El Universo y su quintaesencia El universo aparece gobernado por un campo de energa invisible, agente de su expansin acelerada Jeremiah P. Ostriker y Paul J. Steinhardt No hay nada ms que decir? Entendemos el cosmos, salvo detalles nimios? Tal pareca, escasos aos atrs. Despus de un siglo de acalorados debates, la ciencia haba llegado a un cuerpo de doctrina comnmente admitido sobre las lneas esenciales de la historia del universo. Todo comenzara con gas y radiacin sometidos a temperaturas y densidades altsimas. Se iran expandiendo y enfriando a lo largo de 15.000 millones de aos. Las galaxias y otras estructuras complejas se desarrollaran a partir de unas semillas microscpicas -las fluctuaciones cunticas-, estirndose hasta un tamao csmico en un perodo breve de "inflacin". Slo una pequea fraccin de la materia estara formada por los elementos qumicos de nuestra experiencia diaria. En su proporcin mayor se hallara constituida por materia oscura, partculas elementales exticas que no interactan con la luz. Pese a los misterios por resolver, tal sera, a grandes trazos, el cuadro. O eso era lo que pensbamos. Pero resulta que nos habamos perdido la mayor parte de la historia. En los ltimos cinco aos las observaciones han convencido a los cosmlogos de que los elementos qumicos y la materia oscura, en conjunto, constituyen menos de la mitad del contenido del universo. El grueso se lo lleva una "energa oscura" omnipresente, dotada de una curiosa propiedad: su gravedad no ejerce una fuerza de atraccin. Repele. Por la gravedad, elementos qumicos y materia oscura se ven forzados a crear estrellas y galaxias; por su gravedad repulsiva la energa oscura forma una neblina casi homognea que baa el espacio. El universo es un campo de batalla entre dos tendencias, donde triunfa la gravedad repulsiva. Poco a poco va venciendo a la fuerza atractiva de la materia comn; en virtud de ello, provoca que el universo se acelere continuamente a ritmos de expansin cada vez mayores, conducindolo quizs hacia una nueva fase inflacionaria y hacia un futuro totalmente diferente del que los cosmlogos imaginaban diez aos atrs. Hasta hace poco, la ciencia se haba centrado en confirmar la existencia de la energa oscura. Su atencin se dirige ahora hacia un problema ms profundo: de dnde viene esa energa? Lo ms plausible es que sea inherente a la construccin del espacio. Aun cuando cierto volumen del espacio estuviera vaco del todo -sin ningn residuo de materia o radiacin- seguira alojando la energa en cuestin. Esta constituye una nocin respetable desde Albert Einstein y su intento, en 1917, de elaborar un modelo esttico del universo. Igual que Isaac Newton y otros cientficos eximios, Einstein crea en un universo inalterable, sin contraccin ni expansin. Para establecer su teora de la relatividad general, tuvo que incluir una energa de vaco o, por emplear su terminologa, una constante cosmolgica. Ajust el valor de la constante de suerte tal, que la repulsin gravitatoria se viera exactamente compensada con la atraccin gravitatoria de la materia. Ms tarde, cuando los astrnomos establecieron la expansin del cosmos, Einstein se arrepinti de su delicado ajuste artificial. Lo consider su mayor error. Pero quiz su duro juicio pec de apresuramiento. Si la constante cosmolgica tuviera un valor ligeramente mayor del que Einstein propuso, la repulsin superara a la atraccin de la materia y se acelerara la expansin csmica. Muchos cosmlogos, no obstante, se inclinan ahora por otra idea distinta, conocida como "quintaesencia" La traduccin sera "el quinto elemento", en alusin a la filosofa griega, que

