EL UNIVERSO: PRINCIPIO Y FIN (HISTORIA DEL TIEMPO) “Esta

EL UNIVERSO: PRINCIPIO Y FIN
(HISTORIA DEL TIEMPO)
Oscar D. Silva Cáceres
“Esta idea de un espacio finito pero ilimitado es una de las ideas más
extraordinarias sobre la naturaleza del mundo que se haya concebido nunca”
Max Born
¿Qué es el Universo?
¿Es el Universo como lo conocemos hoy, la
expresión de un estadio evolutivo de la materia o
ha sido inmutable a través del tiempo? Al fin ¿Qué
es el tiempo y qué importancia tiene
para
nosotros?
Stephen Hawking y Albert
Einstein
Las películas de ciencias- ficción con frecuencia
nos trasladan mediante ingeniosas máquinas del
tiempo ya sea al pasado prehistórico o al futuro
lejano. Luego se tiene eventualmente la
oportunidad de retornar al momento de partida: el
presente, pero ¿Es esto realmente posible?
El Físico Teórico Stephen Hawking heredero de la cátedra Newton en la
Universidad de Cambridge, y de la cátedra Lucasian de la que alguna vez fuera
titular el propio Newton, trata de respondernos a estas interrogantes.
Postrado en una silla de ruedas a consecuencia de la Enfermedad de Lou Gohring
la que afecta sus neuronas motoras, contrajo una neumonía que lo dejó sin habla.
Pero gracias a los avances de la cibernética Hawking pudo hablar y escribir sus
artículos. Un programa especial de comunicaciones, denominado Livingcenter incorporado en un “sintetizador “, y un ordenador personal instalado en su silla de
ruedas, le permitieron convertir sus ideas en sonidos y grafías que de otra manera
hubieran sido imposibles de reproducir.
¿Qué sabemos del universo? Hasta el siglo pasado sólo se tenían dos
concepciones: el Universo había existido siempre o había sido creado en algún
momento. No obstante ambas consideraciones adolecían de la misma falla:
presuponían un equilibrio estático del universo.
El propósito de este escrito es que el lector se apropie y ausculte la explicación
lógica acerca del tiempo que de manera sencilla nos proporciona este trabajo:
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historia del tiempo de Hawkins.
Introducción
Hasta hace quinientos años, se creía que la tierra era el centro del Universo.
Copérnico demostró que giraba alrededor del sol. Se pasó de una concepción
geocéntrica a una heliocéntrica. Después resultó que tampoco el sol era el centro
y que nuestra estrella era una más y no la más grande entre miles de millones de
estrellas que conforman la galaxia Vía Láctea y que nuestra propia galaxia era una
más entre centenares de millones de galaxias. No sólo el hombre no era el centro
del universo, si no que nuestro pequeño rincón no parecía poseer nada especial
que lo diferenciara de cualquier otro rincón del universo.
Pero se fuera o no el centro del Universo, nadie ponía en duda que Dios había
creado el Cielo y la Tierra y eso provocaba un agradable sentimiento de
seguridad. El universo era inmóvil, firme (“firmamento”) y la pregunta, sobre si
había tenido o no un principio era metafísica.
Pero resultó que no era así y el Universo no sólo no es estático, sino que está en
permanente expansión y si se expande es porque en un momento dado, hace 10 ó
20 mil millones de años, se produjo una gran explosión, un big - bang que marcó
el principio del tiempo, y “un universo en expansión no excluye la existencia de un
creador, pero síi establece límites sobre cuándo éste pudo haber llevado a cabo
su misión “dice Hawking.
El universo tuvo un principio ¿Tendrá un final? Esa es la gran pregunta. En el
presente, los científicos describen el universo a través de dos teorías : La Teoría
General de la Relatividad, presentadas por Albert Einstein en 1915, que describe
la fuerza de la gravedad y la estructura a gran escala del Universo; La otra, La
Mecánica Cuántica, que se ocupa de lo extremadamente minúsculo, como una
millonésima de centímetro. Estas teorías, al ocuparse una de lo extremadamente
grande y la otra de lo extremadamente pequeño parecerían complementarse, pero
no es así. En una de ellas tal vez en ambas, hay un error (o varios). O falta el hilo
unificador. La búsqueda de una teoría cuántica de la gravedad que unifique la
física, es el más grandes reto de la Física Teórica Moderna.
