Se supone que es la forma de materia más común del universo, pero nadie la ha visto nunca.
Hace más de 50 años que los astrónomos propusieron por primera vez la «materia oscura», que se cree que es la forma más común de la materia en el universo. A pesar de ello, no tenemos ni idea de lo que es: nadie la ha visto directamente ni la ha producido en el laboratorio.
Entonces, ¿cómo pueden los científicos estar tan seguros de que existe? ¿Deberían estarlo? Resulta que la filosofía puede ayudarnos a responder a estas preguntas.
En la década de 1970, un estudio fundamental de los astrónomos Vera Rubin y Kent Ford sobre la rotación de nuestra galaxia vecina, Andrómeda, reveló una sorprendente incoherencia entre la teoría y la observación.
Según nuestra mejor teoría gravitacional para estas escalas -las leyes de Newton-, las estrellas y el gas de una galaxia deberían girar cada vez más lentamente cuanto más se alejan del centro de la galaxia. Esto se debe a que la mayoría de las estrellas se encuentran cerca del centro, creando una fuerte fuerza gravitatoria en él.
El resultado de Rubin y Ford demostró que éste no era el caso. Las estrellas del borde exterior de la galaxia se movían con la misma rapidez que las estrellas del centro.
Para explicar esta anomalía se propuso básicamente la idea de que la galaxia debe estar incrustada en un gran halo de materia oscura (aunque otros lo habían sugerido anteriormente). Esta masa invisible interactúa con las estrellas exteriores a través de la gravedad para impulsar sus velocidades.
Éste es sólo un ejemplo de varias anomalías en las observaciones cosmológicas. Sin embargo, la mayoría de ellas pueden explicarse igualmente modificando las actuales leyes gravitatorias de la dinámica newtoniana y la teoría de la relatividad general de Einstein. ¿Quizás la naturaleza se comporta de forma ligeramente diferente a ciertas escalas de lo que predicen estas teorías?
Una de las primeras teorías de este tipo, desarrollada por el físico israelí Mordehai Milgrom en 1983, sugería que las leyes newtonianas podrían funcionar de forma ligeramente diferente cuando hay una aceleración extremadamente pequeña, como en el borde de las galaxias. Este ajuste era perfectamente compatible con la rotación galáctica observada.
Sin embargo, los físicos actuales se inclinan mayoritariamente por la hipótesis de la materia oscura incorporada en el llamado modelo CDM (Lambda Cold Dark Matter).
Este punto de vista está tan fuertemente arraigado en la física que es ampliamente conocido como el «modelo estándar de la cosmología». Sin embargo, si las dos teorías competidoras de la materia oscura y la gravedad modificada pueden explicar por igual la rotación galáctica y otras anomalías, cabe preguntarse si tenemos buenas razones para preferir una sobre otra.
¿Por qué la comunidad científica prefiere la explicación de la materia oscura a la de la gravedad modificada?
¿Y cómo podemos decidir cuál de las dos explicaciones es la correcta?
La filosofía al rescate
Este es un ejemplo de lo que los filósofos llaman «infradeterminación de la teoría científica» por las pruebas disponibles. Esto describe cualquier situación en la que las pruebas disponibles pueden ser insuficientes para determinar qué creencias debemos mantener en respuesta a ellas. Es un problema que ha desconcertado a los filósofos de la ciencia durante mucho tiempo.
En el caso de la extraña rotación de las galaxias, los datos por sí solos no pueden determinar si las velocidades observadas se deben a la presencia de materia adicional inobservable o al hecho de que nuestras leyes gravitatorias actuales son incorrectas.
Por ello, los científicos buscan datos adicionales en otros contextos que acaben resolviendo la cuestión.
Uno de estos ejemplos a favor de la materia oscura procede de las observaciones sobre cómo se distribuye la materia en el cúmulo de galaxias Bullet, formado por dos galaxias que colisionan a unos 3.800 millones de años luz de la Tierra.
Otra se basa en las mediciones de cómo la luz es desviada por la materia (invisible) en el fondo cósmico de microondas, la luz sobrante del big bang. A menudo se consideran pruebas indiscutibles a favor de la materia oscura, ya que la teoría inicial de Milgrom no puede explicarlas.
Sin embargo, tras la publicación de estos resultados, en las últimas décadas se han desarrollado otras teorías de la gravedad modificada para dar cuenta de todas las pruebas observacionales de la materia oscura, a veces con gran éxito. Sin embargo, la hipótesis de la materia oscura sigue siendo la explicación favorita de los físicos. ¿Por qué?
Una forma de entenderlo es emplear las herramientas filosóficas de la teoría de la confirmación bayesiana. Se trata de un marco probabilístico para estimar el grado en que las hipótesis son apoyadas por las pruebas disponibles en diversos contextos.
En el caso de dos hipótesis que compiten entre sí, lo que determina la probabilidad final de cada hipótesis es el producto del cociente entre las probabilidades iniciales de las dos hipótesis (antes de las pruebas) y el cociente de las probabilidades de que las pruebas aparezcan en cada caso (llamado cociente de probabilidad).
Si aceptamos que las versiones más sofisticadas de la gravedad modificada y de la teoría de la materia oscura están igualmente respaldadas por las pruebas, entonces el cociente de probabilidad es igual a uno. Esto significa que la decisión final depende de las probabilidades iniciales de estas dos hipótesis.
Determinar qué es exactamente lo que cuenta como «probabilidad inicial» de una hipótesis, y las posibles formas de determinar dichas probabilidades, sigue siendo uno de los retos más difíciles de la teoría bayesiana de la confirmación. Y es aquí donde el análisis filosófico resulta útil.
En el centro de la literatura filosófica sobre este tema se encuentra la cuestión de si las probabilidades iniciales de las hipótesis científicas deben determinarse objetivamente basándose únicamente en leyes probabilísticas y restricciones racionales.
También pueden intervenir una serie de factores adicionales, como consideraciones psicológicas (si los científicos se inclinan por una determinada hipótesis por interés o por razones sociológicas o políticas), conocimientos previos, el éxito de una teoría científica en otros ámbitos, etc.
La identificación de estos factores nos ayudará, en última instancia, a entender las razones por las que la teoría de la materia oscura es favorecida de forma abrumadora por la comunidad de físicos.
En última instancia, la filosofía no puede decirnos si los astrónomos tienen razón o no sobre la existencia de la materia oscura.
Pero sí puede decirnos si los astrónomos tienen buenas razones para creer en ella, cuáles son esas razones y qué haría falta para que la gravedad modificada se hiciera tan popular como la materia oscura.
Todavía no sabemos las respuestas exactas a estas preguntas, pero estamos trabajando en ello.
Más investigación en filosofía de la ciencia nos dará un mejor veredicto.
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