describa un universo formado por los "elementos" tierra, aire, fuego yagua, ms una sustancia sutil que impedira que la Luna y los planetas se desplomaran sobre el centro de la esfera celeste. Hace tres aos, Robert R. Caldwell, Rahul Dave y uno de los autores (Steinhardt), entonces en la Universidad de Pennsylvania, adoptamos el trmino con otro significado: un campo cuntico y dinmico, no distinto de los campos elctricos o magnticos, que repele gravitatoriamente. En la quintaesencia lo que los cosmlogos encuentran fascinante es su dinamismo. Toda teora de la energa oscura halla su principal reto en la justificacin de la cantidad necesaria de la misma; no excesiva, que impedira la formacin de estrellas y galaxias, aunque s la suficiente para que sus efectos se sientan todava hoy. La energa de vaco es completamente inerte, mantenindose siempre a la misma densidad. Por consiguiente, para explicar la cantidad actual de energa oscura, el valor de la constante cosmolgica tendra que estar finamente ajustado en la creacin del universo para que poseyera el valor idneo, razn por la cual esa constante presenta el aire de un factor harto confuso. En contraste con ello, la quintaesencia interacta con la materia y evoluciona con el tiempo, por lo que podra naturalmente ajustarse para alcanzar el valor observado hoy.

EL TRIANGULO CSMICO. En esta grfica de observaciones cosmolgicas, los ejes representan los valores posibles de tres caractersticas decisivas del universo. Si el universo fuera plano, tal y como sugiere la teora inflacionaria, los tipos diferentes de observaciones (reas coloreadas) y la lnea de curvatura cero (lnea roja) deberan superponerse. Hoy da, los datos del fondo de microondas facilitan una mejor superposicin si la energa oscura consistiera en quintaesencia (lnea discontinua) ms que si sta fuera la constante cosmolgica (rea verde).

Dos tercios de realidad La distincin entre ambas opciones reviste inters mximo. Los fsicos de partculas recurrieron a los aceleradores de altas energas para descubrir nuevas formas de energa y materia. Ahora, el

propio cosmos nos revela una clase de energa sin precedentes, sutilmente dispersa; de tan dbil interaccin, que escapa a la capacidad detectora de los aceleradores. Para desarrollar una teora fundamental de la naturaleza resulta imperioso establecer si esta energa es inerte o dinmica. Los fsicos de partculas se han percatado de que deben estar pendientes de los avances en el cielo, no menos que de los progresos en los aceleradores. La investigacin de la energa oscura se ha ido consolidando paso a paso a lo largo de los ltimos diez aos. El primero se dio con la elaboracin del censo de toda la materia contenida en las galaxias y en los cmulos galcticos; se emplearon tcnicas pticas, de rayos X y de radio. Se determin que la masa total almacenada en los elementos qumicos y en la materia oscura da cuenta slo de un tercio aproximadamente de la cantidad global que la mayora de los tericos predicen, la llamada densidad crtica. Muchos cosmlogos se acogieron a ese resultado para poner en tela de juicio los postulados tericos. Estaramos viviendo en un universo en permanente expansin, cuyo espacio sera curvo hiperblico, como la salida de una trompeta. Pero semejante interpretacin qued descartada tras las mediciones de manchas calientes y fras de la radiacin del fondo de microondas, cuya distribucin demuestra que el espacio es plano y que la densidad total de energa es igual a la densidad crtica. Si engarzamos las dos observaciones y recurrimos a una aritmtica simple, advertiremos la necesidad de una componente energtica adicional que d cuenta de los dos tercios de la densidad de energa perdida. Cualquiera que sea su naturaleza, la nueva componente habr de ser oscura, ni absorber ni emitir luz, pues si lo hiciera se habra detectado ya. En eso se asemeja a la materia oscura. Pero la nueva componente -llamada energa oscura- difiere de la materia oscura en un aspecto crucial: debe ser gravitatoriamente repulsiva, pues de lo contrario la energa oscura habra sido arrastrada hacia las galaxias y los cmulos, donde hubiera afectado al movimiento de la materia visible. No se ve rastro de tal influencia. No slo eso. La repulsin gravitatoria resuelve la "crisis de edad" que padeci la cosmologa en los aos noventa. Si partimos de las medidas actuales de la velocidad de expansin y se supone que sta se ha ido frenando, la edad del universo se cifra en menos de 12.000 millones de aos. Pero existen pruebas que apuntan a que algunas estrellas de nuestra galaxia tienen 15.000 millones de aos. Al provocar la aceleracin de ritmo de expansin del universo, la repulsin determina que la edad estimada del cosmos coincida con la edad observada de los objetos celestes. El punto flaco potencial de la argumentacin resida en que la repulsin gravitatoria acelerase la expansin, fenmeno que an no se haba observado. Pero en 1998 se dio un paso firme. Dos grupos independientes tomaron medidas de supernovas muy distantes y descubrieron un cambio en el ritmo de expansin.