El origen del tiempo
¿Qué sucedería si en un punto del espacio algunas estrellas se acercaran o se
alejaran de otras? Si se acercasen aunque fuese ligeramente, sostiene Hawking
“las fuerzas atractivas entre ellas se harían más fuertes y dominaría sobre las
fuerza repulsivas, “Ese hecho determinaría que todas las estrellas entrarían en un
proceso de aglutinamiento que no concluiría en un solo punto del espacio.
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El fenómeno contrario determinaría que las estrellas continuasen alejándose,
fugándose por siempre una de otras.
En una reseña de las principales cosmologías y creencias religiosas, Hawking
señala que según la “tradición, judeo-cristiana-musulmana, el Universo comenzó
en cierto tiempo pasado finito, y no muy distante”. San Agustín ubicaba este
momento en cinco mil años antes de Cristo, de acuerdo con el libro Génesis. La
Arqueología sin embargo ha determinado que el hombre de las cavernaspaleolítico- vivía ya hace diez mil años.
Para Hawking “el concepto de tiempo no tiene significado antes del comienzo del
Universo” por eso comienza su respuesta cuando se le preguntó a San Agustín
que hacía Dios antes de crear el Universo, y este no respondió – afirma –
porque “seguramente estaba preparando el infierno para aquellos que preguntaran
tales cuestiones. En su lugar, dijo que el tiempo era una propiedad del universo
que Dios había creado y que el tiempo no existía con anterioridad al principio del
universo “
En 1929 el astrónomo Hubble, observó que por doquier las galaxias distantes
están alejándose. Es decir, que el universo se está expandiendo, lo cual significa
que antes los objetos del espacio estaban más cercanos entre si.
Los estudios de Hubble- refiere Hawking - sugerían que hubo un tiempo llamado el
Big-bang (Gran explosión o Explosión primordial) en que el universo era
infinitamente pequeño e infinitamente denso. En esas condiciones, agrega
Hawking todo lo que hoy domina la ciencia y cualquier capacidad de predicción
del futuro carecen de validez.
Así, para Hawking, uno podría decir que el tiempo tiene su origen en el Bin-bang,
en el sentido de que los tiempos anteriores no estarían definidos. Todo esto
Hawking lo fundamenta con la Teoría de la Relatividad general y la Teoría de la
Mecánica Cuántica.
La relatividad
En 1687 Isaac Newton publica sus principios matemáticos, donde expone las tres
leyes que rigen el movimiento y sobre todo la existencia de la Ley de la gravedad.
Newton nos dice que todo cuerpo atrae a los demás cuerpos con una fuerza
proporcional a la masa de cada uno de ellos; que cuanto más separados estén los
cuerpos, menos será la fuerza de atracción entre ellos y que la atracción
gravitatoria producida por una estrella de una cierta distancia es exactamente la
cuarta parte de la que produciría una estrella similar a la mitad de la distancia.
Las leyes de newton mostraron que no existen cuerpos en reposo y que el reposo
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se tiene que medir refiriéndolo a otro cuerpo. El tiempo también era absoluto y
estaba totalmente separado del espacio. La teoría de Newton perduró intocable
durante trescientos años.
En 1905 Einstein presentó su Teoría especial de la Relatividad, donde aparece por
primera vez la fórmula E=mc2, que expresa que la masa es una forma
concentrada de energía (un gramo de masa convertido en energía equivale a 2000
toneladas de gasolina). En 1915 expone ante la Academia Prusiana de ciencias su
célebre Teoría General de la Relatividad, según la cual, el espacio es equivalente
al tiempo (el tiempo empleado es igual al espacio recorrido). Y la gravedad no era
una fuerza más si no la consecuencia de que el espacio se curve, en otras
palabras la curvatura del espacio tiempo será tanto mayor cuanto más nos
acerquemos a un cuerpo de gran masa.
