Las sutilezas de la ciencia

La ciencia suele avanzar a través de un esfuerzo continuado por encontrar modelos matemáticos teóricos que expliquen realidades físicas. En general, el camino no es fácil y requiere un proceso iterativo desde el científico teórico, que diseña el modelo que debe explicar el fenómeno, al investigador que al aplicar el modelo a la realidad encuentra desajustes difíciles de encajar. Con el resultado de los experimentos, el científico teórico puede modificar el modelo para que se ajuste más a la realidad que comprobará con sus experimentos el científico experimental. Y así sucesivamente.

La historia de los descubrimientos científicos está plagada de estos procesos iterativos, que en muchos casos han durado siglos, y que han permitido el enunciado de las leyes que integran los diferentes tratados de ciencias naturales. Recordemos las dificultades de Ptolomeo al intentar explicar el movimiento de los astros por considerar la Tierra en una posición fija. Fue preciso que Copérnico propusiera el movimiento de ésta alrededor del Sol para que posteriormente, con la ley de la gravedad de Newton, Laplace desarrollara el modelo matemático teórico que permite determinar con precisión la posición y movimiento de los astros. Sin este modelo sería muy difícil controlar las naves y satélites artificiales.

En muchos casos, posiblemente en la mayoría de ellos, los desajustes de la realidad física respecto del modelo teórico son muy difíciles de percibir, son simplemente una sutileza, un orden de magnitud casi despreciable. Pero precisamente en esta dificultad, en esta sutileza, es donde radica la grandeza de la ciencia. Los seres humanos hemos tenido la suerte de poder reflexionar, de buscar explicación a las dificultades y finalmente encontrar la ley que invariablemente nos explique el fenómeno, siempre que éste aparezca.

Un ejemplo de sutileza experimental hasta ahora inexplicable, que podría requerir una modificación de la ley de la gravedad de Newton, lo encontró un grupo de científicos (Anderson, Laing, Lau, Turyshev) del Jet Propulsion Laboratory, JPL, de California, al estudiar en detalle los datos Doppler de las sondas Pioneer 10 y 11 que fueron lanzadas hace unos treinta años (1972 y 1973) y van alejándose del sistema solar en trayectorias espirales. La Pioneer 10 está a una distancia de unos 12.000 millones de kilómetros, y envía una señal de unos 8 vatios, que no podría encender ni una linterna de bolsillo. Esta señal tarda unas 12 horas en llegar a la Tierra a la velocidad de la luz.

El cálculo preciso de la órbita de una nave espacial debe tener en cuenta, además de las fuerzas debidas a los campos gravitatorios, fuerzas de origen no gravitatorio tales como la presión del viento solar o las fuerzas producidas por los generadores interiores de la nave. Usando los datos de las Pioneer 10 y 11, el grupo de científicos del JPL ha mantenido un cálculo preciso de las trayectorias de las dos sondas. Pero a principios de los años ochenta, cuando la presión solar sobre estas naves era despreciable, estos científicos identificaron una diminuta fuerza inexplicable que mantenía una ligerísima aceleración constante hacia el Sol. Las sondas Pioneer son como peonzas que se estabilizan por rotación sobre un eje, no requieren de ningún reactor de gas para estabilizarse; solo el pequeño generador de plutonio, que le ha suministrado estos pocos 8 vatios durante los 30 años de su existencia, puede tener alguna intervención activa en esta anomalía sutil.

Después de tantos años de cálculo y de haber tenido en cuenta todas las posibles anomalías, han llegado a la conclusión de que aún hay una inexplicable aceleración anómala en la sondas, muy sutil, del orden de ¡una cien millonésima! de centímetro por segundo al cuadrado. Los científicos han sugerido unas cuantas explicaciones a esta anomalía entre las que destacan dos. Quizá una fuerza desconocida de origen cosmológico. También puede especularse con una Dinámica Newtoniana Modificada, como propuso hace años Mordehai Milgrom, en la que la fuerza gravitatoria modifica su ley a gran distancia: en lugar de decrecer inversamente proporcional al cuadrado de la distancia puede que sólo disminuya inversamente proporcional a estas largas distancias. ¿Tendremos que modificar la Ley de Newton para los futuros viajes interestelares?

Andrés Ripoll es académico de la Academia de Ingeniería y de la International Academy of Astronautics.