LA TARTA DEL UNIVERSO El ingrediente principal del universo es la "energa oscura", formada o por la constante cosmolgica o por la quintaesencia, un campo cuntico. Los otros ingredientes son la materia oscura compuesta de partculas elementales exticas, de materia comn (visible y no luminosa) y de cantidades traza de radiacin.

Ambos grupos concluyeron que el universo se aceleraba y que lo haca con el ritmo predicho por la teora. Todas estas observaciones reducen lo esencial a tres nmeros: la densidad promedio de la materia (la comn y la oscura), la densidad promedio de la energa oscura y la curvatura del espacio. De acuerdo con las ecuaciones de Einstein, las tres cantidades se suman en la densidad crtica. Las posibles combinaciones de los tres nmeros se representan mediante un sencillo diagrama triangular. Los tres conjuntos de observaciones -el censo de la materia, el fondo csmico de microondas y las supernovas-se corresponden con tiras del interior del tringulo. Las tres tiras se superponen en la misma posicin, lo que es, sin duda, una prueba de la energa oscura. De la implosin a la explosin En nuestra experiencia nos las vemos con la materia comn, que cumple la ley de la atraccin gravitatoria. Nos resulta harto difcil imaginar que la energa oscura pueda repelerse gravitatoriamente. El quid de la cuestin se encierra en su presin, que es negativa. En la ley de Newton de la gravedad, la presin no desempea ningn papel; la fuerza de la gravedad depende slo de la masa. En la ley de Einstein de la gravedad, sin embargo, la fuerza de la gravedad depende no slo de la masa, sino tambin de otras formas de energa y de la presin. De ese modo, la presin ejerce un doble efecto: directo (originado por la accin de la presin sobre la materia circundante) e indirecto (causado por la gravitacin que la presin genera). El signo de la fuerza gravitatoria se determina por la combinacin algebraica de la densidad total de energa ms tres veces la presin. Si la presin es positiva, como en el caso de la radiacin, la materia comn y la materia oscura, entonces la combinacin es positiva y la gravitacin, atractiva. Si la presin es lo suficientemente negativa, la combinacin final resulta tambin. negativa y la gravitacin, repulsiva. Para expresarlo de forma cuantitativa, los cosmlogos consideran la relacin entre la presin y la densidad de energa, conocida como la ecuacin de estado, o "w". Para un gas ordinario, "w" es positivo y proporcional a la temperatura. Pero en algunos sistemas, "w" puede ser negativo. Si su valor es inferior a -1/3, la gravedad es repulsiva. La energa de vaco cumple esta condicin (en el supuesto de que su densidad sea positiva). Se trata de una consecuencia de la ley de la conservacin de la energa, segn la cual la energa nunca puede destruirse. O dicho en trminos matemticos, el ritmo de cambio de la densidad de

