Las grandes incógnitas de la ciencia: 20 preguntas sin resolver

¿De qué está hecho el universo?

LONDRES – Los astrónomos se enfrentan a un embarazoso enigma: no saben de qué está hecho el 95 por ciento del universo. Los átomos, que forman todo lo que vemos a nuestro alrededor, sólo representan un mísero 5 por ciento. En los últimos 80 años ha quedado claro que el resto está compuesto por dos entidades oscuras: la materia y la energía oscuras. La primera, descubierta por primera vez en 1933, actúa como un pegamento invisible que une las galaxias y los cúmulos de galaxias. La segunda, descubierta en 1998, impulsa la expansión del universo a velocidades cada vez mayores. Los astrónomos se están acercando a la verdadera identidad de estos intrusos invisibles.

¿Cómo empezó la vida?

Hace cuatro mil millones de años, algo empezó a agitarse en la sopa primordial. Unas cuantas sustancias químicas simples se juntaron y dieron lugar a la biología: aparecieron las primeras moléculas capaces de replicarse. Los seres humanos estamos vinculados por la evolución a esas primeras moléculas biológicas. Pero, ¿cómo se organizaron espontáneamente las sustancias químicas básicas presentes en la Tierra primitiva para formar algo parecido a la vida? ¿Cómo se obtuvo el ADN? ¿Qué aspecto tenían las primeras células? Más de medio siglo después de que el químico Stanley Miller propusiera su teoría de la «sopa primordial», seguimos sin ponernos de acuerdo sobre lo que ocurrió. Algunos dicen que la vida comenzó en piscinas calientes cerca de los volcanes, otros que fue iniciada por meteoritos que golpearon el mar.

¿Estamos solos en el universo?

Tal vez no. Los astrónomos han estado rastreando el universo en busca de lugares donde los mundos acuáticos podrían haber dado lugar a la vida, desde Europa y Marte en nuestro sistema solar hasta planetas a muchos años luz de distancia. Los radiotelescopios han estado espiando los cielos y en 1977 se escuchó una señal que podría ser un mensaje alienígena. Los astrónomos son ahora capaces de escanear las atmósferas de los mundos extraterrestres en busca de oxígeno y agua. Las próximas décadas serán apasionantes para los cazadores de extraterrestres, ya que sólo en la Vía Láctea hay 60.000 millones de planetas potencialmente habitables.

¿Qué nos hace humanos?

No basta con mirar el ADN: el genoma humano es idéntico en un 99% al de un chimpancé y, por tanto, en un 50% al de un plátano. Sin embargo, tenemos un cerebro más grande que el de la mayoría de los animales: no es el más grande, pero tiene tres veces más neuronas que un gorila (86.000 millones para ser exactos). Muchas de las cosas que antes creíamos que nos distinguían -el lenguaje, el uso de herramientas, reconocerse en el espejo- se ven en otros animales. Quizá sea nuestra cultura -y su posterior efecto en nuestros genes (y viceversa)- lo que marca la diferencia. Los científicos creen que la cocina y nuestro dominio del fuego pueden habernos ayudado a tener un cerebro grande. Pero es posible que nuestra capacidad de cooperación y comercio de habilidades sea lo que realmente hace que este sea un planeta de humanos y no de simios.

¿Qué es la conciencia?

Aún no estamos realmente seguros. Sabemos que tiene que ver con diferentes regiones del cerebro conectadas entre sí, más que con una sola parte del cerebro. La idea es que si averiguamos qué partes del cerebro están implicadas y cómo funcionan los circuitos neuronales, averiguaremos cómo surge la conciencia, algo a lo que pueden ayudar la inteligencia artificial y los intentos de construir un cerebro neurona por neurona. La pregunta más difícil, más filosófica, es por qué algo debería ser consciente en primer lugar.

Una buena sugerencia es que al integrar y procesar mucha información, así como al concentrarse y bloquear en lugar de reaccionar a las entradas sensoriales que nos bombardean, podemos distinguir entre lo que es real y lo que no lo es e imaginar múltiples escenarios futuros que nos ayudan a adaptarnos y sobrevivir.

