Newton, MOND y la materia oscura

Las observaciones realizadas en los últimos años indican que muchas estrellas se mueven a una velocidad diferente a la que deberían. Para explicar este extraño fenómeno, los físicos han desarrollado una teoría que, mediante la existencia de la denominada materia oscura, hace de “puente” entre la realidad y lo que indican las ecuaciones. Ahora, un equipo de científicos de Brasil ha ideado un experimento relativamente sencillo que podría arrojar luz sobre el asunto. Solo necesitamos un disco que gire a la velocidad exacta para anular la Segunda Ley de Newton. ¿Es posible realizar ese experimento en la Tierra?

Estamos en problemas. Desde hace años que los físicos saben que las estrellas de los bordes de las galaxias (entre otros objetos siderales) tienen un comportamiento caprichoso que no se ajusta a lo que pronostican sus ecuaciones. Cuando algo así ocurre, solo hay dos explicaciones posibles: o bien nuestras ecuaciones son erróneas, o bien hay algo que no vemos pero que está afectando el movimiento de esos objetos. La materia oscura, “algo” que abundaría en el espacio pero que no podemos ver, es la explicación que la ciencia ha encontrado para justificar el fallo de las leyes del movimiento cuando se las aplica a las estrellas vecinas. Con esa masa invisible extra, las ecuaciones funcionan. Pero la verdad es que el asunto de la materia oscura tiene, para muchos astrofísicos, el aspecto de un parche destinado a encubrir errores en nuestras propias teorías.

Cuando aplicamos la Segunda Ley de Newton al movimiento de las estrellas, descubrimos que los objetos ubicados en los bordes exteriores de la galaxias deberían moverse a velocidades bastante menores a la de los que se encuentran ubicados en las cercanías de su centro. Pero las observaciones realizadas no hacen otra cosa que confirmar -una y otra vez- que las galaxias rotan con una velocidad uniforme, desafiando a Newton y todos sus herederos. Algunos astrónomos creen que el comportamiento orbital de las galaxias se podría explicar con mayor precisión mediante una teoría llamada Dinámica Newtoniana Modificada (MOND, por Modified Newtonian Dynamics). MOND,  propuesta en 1981 por Mordehai Milgrom, entonces en la Universidad de Princeton, es una versión ligeramente modificada de la Segunda ley de Newton, que tiene el atractivo de no necesitar de la existencia de la materia oscura para explicar que ocurre en el Universo.

Como hemos explicado en alguna oportunidad, la teoría de la materia oscura supone que una “nube” de materia oscura -invisible para nosotros- rodea cada galaxia, suministrando la masa extra necesaria para que la gravedad resultante provoque que todas las estrellas que conforman el disco galáctico giren alrededor de su centro a la misma velocidad. Bonito y muy conveniente, pero bastante rebuscado, ¿verdad? MOND, por otro lado, es una solución mucho más elegante, aunque signifique reconocer que un genio absoluto como Sir Isaac Newton pueda haberse equivocado al redactar su segunda ley del movimiento. Pero hay hechos concretos que respaldan MOND: un estudio reciente que analiza al detalle los movimientos de ocho galaxias enanas que giran alrededor de la Vía Láctea confirmarían que -aplicando la Dinámica Newtoniana Modificada– no necesitamos  la teoría de la materia oscura.

Es necesario diseñar algún experimento que pueda demostrar que la Dinámica Newtoniana Modificada es correcta, o que la materia oscura existe de verdad. Afortunadamente, parece que un disco que gira puede bastar para anular la segunda ley de Newton del movimiento, eliminando la  necesidad de que exista la materia oscura. Hasta no hace mucho se pensaba que era imposible realizar pruebas destinadas a verificar la validez de la teoría MOND en la Tierra debido a los complejos movimientos que esta realiza al rotar sobre su eje y girar alrededor del Sol mientras que este gira alrededor del centro galáctico. Sin embargo, Vitorio De Lorenci -un físico de la Universidad Federal de Itajubá, en Brasil- y sus colegas han sido capaces de idear un experimento capaz de lograr tal cosa. El centro del asunto es lograr anular completamente la aceleración de la rotación de la Tierra debida a los movimientos que enunciamos antes, utilizando un disco que gire en el plano correcto y con la velocidad exacta. La idea básica fue propuesta por primera vez en 2007, cuando Alex Ignatiev calculó que las aceleraciones en cuestión se hacen cero durante un tiempo infinitesimal en dos puntos concretos de la superficie terrestre, dos veces al año. Eso hace que el experimento sea posible en teoría (y de forma natural), aunque terriblemente complicado de realizar en la práctica.

El descubrimiento efectuado por el equipo de De Lorenci permitiría utilizar un disco giratorio para anular las indeseables aceleraciones en cualquier momento y lugar de la Tierra. Sus cálculos muestran que si el disco se coloca con precisión y su velocidad se controla correctamente, en algunos puntos situados en su borde se anularían completamente las aceleraciones producidas por el movimiento de la Tierra y el Sol. Si la Segunda Ley de Newton es correcta, un dispositivo de medición montado en esos puntos del disco no debería registrar ninguna fuerza. Pero si la teoría MOND es correcta, el dispositivo debería registrar pequeñas fuerzas, que serian las responsables del movimiento “extraño” que parece afectar a las estrellas del borde de las galaxias. Gracias a este disco “seremos capaces de controlar las condiciones para producir el régimen MOND en cualquier lugar y en cualquier momento”, dice De Lorenci. Sin embargo, este experimento sólo es capaz de probar una de las consecuencias de la teoría MOND, la que dice que todas las fuerzas actúan de manera diferente en aceleraciones pequeñas. La parte que predice que sólo se vería afectada la gravedad  puede comprobarse únicamente en el espacio.

Como sea, e independientemente de los resultados que se obtengan, este experimento demuestra que tanto la física como la cosmografía no están estancadas. Aún las teorías más nuevas, como la de la materia oscura, y las más antiguas, como las leyes de Newton, son puestas a prueba una y otra vez, para comprobar que tan buenas son a la hora de describir el funcionamiento del Universo.