energa es proporcional a "w + 1". Para la energa de vaco -cuya densidad, por definicin, nunca cambia- esta suma debe ser nula. En otras palabras, "w" ha de ser precisamente igual a -1. Por lo que la presin tiene que ser negativa. Qu significa tener una presin negativa ? La mayora de los gases calientes presentan presiones positivas; la energa cintica de los tomos y la radiacin los empuja hacia fuera del recipiente. Ntese que el efecto directo de una presin positiva, empujar, se opone al efecto de su gravitacin, atraer. Pero cabe imaginar una interaccin entre tomos que sobrepase la energa cintica y origine que el gas explote hacia dentro (implosione). El gas implosivo tiene una presin negativa. Un globo con este gas reventara hacia dentro, ya que la presin del exterior (cero o positiva) excedera a la presin del interior (negativa). Curiosamente, el efecto directo de una presin negativa, implosin, puede ser opuesto al de su gravitacin, repulsin. Una precisin improbable En un globo el efecto gravitatorio es muy pequeo. Imaginemos, sin embargo, que el espacio entero se llena del gas implosivo. No habra, en este caso, ningn borde superficial ni presin exterior alguna. El gas an tiene presin negativa, pero no hay nada que lo empuje, por lo que no ejercera efectos directos. Slo poseera el efecto gravitatorio, es decir, la repulsin. La repulsin ensancha el espacio, aumentando su volumen y, como consecuencia, la cantidad de energa de vaco. Por tanto, la tendencia del ensanchamiento se ve reforzada a s misma. El universo se expande a un ritmo acelerado. La energa de vaco crece a expensas del campo gravitatorio. Estos conceptos pueden parecer extraos. Tambin a Einstein le resultaron difciles de asimilar. El, que consideraba un universo esttico, motivacin ltima de la energa de vaco, lo crey un error desafortunado que no deba haber cometido. Pero la constante cosmolgica, una vez introducida, no se desvanecera con facilidad. Los tericos cayeron en la cuenta de que los campos cunticos posean una cantidad finita de energa de vaco, una manifestacin de las fluctuaciones cunticas que producen pares de partculas "virtuales" desde el principio. Una estimacin del total de energa de vaco producida por todos los campos conocidos predice una cantidad enorme: 120 rdenes de magnitud ms que la densidad de energa de toda la materia. Esto quiere decir que, aunque cueste imaginarlo, las partculas virtuales deberan contribuir con una densidad de energa constante y positiva, lo que a su vez implicara una presin negativa. Ahora bien, si esta estimacin es correcta, la aceleracin de grandes espacios separara los tomos, las estrellas y las galaxias. Se trata, a todas luces, de una estimacin incorrecta. Uno de los principales objetivos de las teoras unificadas de la gravitacin ha sido configurar el motivo. A tenor de cierta propuesta, alguna simetra no descubierta en la fsica fundamental cancelara los efectos mayores, anulando la energa de vaco. Por ejemplo, las fluctuaciones cunticas de los pares de partculas virtuales contribuyen con energa positiva a las partculas con espn semientero (el de quarks y electrones), pero con una energa negativa a las partculas con espn entero (los fotones). En las teoras estndar, la cancelacin es inexacta, y deja de lado una densidad de energa inaceptablemente grande. Pero los fsicos han explorado los modelos con la llamada supersimetra, una relacin entre los dos tipos de partculas que puede conducir a una cancelacin exacta. Adolece, sin embargo, de un grave inconveniente: la supersimetra sera vlida slo para muy altas energas. Los tericos siguen buscando una forma de preservar los efectos de cancelacin incluso a bajas energas. En otro cuadro terico, la energa de vaco no se anulara con exactitud. Habra, quizs, algn mecanismo de cancelacin imperfecto. En vez de otorgar a la constante cosmolgica el valor de

exactamente cero, el mecanismo slo cancelara hasta el 120 decimal. Entonces, la energa de vaco constituira los dos tercios perdidos del universo. Con todo, esto resulta muy confuso. Qu mecanismo podra operar con tal precisin? Aunque la energa oscura represente una cantidad enorme de masa, se extiende de forma tan sutil que su energa es inferior a 4 electronvoltios por milmetro cbico, lo que para un fsico de partculas es extremadamente bajo. La fuerza ms dbil conocida en la naturaleza comporta densidades de energa que son 1050 veces superiores. Si extrapolamos hacia atrs en el tiempo, la energa de vaco se nos ofrece incluso ms paradjica. Hoy da la materia y la energa oscura tienen densidades promedio similares. Pero hace miles de millones de aos, cuando comenzaron a existir, nuestro universo era del tamao de un pomelo, por lo que la materia era 100 rdenes de magnitud ms densa. La constante cosmolgica, sin embargo, habra tenido el mismo valor que ahora. En otras palabras, por cada 10100 partes de materia, los procesos fsicos habran generado una parte de energa de vaco; grado ste de exactitud que parece matemticamente razonable, pero que resulta absurdo en el mundo real. Esta necesidad de un ajuste casi titnico constituye el motivo principal de buscar otras alternativas a la constante cosmolgica. Trabajo de campo Afortunadamente, la energa de vaco no es el nico proceso por el que se producen presiones negativas. Otro mecanismo es una fuente de energa que, en oposicin a la energa de vaco, vara en el espacio y en el tiempo, un reino de posibilidades que se resume en la palabra quintaesencia. Para la quintaesencia, "w" no ha de tener valores fijos, aunque ha de ser inferior a -1/3 a fin de que la gravedad sea repulsiva. La quintaesencia puede adoptar muchas formas. Los modelos ms sencillos proponen un campo cuntico cuya energa vara con tal parsimonia que, a primera vista, recuerda una energa de vaco constante. La idea est tomada de la cosmologa inflacionaria; all, un campo csmico conocido como "inflatn" conduce la expansin en el universo temprano utilizando un mismo mecanismo. Difieren sobre todo en un punto importante: la quintaesencia es bastante ms dbil que el "inflatn". Hace ya diez aos Christof Wetterich, Bharat Ratra y P. James E. Peebles abordaron la hiptesis. En el marco de la teora cuntica, los procesos fsicos admiten una descripcin sea en trminos de campos o sea en trminos de partculas. Puesto que la quintaesencia tiene densidades de energa muy pequeas y vara de forma gradual, una partcula de quintaesencia sera inconcebiblemente ligera y grande, nada menos que del tamao de un supercmulo galctico. Parece, pues, ms razonable optar por una descripcin mediante campos. La idea de campo nos traslada a una distribucin continua de energa que asigna a cada punto del espacio un valor numrico, la intensidad del campo. La energa del campo tiene una componente cintica, que depende de la variacin temporal de la intensidad de dicho campo, y una componente potencial, que depende slo del valor de la intensidad. Conforme el campo cambie, se desplazar el equilibrio entre la energa potencial y la cintica. En el caso de la energa de vaco, recurdese que la presin negativa era el resultado directo de la conservacin de la energa; impone sta que cualquier variacin de la densidad de energa es proporcional a la suma de la densidad de energa (un nmero positivo) y la presin. Para la energa de vaco, el cambio es nulo, por lo que la presin tiene que ser negativa. Para la quintaesencia, el cambio es lo suficientemente gradual como para que la presin siga siendo