¿Por qué soñamos?

Pasamos alrededor de un tercio de nuestras vidas durmiendo. Teniendo en cuenta el tiempo que pasamos haciéndolo, se podría pensar que lo sabemos todo sobre ello. Pero los científicos siguen buscando una explicación completa de por qué dormimos y soñamos. Los partidarios de Sigmund Freud creían que los sueños eran expresiones de deseos insatisfechos -a menudo sexuales-, mientras que otros se preguntan si los sueños son algo más que los disparos aleatorios de un cerebro dormido.

Los estudios con animales y los avances en las imágenes cerebrales nos han llevado a una comprensión más compleja que sugiere que el sueño podría desempeñar un papel en la memoria, el aprendizaje y las emociones. Se ha demostrado, por ejemplo, que las ratas reproducen sus experiencias de vigilia en sueños, lo que aparentemente les ayuda a resolver tareas complejas como la navegación por laberintos.

¿Por qué hay cosas?

Realmente no deberías estar aquí. La «materia» de la que estás hecho es la materia, que tiene una contrapartida llamada antimateria que sólo se diferencia en la carga eléctrica. Cuando se encuentran, ambas desaparecen en un destello de energía.

Nuestras mejores teorías sugieren que el big bang creó cantidades iguales de las dos, lo que significa que toda la materia debería haber encontrado desde entonces su contraparte de antimateria, desechando a ambas y dejando el universo inundado sólo de energía. Está claro que la naturaleza tiene un sutil sesgo a favor de la materia, de lo contrario no existiría. Los investigadores están examinando los datos del Gran Colisionador de Hadrones para tratar de entender por qué, siendo la supersimetría y los neutrinos los dos principales contendientes.

¿Existen otros universos?

Nuestro universo es un lugar muy improbable. Si se alteran algunos de sus parámetros, aunque sea ligeramente, la vida tal y como la conocemos se vuelve imposible. En un intento de desentrañar este problema de «ajuste fino», los físicos recurren cada vez más a la noción de otros universos. Si hay un número infinito de ellos en un «multiverso», entonces todas las combinaciones de configuraciones se reproducirían en algún lugar y, por supuesto, uno se encuentra en el universo en el que puede existir. Puede parecer una locura, pero las pruebas de la cosmología y la física cuántica apuntan en esa dirección.

¿Dónde ponemos todo el carbono?

Durante los últimos doscientos años, hemos estado llenando la atmósfera de dióxido de carbono, liberándolo mediante la quema de combustibles fósiles que antes encerraban el carbono bajo la superficie de la Tierra. Ahora tenemos que devolver todo ese carbono, o arriesgarnos a las consecuencias del calentamiento del clima. ¿Pero cómo lo hacemos? Una idea es enterrarlo en antiguos yacimientos de petróleo y gas. Otra es esconderlo en el fondo del mar. Pero no sabemos cuánto tiempo permanecerá allí, ni cuáles son los riesgos. Mientras tanto, tenemos que proteger los almacenes naturales de carbono de larga duración, como los bosques y las turberas, y empezar a producir energía de una manera que no arroje aún más.

¿Cómo podemos obtener más energía del sol?

La disminución de las reservas de combustibles fósiles significa que necesitamos una nueva forma de alimentar nuestro planeta. Nuestra estrella más cercana ofrece más de una solución posible. Ya estamos aprovechando la energía del sol para producir energía solar. Otra idea es utilizar la energía de la luz solar para dividir el agua en sus componentes: oxígeno e hidrógeno, lo que podría proporcionar un combustible limpio para los coches del futuro. Los científicos también están trabajando en una solución energética que depende de la recreación de los procesos que tienen lugar dentro de las propias estrellas: están construyendo una máquina de fusión nuclear. La esperanza es que estas soluciones puedan satisfacer nuestras necesidades energéticas.

¿Qué tienen de raro los números primos?

