Una crisis en cosmología puede significar que realmente existen dimensiones ocultas

El año pasado, los cosmólogos que trabajan en el Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI) informaron de indicios de que la misteriosa energía oscura que se cree que impulsa la expansión del universo puede estar debilitándose con el tiempo. Si estos sorprendentes hallazgos resultan correctos, entonces la energía oscura no puede ser una constante cosmológica (un término fijo en nuestras ecuaciones que representa la energía del espacio vacío) después de todo. Cuando estalló esta bomba, la mayor parte de los rumores se centraron en lo que eso significa para el modelo estándar de cosmología, conocido como lambda-CDM, nuestro mejor intento de explicar la evolución del universo.

Si los resultados se confirman, es posible que finalmente tengamos las pistas necesarias para construir una teoría mejor. Los investigadores ya están ocupados intentando repensar la energía oscura, y posiblemente también la materia oscura y la gravedad.

Pero si la fuerza de la energía oscura realmente disminuye a lo largo del tiempo cósmico, las implicaciones podrían ser mucho más amplias y profundas. Más amplio, en el sentido de que podría proporcionar un nuevo impulso a los defensores de cosmologías alternativas que cambien nuestra comprensión del destino del universo. Y más profundo, porque incluso podría estarnos diciendo algo profundo sobre la estructura más profunda del espacio-tiempo. “Ciertamente existen posibilidades muy, muy interesantes para cambiar gran parte de la física”, dice Eric Linder, físico y cosmólogo de la Universidad de California, Berkeley.

Según lambda-CDM, en sus primeros momentos, el universo experimentó un período de expansión exponencial de una fracción de segundo. Esta explicación, conocida como inflación, parece proporcionar una razón de por qué el universo es tan liso, plano y homogéneo en sus mayores escalas. Pero la inflación tiene sus críticos, el más destacado de ellos Paul Steinhardt, físico de la Universidad de Princeton. “La inflación no funciona”, dice sin rodeos, añadiendo que requiere condiciones iniciales poco probables, es demasiado flexible y conduce a un escenario multiverso que muchos consideran inverosímil.

Un universo cíclico

Steinhardt ha defendido durante mucho tiempo una hipótesis alternativa conocida como universo cíclico, en el que el universo se expande, contrae y rebota sin cesar. Sin embargo, para que estos modelos funcionen, la energía oscura tiene que evolucionar.

“Debe ser algún tipo de energía oscura en descomposición que deja de acelerar la expansión del universo, comienza a desacelerarla y finalmente causa una contracción, lo que lleva a un rebote y un nuevo ciclo”, dice Steinhardt. Al menos la primera parte de esto –que la aceleración de la expansión se está desacelerando– es precisamente lo que parecemos estar viendo con los datos de DESI.

Esto no quiere decir que los resultados de DESI proporcionen evidencia de cosmologías cíclicas. Es posible que aún encontremos errores sistémicos en las mediciones y análisis, y es muy posible que la energía oscura se debilite sin producir nunca una contracción o un rebote. Sin embargo, si los indicios de energía oscura en descomposición se confirman, eso daría crédito al argumento de larga data de Steinhardt. “Tiendo a ser muy conservador y muy paciente”, dice. “Lo que yo diría, sin embargo, es que ahora el juego está en marcha”.

Lo mismo podría decirse de otra idea controvertida que ha recibido un impulso gracias a los resultados de DESI. En términos generales, la teoría de cuerdas dice que, en última instancia, todo está hecho de cuerdas cada vez más pequeñas, compactadas en dimensiones adicionales ocultas, cuyas vibraciones se manifiestan como las diversas partículas y fuerzas que discernimos. Saltó a la fama en la década de 1980 porque parecía ofrecer una ruta hacia una teoría de la gravedad cuántica, reconciliando la teoría cuántica y la relatividad general en lo que algunos llaman una teoría del todo.

Pero los teóricos de cuerdas han luchado durante mucho tiempo por construir modelos del universo con una constante cosmológica pequeña y positiva. En una serie de artículos publicados en 2018 y 2019, el físico teórico Cumrun Vafa de la Universidad de Harvard y sus colegas se basaron en un conjunto de propuestas conocidas como conjeturas de Swampland, cuyo objetivo es distinguir las teorías de partículas, fuerzas y espacio-tiempo que pueden surgir de una teoría consistente de la gravedad cuántica de aquellas que no pueden surgir. Utilizando este marco, sugirieron que la energía oscura no puede ser una constante cosmológica, sino que debe ser una especie de campo (similar al que se cree que impulsó la inflación) cuya energía cambia con el tiempo.