negativa, aunque menos negativa. A esta condicin le corresponde tener ms energa potencial que cintica. Al ser menos negativa la presin, la quintaesencia no acelera el universo con la fuerza con que lo hace la energa de vaco. En ltima instancia, sern los observadores los que decidirn entre las dos. Aunque la quintaesencia se muestra ms acorde con los datos disponibles, la distincin no resulta todava significativa desde el punto de vista estadstico. Adems, a diferencia de la energa de vaco, el campo de la quintaesencia puede estar sometido a todo tipo de evoluciones complejas. El valor de w podra ser positivo, luego negativo y, de nuevo, positivo. Podra adoptar valores distintos en lugares diferentes. Pese a que la falta de uniformidad se presume pequea, podra ser detectable estudiando la radiacin del fondo csmico de microondas. Una diferencia ulterior radica en la perturbacin de la quintaesencia. Las ondas se propagan por ella como las ondas sonoras a travs del aire. En el argot cientfico, la quintaesencia es "blanda". La constante cosmolgica de Einstein, por contra, es rgida; no puede modificarse. Lo que da pie a una cuestin interesante. Cualquier forma de energa conocida es blanda hasta cierto punto. Quiz la rigidez sea una idea sin existencia real, en cuyo caso la constante cosmolgica constituira una imposibilidad. La quintaesencia con w cercano a -1 podra ser la aproximacin razonable ms cercana. La quintaesencia en las branas Al afirmar que la quintaesencia es un campo hemos dado el primer paso para explicarla. De dnde puede venir un campo tan extrao como se? Los fsicos de partculas encuentran explicaciones para fenmenos muy dispares, desde la estructura de los tomos hasta el origen de la materia, pero la quintaesencia permanece ayuna de razones. Aunque las teoras modernas de las partculas elementales incluyen muchas clases de campos que cumplen con el comportamiento requerido, no se sabe todava que sus energas potenciales y cinticas produzcan presiones negativas. De acuerdo con cierta hiptesis extica, la quintaesencia necesita de una fsica de ms dimensiones. En los ltimos decenios, se ha venido investigando la teora de cuerdas, que podra conjugar la relatividad general con la mecnica cuntica en una teora unificada de las fuerzas fundamentales. Los modelos de cuerdas predicen la existencia de 10 dimensiones, cuatro de las cuales son las tres dimensiones espaciales ms el tiempo. Las seis restantes deben estar camufladas. En algunas formulaciones, stas se doblan, como en una pelota cuyo radio, demasiado pequeo, resultara indetectable (al menos para la instrumentacin actual). Para otra hiptesis alternativa, la razn se encuentra en una extensin de la teora de cuerdas, la teora M (teora de membranas o simplemente branas), que aade una undcima dimensin: la materia comn est confinada en dos superficies tridimensionales llamadas "branas", separadas por un intervalo microscpico a lo largo de la undcima dimensin.

