Desde que el ser humano empezó a hacerse preguntas han ido apareciendo descripciones, hipótesis y explicaciones que trataban de responderlas, de dar sentido a lo que observábamos a nuestro alrededor. Desde por qué caía una piedra o por qué quemaba el fuego, hasta cómo funcionan los seres vivos, por qué enferman y mueren o por qué hay tal diversidad de ellos. Y durante esos miles de años que llevamos aprendiendo han surgido incontables teorías que han ido perfeccionándose o que han sido descartadas cuando se ha encontrado una explicación mejor, que predijera más fenómenos o los mismos, pero con mayor precisión.
Un clarísimo ejemplo de una de estas teorías es la de la gravitación universal, de Newton, que a principios del siglo XX fue sustituida por la más completa, precisa y “correcta” (entrecomillamos este término porque tiene muchos matices, que tal vez se escapan de la intención de este artículo) teoría de la relatividad general, de Einstein. Ambas describen la gravedad, la atracción gravitatoria entre diferentes cuerpos, pero la teoría de Einstein predice sus consecuencias con mayor precisión. Esto se demostró al poco de que se formulara dicha teoría, midiendo la desviación de la luz proveniente de estrellas lejanas cuando esta pasaba cerca del Sol, o midiendo la precesión de la órbita de Mercurio alrededor del astro rey. Ambas teorías eran capaces de explicar estos fenómenos y de predecir cómo de importantes debían ser, pero era la teoría de Einstein la que más concordaba con la realidad, con las mediciones de nuestros experimentos. Por tanto, la relatividad general sustituyó a la gravitación universal.
Algo similar ocurrió más o menos a la vez. La mecánica cuántica, desarrollada también a principios del siglo XX, fue capaz de explicar conceptos y observaciones que no se comprendían con ninguna otra teoría de la época, de forma que esta nueva física sustituyó a la física clásica. La física cuántica realmente no es una sola teoría concreta que aplique a una parte de la física, sino que es un conjunto de herramientas con las que construir teorías, por lo que lo que fue sustituido fueron estas herramientas.
A día de hoy estas dos teorías trabajan codo con codo para ayudarnos a entender el universo que habitamos. La teoría cuántica de campos por ejemplo es el resultado de unir mecánica cuántica con relatividad especial, y en nuestros modelos cosmológicos tenemos en cuenta predicciones de la relatividad general pero también de las diferentes teorías que utilizan la teoría cuántica de campos para describir cómo interaccionan las partículas fundamentales.
Sin embargo, aunque estas teorías sean de las más precisas que haya dado la ciencia, llegando a predecir algunas propiedades de, por ejemplo, el electrón con precisión en la billonésima parte, existe aún algunas discrepancias entre observaciones experimentales y predicciones teóricas que no son capaces de resolver. Una es el conocido como “problema de la constante cosmológica”, que es considerado como uno de los mayores errores de la historia de la física.
La constante cosmológica es un concepto introducido por Einstein al poco de proponer su teoría de la Relatividad General, que serviría para contrarrestar la gravedad y crear un universo estático, que ni se expandiera ni se contrajera, pues esa era la concepción del universo que se tenía en aquel momento. Algo más de una década después Edwin Hubble mostró que realmente el universo se expandía, pues midió cómo las galaxias se alejaban de la Vía Láctea y que además lo hacían con una velocidad proporcional a la distancia que nos separaba. Tras este descubrimiento Einstein descartó su constante cosmológica pero unas seis décadas más tarde hubo que recuperarla con el descubrimiento de que el universo se expande aceleradamente. En la actualidad la responsable de esta expansión acelerada sería lo que llamamos “energía oscura”, cuya forma más simple sería la de una constante cosmológica.
Desde la teoría cuántica de campos se entiende a esta constante como la energía del espacio vacío. Los diferentes campos que representarían a las diferentes partículas y las interacciones que las gobiernan permearían todo el espacio, concentrándose en aquellos puntos donde clásicamente diríamos que hay una partícula. Todos estos campos tendrían fluctuaciones que contribuirían a la energía de una región del espacio. Aunque estas cambien con el tiempo y sean diferentes para cada campo, se puede calcular una especie de contribución media, que nos daría la energía correspondiente a cada punto del espacio que consideramos vacío. La predicción teórica a la que llegamos de esta forma es un valor 120 órdenes de magnitud mayor que la medida experimental de la energía del vacío. Es decir, el resultado teórico tiene 120 ceros más que el resultado experimental. Una discrepancia así es en principio irreconciliable.
Aunque algunos cálculos modernos sean capaces de reducir esta diferencia a los aproximadamente 60 órdenes de magnitud, con consideraciones más precisas, es evidente que hay algo que no estamos teniendo en cuenta. Es por esto mismo que a esta diferencia se la conoce como uno de los mayores problemas de la física actual.