El hecho de que puedas comprar con seguridad en Internet es gracias a los números primos: esos dígitos que sólo pueden dividirse por sí mismos y por uno. La encriptación de clave pública -el corazón del comercio por Internet- utiliza números primos para crear claves capaces de proteger tu información sensible de miradas indiscretas. Sin embargo, a pesar de su importancia fundamental para nuestra vida cotidiana, los números primos siguen siendo un enigma. Un patrón aparente en ellos -la hipótesis de Riemann- ha tentado a algunas de las mentes más brillantes de las matemáticas durante siglos. Sin embargo, hasta ahora nadie ha sido capaz de domar su rareza. Hacerlo podría romper Internet.

¿Cómo vencer a las bacterias?

Los antibióticos son uno de los milagros de la medicina moderna. El descubrimiento de Sir Alexander Fleming, galardonado con el premio Nobel, dio lugar a medicamentos que combatieron algunas de las enfermedades más mortales e hicieron posible la cirugía, los trasplantes y la quimioterapia. Sin embargo, este legado está en peligro: en Europa mueren cada año unas 25.000 personas por bacterias multirresistentes. Nuestro proceso de producción de fármacos lleva décadas en punto muerto y hemos agravado el problema con la prescripción excesiva y el mal uso de los antibióticos: se calcula que el 80% de los antibióticos en Estados Unidos se destina a potenciar el crecimiento de los animales de granja. Afortunadamente, la llegada de la secuenciación del ADN nos está ayudando a descubrir antibióticos que no sabíamos que podían producir las bacterias. Junto con métodos innovadores, aunque suenen asquerosos, como el trasplante de bacterias «buenas» a partir de materia fecal, y la búsqueda de nuevas bacterias en las profundidades de los océanos, es posible que nos mantengamos al día en esta carrera armamentística con organismos 3.000 millones de años mayores que nosotros.

¿Pueden los ordenadores seguir siendo más rápidos?

Nuestras tabletas y teléfonos inteligentes son miniordenadores que contienen más potencia de cálculo que la que los astronautas llevaron a la luna en 1969. Pero si queremos seguir aumentando la cantidad de potencia de cálculo que llevamos en el bolsillo, ¿cómo vamos a hacerlo? Hay un número limitado de componentes que se pueden meter en un chip de ordenador. ¿Se ha alcanzado el límite o hay otra forma de hacer un ordenador? Los científicos están estudiando nuevos materiales, como el carbono atómicamente fino -el grafeno-, así como nuevos sistemas, como la computación cuántica.

¿Curaremos alguna vez el cáncer?

La respuesta corta es no. El cáncer, que no es una enfermedad aislada, sino un grupo de cientos de enfermedades, existe desde los dinosaurios y, al estar causado por genes malignos, el riesgo está grabado en todos nosotros. Cuanto más vivamos, más probable será que algo vaya mal, de cualquier manera. Porque el cáncer es un ser vivo que evoluciona constantemente para sobrevivir.

Aunque es increíblemente complicado, gracias a la genética estamos aprendiendo cada vez más sobre sus causas, cómo se propaga y mejorando su tratamiento y prevención. Y sepa esto: hasta la mitad de los cánceres -3,7 millones al año- se pueden prevenir; deje de fumar, beba y coma con moderación, manténgase activo y evite la exposición prolongada al sol del mediodía.

¿Cuándo podré tener un robot mayordomo?

Los robots ya pueden servir bebidas y llevar maletas. La robótica moderna puede ofrecernos una «plantilla» de robots especializados individualmente: preparan tus pedidos de Amazon para la entrega, ordeñan tus vacas, clasifican tu correo electrónico y te transportan entre terminales de aeropuerto. Pero un robot verdaderamente «inteligente» requiere que descifremos la inteligencia artificial. La verdadera cuestión es si dejarías a un mayordomo robótico solo en casa con tu abuela. Y dado que Japón pretende tener ayudantes robóticos que cuiden de sus ancianos en 2025, nos lo estamos pensando mucho.

