La «Máquina de Dios» en el sótano de Durham

Durante setenta y dos millones de horas, una supercomputadora en un rincón tranquilo del norte de Inglaterra procesó las leyes de la física hasta que escupió un fantasma. No se trató de un error técnico ni de una secuencia aleatoria de números, sino de un reflejo: un universo sintético tan preciso que sus creadores afirman que es indistinguible del que habitamos realmente. Cuando las imágenes finalmente parpadearon en los monitores de la Universidad de Durham, los investigadores no estaban viendo aproximaciones borrosas; estaban observando galaxias que compartían exactamente las luminosidades, los colores y los cúmulos de las estrellas que vemos a través de los telescopios más potentes que existen.

Este no fue un proyecto nacido del deseo de jugar a ser Dios. Fue un intento desesperado por salvar la versión actual de la realidad. Durante el último par de años, el mundo de la cosmología ha estado en un estado de calma tensa. Los datos provenientes del Telescopio Espacial James Webb (JWST) se han comportado de manera extraña, mostrándonos galaxias antiguas que son demasiado grandes y brillantes para que nuestras teorías actuales puedan explicarlas. Algunos físicos habían comenzado a susurrar que nuestro "modelo estándar" del universo estaba roto sin posibilidad de reparación. El proyecto COLIBRE —resultado de un trabajo internacional de diez años— se creó para averiguar si las matemáticas aún son válidas o si necesitamos romper el libro de reglas y empezar de nuevo.

La magnitud del procesamiento de datos involucrado es difícil de comprender sin una cerveza y una calculadora. Para ejecutar la versión más grande de esta simulación, la supercomputadora COSMA8 trabajó durante el equivalente a 8,219 años de la vida de un solo procesador. Si uno intentara hacer esto en una computadora portátil de gama alta para juegos, la máquina probablemente se derretiría en un charco de silicio antes de terminar ni una milmillonésima parte del trabajo. Esta inversión masiva de energía digital fue necesaria porque el equipo decidió dejar de tomar los atajos que han plagado las simulaciones espaciales durante décadas.

El muro de los diez mil grados

Para entender por qué esta simulación es diferente, hay que entender por qué las anteriores eran esencialmente dibujos animados. El espacio es grande, pero también es caótico. Hasta ahora, los astrónomos tenían dificultades para modelar los gases "fríos", cualquier cosa por debajo de los 10,000 grados Fahrenheit. Aunque para un humano eso suene a un horno industrial, en términos cósmicos es prácticamente gélido. Debido a que estos gases fríos y las nubes de polvo que transportan se comportan de maneras increíblemente complejas y turbulentas, las simulaciones anteriores simplemente los eliminaban. Establecían un límite inferior estricto en 10,000 grados y esperaban que los datos faltantes no fueran demasiado importantes.

Carlos Frenk, físico de la Universidad de Durham y uno de los arquitectos principales del proyecto, describió el momento de la finalización como "exhilarante". Una cosa es tener una teoría en papel y otra es ver a una máquina seguir esa teoría y construir una galaxia que luce exactamente como la que ves cuando apuntas un telescopio al cielo. Si la simulación hubiera producido algo diferente —manchas de materia que no se aglomeraban o estrellas que se apagaban demasiado rápido— habría sido el último clavo en el ataúd para nuestra comprensión del cosmos.

Por qué la física enfrentaba una crisis de mediana edad

La tensión que impulsa este proyecto proviene de un conjunto específico de observaciones que han estado rondando los pasillos de la NASA. Cuando el JWST se puso en marcha, comenzó a ver cosas que no debería haber visto: galaxias masivas en el universo muy primitivo. Según el modelo estándar, estas galaxias no deberían haber tenido tiempo suficiente para volverse tan grandes. Era como entrar a una guardería y encontrar a un recién nacido que medía un metro ochenta y era capaz de recitar a Shakespeare. No tenía sentido, y dio lugar a una oleada de titulares que sugerían que el Big Bang nunca ocurrió o que la gravedad funciona de manera diferente a como pensábamos.

Sin embargo, la simulación no solo ofreció consuelo. También destacó un problema evidente y de color rubí que los físicos todavía luchan por explicar. Incluso con 72 millones de horas de potencia de supercomputación, el modelo aún no puede explicar del todo los "pequeños puntos rojos" (Little Red Dots). Se trata de una clase de objetos increíblemente brillantes y compactos descubiertos por el JWST que existieron cuando el universo tenía menos de mil millones de años. Parecen galaxias, pero son demasiado densos y parecen desaparecer a medida que el universo envejece. Son el equivalente cósmico de una historia de fantasmas: están ahí un minuto, desaparecen al siguiente y se niegan a seguir las reglas.

Los compromisos de jugar a ser un dios virtual

Toda simulación es un compromiso entre precisión y escala. Incluso con la potencia de COSMA8, los investigadores tuvieron que tomar decisiones. Pueden modelar un volumen masivo del universo, pero no pueden ver cada guijarro o asteroide individual. Están observando la escala "macro": la forma en que la materia oscura atrae al gas, cómo los agujeros negros en el centro de las galaxias expulsan material de vuelta al espacio y cómo estas fuerzas se equilibran a lo largo de miles de millones de años. Esto es un juego de contabilidad cósmica y, por primera vez, las cuentas parecen finalmente cuadrar.

El verdadero valor de COLIBRE no está solo en demostrar que tenemos razón, sino en darnos un campo de pruebas para ver dónde podríamos estar equivocados. Si queremos saber qué sucede si la materia oscura es "cálida" en lugar de "fría", o si queremos ver cómo un tipo diferente de crecimiento de los agujeros negros afecta la forma de una galaxia espiral, no tenemos que esperar miles de millones de años para realizar un experimento en el mundo real. Solo cambiamos una línea de código y ejecutamos la simulación de nuevo. Es un laboratorio donde la muestra es el universo entero.

También hay un costo humano en este tipo de trabajo que a menudo no se menciona. Una década de la vida de un científico es un precio alto a pagar por una pieza de software. El equipo de Durham y sus socios internacionales pasaron años perfeccionando la física de "sub-red": los detalles minúsculos y granulares que dictan cómo se encienden y mueren las estrellas. Es un trabajo agotador de depuración, pruebas y fracasos, todo para producir un resultado que, si funciona perfectamente, se ve exactamente como lo que ya conocemos. Es la paradoja definitiva de la ciencia: trabajas durante diez años solo para demostrar que el mundo es exactamente como sospechabas que era.

Un universo hecho de matemáticas

Una de las conclusiones más profundas del proyecto COLIBRE es la confirmación de que nuestro universo es fundamentalmente matemático. Hay algo profundamente inquietante —y quizás ligeramente reconfortante— en el hecho de que puedas introducir ecuaciones básicas de gravedad, termodinámica y dinámica de fluidos en una máquina y obtener un "universo" por el otro lado. Esto sugiere que la complejidad que vemos cuando miramos la Vía Láctea no es una casualidad ni un milagro; es una inevitabilidad. Si tienes los ingredientes adecuados y las reglas correctas, las estrellas no tienen más opción que formarse.

Por ahora, el modelo estándar vive para luchar otro día. Sobrevivió al primer contacto con el Telescopio Espacial James Webb, en gran parte gracias al arduo trabajo realizado en ese sótano de Durham. Puede que vivamos en un universo caótico, frío y lleno de polvo, pero al menos finalmente podemos decir que sabemos cómo se asienta el polvo. ¿Y en cuanto a las cosas que la simulación aún no puede explicar? Esas son las partes que hacen que valga la pena esperar los próximos setenta y dos millones de horas.