través de la fuerza de gravedad, por ejemplo. Pues es posible suponer que una cuerda de fuerza gravitatoria —o partícula gravitón— esté libre y desconectada del tejido cósmico o la membrana en la que vivimos, y por lo cual pueda circular de un universo a otro. Esto significa que la existencia de un universo paralelo al nuestro es suficiente para explicar una fuerza de gravedad de fuente desconocida que cause un aumento en la velocidad del movimiento de las galaxias en los cúmulos galácticos.

«En esta interpretación, viviríamos en una membrana, pero habría otra membrana “sombra” en sus proximidades. Como la luz estaría confinada en las membranas y no se propagaría en el espacio entre ellas, no podríamos ver el universo “sombra”, pero notaríamos la influencia gravitatoria de su materia. En nuestra membrana, parecería que dicha influencia es debida a fuentes realmente “oscuras”, en el sentido de que la única manera de detectarlas sería a través de su gravedad. De hecho, para explicar la velocidad con que las estrellas giran alrededor del centro de nuestra galaxia, parece que tenga que haber mucha más masa que la que corresponde a la materia que observamos. La masa que falta podría proceder de algunas especies exóticas de partículas, como las WIMP (weakly interacting massive particles, partículas con masa ligeramente interaccionantes) o axiones (partículas elementales muy ligeras). En el contexto de los universos membrana, los planetas pueden girar alrededor de una masa oscura perteneciente a una membrana sombra porque la fuerza gravitatoria se propaga en las dimensiones adicionales.

No veríamos una galaxia sombra en una membrana sombra porque la luz no se propaga en las dimensiones adicionales, pero sí lo hace la gravedad. Por lo tanto, la rotación de nuestra galaxia podría ser afectada por materia oscura, materia que no podemos ver. Y quizás, contenga humanos sombra que se preguntan por la masa que parece faltar en su universo para explicar las órbitas de las estrellas sombra alrededor del centro de la galaxia sombra».[3]


[1] Fuente: Tyson & Goldsmith, Orígenes, pág. 38.

[2] Hugh Everett (1930 – 1984), físico estadounidense. Fue el primero en proponer la teoría de los múltiples universos demostrándola matemáticamente.

[3] Fuente: Hawking, El universo en una cáscara de nuez, págs. 184-185, 188.


Del libro La ilusión del ateísmo del Imam Ahmed Alhasan (a)