¿Qué hay en el fondo del océano?

El 95% del océano está sin explorar. ¿Qué hay ahí abajo? En 1960, Don Walsh y Jacques Piccard viajaron siete millas abajo, a la parte más profunda del océano, en busca de respuestas. Su viaje superó los límites del esfuerzo humano, pero sólo les permitió vislumbrar la vida en el fondo marino. Es tan difícil llegar al fondo del océano que en la mayoría de los casos tenemos que recurrir a enviar vehículos no tripulados como exploradores.

Los descubrimientos que hemos hecho hasta ahora -desde peces extraños como el barreleye, con su cabeza transparente, hasta un posible tratamiento para el Alzheimer hecho por crustáceos- son una pequeña fracción del extraño mundo que se esconde bajo las olas.

¿Qué hay en el fondo de un agujero negro?

Es una pregunta para la que aún no tenemos las herramientas necesarias. La relatividad general de Einstein dice que cuando un agujero negro es creado por una estrella masiva moribunda y en colapso, continúa derrumbándose hasta formar un punto infinitamente pequeño e infinitamente denso llamado singularidad.

Pero en tales escalas la física cuántica probablemente también tiene algo que decir. Sólo que la relatividad general y la física cuántica nunca han sido los compañeros de cama más felices: durante décadas han resistido todos los intentos de unificarlas. Sin embargo, una idea reciente -llamada teoría M- podría explicar algún día el centro invisible de una de las creaciones más extremas del universo.

¿Podemos vivir para siempre?

Vivimos en una época sorprendente: estamos empezando a pensar en el «envejecimiento» no como un hecho de la vida, sino como una enfermedad que puede ser tratada y posiblemente prevenida, o al menos aplazada durante mucho tiempo. Nuestros conocimientos sobre lo que nos hace envejecer -y lo que permite que algunos animales vivan más que otros- se están ampliando rápidamente.

Y aunque aún no hemos resuelto todos los detalles, las pistas que estamos reuniendo sobre el daño del ADN, el equilibrio del envejecimiento, el metabolismo y la aptitud reproductiva, además de los genes que lo regulan, están completando un panorama más amplio, que podría conducir a tratamientos farmacológicos.

Pero la verdadera cuestión no es cómo vamos a vivir más tiempo, sino cómo vamos a vivir bien más tiempo. Y puesto que muchas enfermedades, como la diabetes y el cáncer, son enfermedades del envejecimiento, tratar el propio envejecimiento podría ser la clave.

¿Cómo resolvemos el problema de la población?

El número de personas en nuestro planeta se ha duplicado hasta superar los 7.000 millones desde la década de 1960 y se espera que en 2050 seamos al menos 9.000 millones. ¿Dónde vamos a vivir todos y cómo vamos a producir suficiente comida y combustible para nuestra creciente población? Quizá podamos enviar a todo el mundo a Marte o empezar a construir bloques de apartamentos bajo tierra. Incluso podríamos empezar a alimentarnos con carne cultivada en laboratorios. Estas soluciones pueden sonar a ciencia ficción, pero quizá debamos empezar a tomarlas más en serio.

¿Es posible viajar en el tiempo?

Los viajeros del tiempo ya caminan entre nosotros. Gracias a la teoría de la relatividad especial de Einstein, los astronautas que orbitan en la Estación Espacial Internacional experimentan el paso del tiempo más lentamente. A esa velocidad el efecto es minúsculo, pero si se aumenta la velocidad el efecto significa que un día los humanos podrían viajar miles de años al futuro. Parece que a la naturaleza no le gusta que la gente vaya en sentido contrario y regrese al pasado, pero algunos físicos han ideado un elaborado plan para hacerlo mediante agujeros de gusano y naves espaciales. Incluso podría utilizarse para entregarse un regalo el día de Navidad, o para responder a algunas de las muchas preguntas que rodean a las grandes incógnitas del universo.

«Las grandes preguntas de la ciencia: La búsqueda para resolver las grandes incógnitas», está publicado por Andre Deutsch.