EXPANSION Y QUINTAESENCIA El universo se expande a distintos ritmos en funcin de cul sea la forma de energa predominante. La materia provoca que el crecimiento se frene, mientras que la constante cosmolgica induce su aceleracin. La quintaesencia est a mitad de camino: fuerza a que la expansin se acelere, pero ms lentamente. Con el tiempo la aceleracin podra o no cambiar (lneas discontinuas).

No estamos capacitados para observar tales dimensiones supernumerarias; ahora bien, si existen, tendramos que poder percibirlas por va indirecta. De hecho, la presencia de dimensiones enrolladas o de branas cercanas actuara como un campo. El valor numrico que el campo asigna a cada punto del espacio podra corresponderse con el radio o con la distancia del intervalo. Si este radio o el intervalo cambiaran lentamente con la expansin del universo, se comportaran exactamente igual que el hipottico campo de la quintaesencia. Curiosa coincidencia Cualquiera que sea el origen de la quintaesencia, su dinamismo parece haber solucionado el espinoso problema del ajustado fino. Para abordar tal cuestin podemos preguntarnos por qu la aceleracin csmica comenz en ese momento particular de la historia. Creada cuando el universo slo tena 10-35 segundos, la energa oscura debe haber permanecido en la sombra durante casi 10.000 millones de aos, un factor que supera en 1050 a la edad. Slo entonces, tal y como sugieren los datos, super a la materia y determin que el universo comenzara a acelerarse. No es una coincidencia que, justo cuando los seres pensantes evolucionaron, el universo se acelerara? La suerte de la materia parece haber ido asociada a la de la energa oscura. Pero, cmo? Si la energa oscura es energa de vaco, resulta punto menos que imposible explicar dicha coincidencia. Martin Rees, de la Universidad de Cambridge, y Steven Weinberg, de la de Texas en Austin, han propuesto una explicacin antrpica. Quiz nuestro universo sea uno ms entre una multitud de universos, en cada uno de los cuales la energa de vaco adopta un valor diferente. Los universos con energas de vaco superiores a 4 electronvoltio por milmetro cbico podran abundar, pero se expandiran demasiado rpido para la formacin de estrellas, planetas y vida. Nuestro universo tendra el valor ptimo. Slo en ste, "el mejor mundo de todos", podra haber

seres inteligentes capaces de contemplar la naturaleza del universo. Pero los fsicos discrepan sobre la validez explicativa del argumento antrpico. Una respuesta ms satisfactoria que incluye una forma de la quintaesencia conocida como campo de trazas, ha sido propuesta por Ratra y Peebles, de Princeton, y por Steinhardt, Ivaylo Zlatev y Limin Wang, de la Universidad de Pennsylvania. Las ecuaciones que describen los campos de trazas tienen un comportamiento clsico de atractor, lo mismo que los que hallamos en ciertos sistemas caticos. En tales sistemas, el movimiento converge hacia el mismo resultado para un amplio rango de condiciones iniciales; una canica puesta en una baera vaca siempre cae hacia el desage no importa dnde se coloque. De forma similar, la densidad inicial de energa del campo de trazas no tiene por qu quedar prefijada en un valor determinado, porque el campo se ajusta a s mismo rpidamente. Se imbrica en una traza en la que la densidad de energa permanece con un factor casi constante de la densidad de radiacin y materia. En este sentido. la quintaesencia imita a la materia ya la radiacin, aun cuando su composicin difiera por completo. Se da ese parecido porque la densidad de radiacin y materia determina el ritmo de expansin csmica lo que, a su vez, controla la velocidad a la que se modifica la densidad de la quintaesencia. Considerado ms de cerca, se descubre que esta fraccin crece de un modo paulatino. En alcanzar su valor final tarda la quintaesencia muchos millones de aos, si no miles de millones de aos.