En ese momento, tal propuesta entraba en conflicto con la creencia arraigada de que la energía oscura se mantuvo igual durante el tiempo cósmico. “La gente decía: ‘La teoría de cuerdas está descartada porque la energía oscura es una constante’”, dice Vafa.

Dimensiones ocultas

Pero él y sus colegas persistieron. En 2022, propusieron un modelo en el que el espacio-tiempo tiene una gran dimensión adicional oculta, posiblemente tan grande como un micrómetro, cuyo tamaño cambia gradualmente a lo largo del tiempo cósmico. A medida que cambia la geometría de esta dimensión, también cambia la cantidad de energía en el universo que observamos. Los investigadores argumentaron que esto se manifestaría como una energía oscura que se debilita lentamente. “No hay nada exótico [here] “Desde la perspectiva de la teoría de cuerdas”, dice Vafa, “la dimensión extra está cambiando y tanto la energía oscura como la materia oscura están respondiendo a ella”.

Es fácil ver por qué los resultados de DESI son intrigantes para los teóricos de cuerdas: Vafa y sus colegas habían predicho que la energía oscura debería debilitarse gradualmente, y ahora eso parece ser lo que estamos viendo. De hecho, cuando Vafa y su equipo analizaron los datos DESI combinados con otros conjuntos de datos cosmológicos en 2025, descubrieron que su modelo se ajusta mucho mejor que lambda-CDM y tan bien como los mejores modelos convencionales que permiten que evolucione la energía oscura. La diferencia aquí, dice, es que su modelo incluye una explicación física de lo que estamos viendo. “Por eso estoy tan emocionado”, dice. “Es muy satisfactorio”.

Para ser claros, los resultados de DESI no ofrecen evidencia concreta para la teoría de cuerdas. Para empezar, el grado en que prefieren la energía oscura en evolución a una constante cosmológica todavía depende de con qué otros conjuntos de datos cosmológicos se combinan. Es más, los modelos no fibrosos que no invocan dimensiones adicionales ocultas se ajustan igualmente bien a los datos existentes.

Pero si asumimos por un momento que los datos DESI se mantienen y la significancia estadística crece hasta el nivel de descubrimiento, la evidencia de debilitamiento no sólo eliminaría un obstáculo empírico a la teoría de cuerdas, sino que también debilitaría el argumento de que la teoría de cuerdas no ofrece predicciones comprobables. “Se nos ocurrió este modelo hace años”, dice Vafa. “Ahora lo están observando y se ve exactamente como esperábamos”.

Sin embargo, para hacer realidad la idea de que esto podría proporcionar evidencia observacional en apoyo de la teoría de cuerdas, teóricos como Vafa tendrían que construir un modelo más nítido que haga predicciones más precisas, distintas de las alternativas no fibrosas, y demostrar que se ajusta mejor a toda la gama de datos cosmológicos que otras opciones. Curiosamente, el marco ya sugiere firmas comprobables adicionales, incluidas desviaciones de la imagen estándar de cómo evoluciona la materia oscura y desviaciones de la relatividad general a escalas micrométricas.

Algunos cosmólogos no están convencidos de que los resultados de DESI tengan alguna relación con la física fundamental, incluso si se confirman. “La energía oscura opera a determinadas escalas y de eso es de lo que podemos hablar”, afirma Pedro Ferreira, cosmólogo y astrofísico de la Universidad de Oxford. “[When it comes to] Lo que sucede a niveles cuánticos, no creo que podamos llegar allí”.

Pero otros están abiertos a la posibilidad de que estos indicios puedan tener repercusiones mucho más allá de la cosmología, sobre todo porque podrían darnos una primera visión de la profunda estructura cuántica del espacio-tiempo. “Lo que se le ocurrió a Cumrun Vafa es lo más interesante que he visto”, dice Mike Turner, cosmólogo de la Universidad de Chicago en Illinois. “Aquí es donde se unen la cosmología y la física de partículas. Estamos investigando cosas realmente fundamentales, por lo que los efectos en cadena pueden ser tremendos”.

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