Antes que existiera una física del calor (termodinámica), a fines del Siglo XVII, Johann Becher y George Sthal postularon la existencia de una teoría científica para explicar la combustión de los materiales. Esta teoría fue una revisión de la teoría de los cuatro elementos de los griegos, y consideraba que los materiales susceptibles de combustión contenían un elemento que denominaron flogisto. En la medida que el proceso de combustión ocurría, los materiales perdían este elemento y no podían seguir consumiéndose.  

Las propiedades mecánicas del flogisto eran realmente extrañas. Por ejemplo, era un fluido penetrante, activo, difícil de retener, para el cual ninguna sustancia es impenetrable, pero que, sin embargo, se encuentra fijado a los materiales sólidos de tal manera que forma parte de ellos. Por supuesto, era imposible obtener flogisto en estado puro, siempre estaba mezclado con otras materias y se manifestaba como un principio que actuaba para hacer aparecer el elemento “fuego”.

La creación del éter fue todavía más emblemática. A finales del siglo XVIII se tenía claro que la luz se podía expresar en términos de una ecuación de onda. Las ecuaciones decían que la luz era un tipo especial de onda electromagnética. Sin embargo, a esa fecha todas las ondas conocidas requerían de un medio para transportarse.

Pero las ondas electromagnéticas tenían una mala costumbre: trasladarse en el espacio vacío. No existía ningún medio conocido en el espacio que pudiera dar sostén al traslado de estas ondas. Pero era evidente que esto ocurría. De no ser así, no podríamos ver las estrellas, ni al sol, ni los planetas. Dada nuestra experiencia esto no era posible. Debía existir un medio para que la luz pudiera trasladarse.

Entonces los científicos inventan ese medio, le llamaron éter.

El éter era otro material que compartía con el flogisto propiedades físicas  bastante extrañas, inusuales, incluso contradictorias. Eran tantas las características que debían cumplir para dar soporte a las ondas electromagnéticas que lo hacían primo hermano de otras tantas fantasías.

Por ejemplo, debía estar en todo el espacio vacío dado que podíamos ver las estrellas desde todas las direcciones; debía tener una densidad muy baja pues la velocidad de la luz disminuye con la densidad del material. Además, como las ondas electromagnéticas son transversales el medio debía comportarse como un fluido que estuviera en todo el espacio vacío, teniendo una elasticidad muy alta.

Se hicieron muchos experimentos para encontrar este extraño material sin ningún éxito. Fue en este heroico momento de la historia cuando aparece Albert Einstein explicando que la luz se comporta como onda pero también como partícula. Además, su Teoría Especial de la Relatividad terminaría sepultando el concepto del éter, definitivamente: Simplemente se postuló que la luz tenía la propiedad de trasladarse en el vacío.

Algo muy similar está ocurriendo en la física nuevamente. Algunas nuevas experiencias nos dicen que nuestras ecuaciones ya no sirven a menos que hagamos algunas suposiciones un tanto difíciles de creer.

Corre los años de finales de los años 60, y  Vera Rubin, una astrónoma del Departamento de Magnetismo Terrestre  del  Carnegie Institution of Washington, tiene mucho tiempo de espera para poder usar el telescopio y decide revisar algunos datos relacionados con la velocidad con la cual giran los objetos alrededor de la galaxia. De acuerdo a nuestras teorías conocidas, cuanto más alejada sea su órbita del centro de la galaxia más lenta debe ser su velocidad de translación.

Este hecho está relacionado con la forma del potencial de la fuerza de gravedad. Ya Kepler había descubierto esta ley diciendo que la velocidad areolar es constante para todos los planetas, es decir, los planetas en su movimiento de traslación barren áreas iguales en tiempos iguales. Un efecto directo de la Ley de gravitación universal de Newton.

Sin embargo, las observaciones hechas por esta astrónoma contradecían este fenómeno, pues la velocidad de traslación de los objetos estelares no disminuía al alejarse del centro de la galaxia.

Esto fenómeno no puede explicarse de manera sencilla. O la ecuación de Newton o su equivalente relativista están equivocadas o debe existir materia que no podemos observar. Y otra vez los científicos han creado un nuevo “tipo” de materia para explicar este fenómeno, esta vez la llamaron: “materia oscura”.

Y otra vez las propiedades de esta “materia oscura” son, por decir lo menos, bastante extrañas. De alguna manera son indetectables por medio de nuestros instrumentos. Aunque está en todas partes es transparente a la materia ordinaria.

Los experimentos realizados hasta ahora con el fin de detectar esta “materia oscura” han resultado negativos de manera similar a lo ocurrido con los experimentos hechos para detectar el éter.

Al parecer, nos quedan dos soluciones sencillas:

a) No tenemos todavía la capacidad tecnológica para detectar esto que hemos llamado «materia oscura» o,

b) sencillamente la materia oscura «no existe», y nuestras ecuaciones no son todavía exactas ni muy precisas para representar lo que es la gravedad.

Esta segunda opción puede abrir la puerta a un gran descubrimiento todavía desconocido: saber lo qué es la gravedad realmente.

Recordemos que Albert Einstein, antes de descubrir su teoría,  consideraba sospechoso el hecho de que la masa inercial y la masa gravitacional fueran lo mismo. De este descubrimiento, él elabora toda una nueva teoría conocida como la Teoría de Relatividad General. Esta teoría constituye un gran logro intelectual, siendo también el pilar fundamental de la nueva teoría de gravitación que explica fenómenos hasta ese momento no entendidos, tales como la precesión del perihelio del planeta Mercurio, o la desviación de un rayo de luz frente a un campo gravitatorio, o las recientemente famosas ondas gravitacionales.

La misma teoría ha dado frutos en cosmología, mostrando la posibilidad de existencia del Big Bang (tan molesto para los ateos dado que implica un comienzo del universo), o la existencia de cuerpos tan masivos que ni la luz puede escapar a su gravedad, los famosos hoyos negros.

Pero ¿que es la masa? Una antigua definición decía que era «la cantidad de materia contenida en un objeto», y como puede apreciarse, no se explica lo que es la materia. En los descubrimientos de principios del siglo XX se podría definir que la masa es «energía congelada», pero el misterio persiste. La masa o la materia es un cúmulo de energía que tiene capacidades gravitatorias que otras características físicas no poseen. Esto no es fácil de entender.

Para cada una de las otras fuerzas conocidas existe una partícula que permite entender las fuerzas como interacción de partículas. Así por ejemplo, la fuerza electromagnética puede entenderse como interacción fotónica entre partículas.

En cambio, en las fuerzas gravitatorias, no se ha descubierto esta partícula a la cual los científicos han llamado «gravitón». De todas las fuerzas conocidas por el ser humano, ninguna es más desconocida que la gravedad, y ella es la que finalmente armoniza todo lo que ocurre en el universo. La gravedad es el gran misterio por resolver.

Por lo tanto, cuando hablamos de materia oscura, nos estamos refiriendo a una «masa gravitatoria» que no vemos.

Sin embargo, es más probable que tal materia no exista y que el fenómeno gravitatorio anómalo descrito por las galaxias no puede ser explicado por nuestras ecuaciones porque nuestras ecuaciones no son las correctas. Este es el gran incentivo para los físicos modernos: descubrir cual es el modelo matemático que explica la naturaleza del campo gravitatorio. Quien lo haga será sin duda una de las mentes más celebradas de todas las épocas.