CUANDO VER ES CREER. Los datos de las supernovas podran ser una va para decidir entre la quintaesencia y la constante cosmolgica. Esta ltima hace que el universo se acelere muy rpidamente, por lo que las supernovas con un determinado corrimiento hacia el rojo se hallaran muy lejanas y, por tanto, seran muy dbiles. Los telescopios actuales (datos mostrados en color gris) no pueden discernir entre los dos casos, pero la Sonda de Aceleracin de supernovas (Supernova Acceleration Probe) podr. Las magnitudes de las supernovas, segn lo predicho por cuatro modelos, se presentan en el diagrama con diferentes colores.

Por qu la quintaesencia alcanz su valor cuando lo hizo') La aceleracin csmica podra haber comenzado en el pasado con idntica facilidad con que podra hacerlo en un futuro remoto; todo depende de la eleccin de las constantes en la teora del campo de trazas. Lo que nos lleva de nuevo a las coincidencias. Pero quiz se dio algn suceso en el pasado reciente que desencaden la aceleracin. Steinhardt, junto con Christian Armendriz Picn y Viatcheslav Mukhanov, de la Universidad Ludwig Maximilian en Munich, sostienen que tal episodio pudo ser la transicin del dominio de la radiacin al dominio de la materia. Segn la teora de la gran explosin. la energa del universo se concentraba principalmente en forma de radiacin. A medida que el universo se enfriaba, la radiacin perda energa ms deprisa que materia. Cuando el universo contaba con unas pocas decenas de miles de aos -un tiempo muy corto en trminos logartmicos el balance de la energa se desplaz a favor de la materia. Este cambio seal el comienzo de la poca dominada por la materia, de la cual nosotros somos beneficiarios. Slo entonces la gravedad pudo congregar la materia en galaxias y macroestructuras. Al mismo tiempo, cambi la velocidad de expansin del universo. En cierta variante de los modelos de trazas, tal transformacin desencaden una serie de sucesos que condujeron a la aceleracin csmica actual. A lo largo de la mayor parte de la historia del universo, la quintaesencia persisti relacionada con la energa de radiacin; constitua una componente insignificante del cosmos. Pero cuando el universo se convirti en un dominio de la materia, el cambio en el ritmo expansivo sac a la quintaesencia de su comportamiento imitador. En vez de seguir a la radiacin o incluso a la materia, la presin de la quintaesencia adopt un valor negativo. Su densidad permaneci casi fija y termin por sobrepasar la menguante densidad de materia. En un escenario as, el que los seres pensantes y la aceleracin csmica comenzaran a existir casi al mismo tiempo no constituye una mera coincidencia. Ambas la formacin de las estrellas y los planetas necesarios para la vida y la transformacin de la quintaesencia en una componente de presin negativa, se desencadenaron con la instauracin del dominio de la materia. Con la mirada en el futuro Muy pronto, la atencin de los cosmlogos se centrar en la deteccin de la quintaesencia. Presenta, cierto, efectos observables. Puesto que su valor de w difiere del de la energa de vaco, provoca un ritmo de aceleracin csmica distinto. Con las mediciones precisas de las supernovas, a lo largo de un amplio rango de distancias podra discriminarse entre ambos. Los astrnomos han propuesto dos nuevos observatorios con el fin de resolver la cuestin: la Sonda de Aceleracin de Supernovas y el Telescopio terrestre de gran apertura para bsquedas. Los distintos ritmos de aceleracin engendran tambin diferencias pequeas en el tamao angular de las manchas calientes y fras de la radiacin del fondo csmico de microondas; deberan detectarlo la Sonda para la anisotropa del fondo de microondas y el satlite Planck. Otras pruebas consistiran en medir la variacin del nmero de galaxias con corrimiento hacia el rojo, para averiguar el cambio operado por el ritmo de expansin del universo a lo largo del tiempo. La Sonda para la evolucin del espacio extragalctico profundo, controlada desde tierra, se encargar de ese aspecto. A ms largo plazo, la ciencia deber asimilar las implicaciones de los descubrimientos, que sin duda nos conducirn a una nueva interpretacin del lugar que ocupamos en la historia csmica. Al principio (entendiendo por tal el inicio del que disponemos alguna pista) existi la inflacin, un perodo de expansin acelerada subsiguiente a la gran explosin. El espacio careca casi de materia entonces; un campo cuntico parecido a la quintaesencia con su presin negativa

comenz a influir en la historia. En ese perodo, el universo se expandi un factor mayor de lo que lo ha hecho durante los 15.000 millones de aos desde que la inflacin terminara. Al final de la inflacin, el campo degener en gas caliente de quarks, gluones, electrones, luz y energa oscura. Durante miles de aos, el espacio se encontraba empapado de radiacin; los tomos no podan siquiera formarse. Hasta que la materia tom el control. El paso siguiente -nuestra poca- es uno de continuo enfriamiento, condensacin y de evolucin de estructuras complicadas de mayor tamao. Pero este perodo se acerca a su fin. La aceleracin csmica remite. El universo que conocemos hoy, con estrellas, galaxias y cmulos brillantes, parece haber constituido un breve interludio. A medida que. la aceleracin domine en los prximos 10.000 millones de aos, la materia y la energa del universo se diluirn y el espacio se ensanchar tan rpidamente, que se impedir la formacin de nuevas estructuras. Los objetos vivientes encontrarn al cosmos bastante hostil. Si la aceleracin est causada por la energa de vaco, entonces la historia csmica ha culminado: los planetas, las estrellas y las galaxias que vemos constituyen el pinculo de la evolucin csmica. Pero si la aceleracin se debe a la quintaesencia, el final est todava por escribir. El universo podra proseguir en sempiterna aceleracin, o la quintaesencia podra degenerar en nuevas formas de materia y radiacin repoblando as el universo. A1 ser tan exigua la densidad de energa oscura, la materia proveniente de ella podra portar energa insuficiente para engendrar algo de inters. Bajo determinadas condiciones, sin embargo, la quintaesencia podra degenerar a travs de la nucleacin de burbujas. El interior de la burbuja estara vaco, pero sus paredes podran ser lugares de vigorosa actividad. Conforme la pared de la burbuja se desplazara hacia fuera, barrera toda la energa obtenida de 1a degeneracin de la quintaesencia. En algn caso, dos burbujas chocaran con liberacin de fantsticas exhibiciones pirotcnicas; se formaran quiz partculas muy masivas como los neutrones y protones, tal vez estrellas y planetas. A los habitantes del futuro, el universo les parecer muy inhomogneo, donde la vida quedara confinada en islas remotas separadas por inmensos vacos. Se imaginarn ellos que su origen fue el de un universo homogneo e isotrpico como el que nosotros contemplamos ahora') Llegarn a saber que el universo estuvo vivo una vez y que muri con el fin de disfrutar de una segunda oportunidad? Los experimentos podran ofrecernos pronto alguna idea sobre nuestro futuro. Ser el fin mortal de la energa de vaco o el potencial indomeado de la quintaesencia? Al final, la respuesta depender de si la quintaesencia tiene un lugar en la naturaleza, el reino, quiz, de la teora de cuerdas. Nuestro puesto en la historia csmica es funcin de la relacin entre la ciencia de lo muy grande y de lo muy pequeo. BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA Cosmological Imprint of an Energy Component with General Equation of State. Robert R. Caldwell, Rahul Dave and Paul J. Steinhardt in Physical Review Letters, Vol. 80, No. 8, pages 15821585; February 23, 1998. Available at xxx.lanl.gov/abs/astro-ph/9708069 Cosmic Concordance and Quintessence. Limin Wang, R. R. Caldwell, J. P. Ostriker and Paul J. Steinhardt in Astrophysical Journal, Vol. 530, No. 1, Part 1, pages 1735; February 10, 2000. Available at astro-ph/9901388

Dynamical Solution to the Problem of a Small Cosmological Constant and Late-Time Cosmic Acceleration. C. Armendriz Picon, V. Mukhanov and Paul J. Steinhardt in Physical Review Letters,Vol. 85, No. 21, pages 44384441; November 20, 2000. Available at astro-ph/0004134 Why Cosmologists Believe the Universe Is Accelerating. Michael S. Turner in Type Ia Supernovae:Theory and Cosmology. Edited by Jens C. Niemeyer and James W. Truran. Cambridge University Press, 2000. Available at astro-ph/9904049 A Cyclic Model of the Universe. Paul J. Steinhardt and Neil Turok in Science, Vol. 296, No. 5572, pages 14361439; 2002. Revista Investigacin y Ciencia: 294 - MARZO 2001