La gravedad deforma el espacio-tiempo y hace que los planetas sigan trayectorias
rectas en un espacio curvo (Llamadas geodésicas) y en un espacio curvo, el
Universo puede ser finito pero ilimitado (como sucede en una esfera perfecta), con
lo que se superaba el problema euclidiano de un Universo plano que debía tener
un borde. Así el tiempo, cerca de un objeto de gran masa, transcurre más
lentamente. La relatividad acabó con el concepto de tiempo absoluto. En la teoría
de Newton si un pulso de luz es enviado de un lugar a otro, observadores
diferentes están de acuerdo en el tiempo que duró el viaje (El tiempo es un
concepto absoluto) pero discreparán en la distancia recorrida por la luz (el espacio
no es un concepto absoluto). En la relatividad todos los observadores coincidirán
en la velocidad de la luz, pero discreparan en el tiempo empleado (Una nave
espacial que viaje a velocidad próxima a la de la luz tardaría veintiún años,
tiempo de la nave, en llegar al centro de la galaxia, situado a 30.000 años : ¡Nadie
se acordaría de los astronautas!). El tiempo es relativo y cada observador tendrá
su propia medida, dependiendo de donde esté y de la velocidad con que se
mueva, estas leyes deben ser válida en cualquier parte del universo de la misma
forma que el universo debe presentar el mismo aspecto desde cualquier punto
desde donde sea visto (principio isotrópico).
La mecánica cuántica
Hasta principios de siglo se creyó que el universo era determinista y que debieran
existir una conjunto de ideas científicas que permitieran predecir lo que sucedería
si se conociere el estado completo del Universo en un momento dado, esta
concepción significaba que un cuerpo caliente como una estrella, irradiaría una
energía infinita; tal resultado era ridículo y fue refutado por Max Plank en 1900 al
sugerir que la luz y otros tipos de onda no se emitían en cantidades arbitrarias, si
no en ciertos paquetes que llamó “cuantos“. Aunque en un principio Plank no se
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percató plenamente de la magnitud de su aportación, los trabajos y experimentos
posteriores efectuados por muchos otros físicos se encargaron de poner los
nuevos descubrimientos a la altura que les correspondía, dándole su status
fundamental al principio de cuantización.
En 1926 Werner Heisenberg a firmó que para predecir la posición y velocidad de
una partícula era necesario medir con precisión su velocidad y posición actual,
para lo cual debe emplearse como mínimo, un cuanto de luz; pero este cuanto de
luz cambiaría la velocidad de la partícula en una cantidad que no puede ser
predicha, lo que provoca que, a una mayor precisión en la medición de la
velocidad de la partícula corresponda una menor exactitud en la medida de la
velocidad y viceversa. En otras palabras podemos conocer con exactitud la
velocidad de la partícula pero no su posición, o su posición no su velocidad. Este
fenómeno recibió el nombre de principio de incertidumbre, propiedad ineludible del
universo. Por lo tanto es imposible prever los acontecimientos futuros con
exactitud, si no se es capaz de medir los actuales (no podríamos averiguar el
número del premio mayor de la lotería).
Este principio lleva a situaciones aparentemente ilógicas, como la famosa
paradoja de Shrödinger: Dentro de una caja hay un gato y una botella con gas
venenoso, sobre la que pende un martillo, cuyo mecanismo es controlado por un
contador Geiger que mide la disgregación radiactiva de un átomo. Nadie sabe
cúando se desintegra el átomo, sólo sabemos que hay un tiempo de semidesintegración. Después de, por ejemplo, un minuto, se desintegrarían la mitad de
los átomos existentes. El experimento debe durar también un minuto. Habiendo
sólo un átomo, al cabo de un minuto existirá un 50% de posibilidades de que el
átomo se haya desintegrado.
Según la mecánica cuántica, al final habrán dos mundos con la misma
probabilidad: En uno el átomo se desintegra, se rompe la botella y el gato muere.
En el otro no pasa nada y el gato vive. El experimentador necesitará abrir la caja
para saber el resultado pero en mecánica cuántica eso no es posible: las dos
realidades el gato muerto y el gato vivo se superponen y rivalizan entre si.
En una discusión, Borh le dijo a Einstein: “Tú crees en Dios, quien juega a los
dados y yo en la completa regularidad de lo que objetivamente existe en el mundo,
“Eistein se limitó a afirmar que “ Dios no juega a los dados”, Hawkins años
después respondería: “Dios no sólo juega a los dados, si no que a veces los arroja
donde no pueden verse“ (cierto número de científicos es dado a citar a Dios, pero
nada dicen del diablo ¿Existiera el uno sin el otro o el Universo puede prescindir
de ambos?). Los experimentos apoyan a la Mecánica Cuántica y gracias a ella
tenemos computadoras y televisores a color y de ella dependen la Biología y la
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Química moderna.
¿Un final no Feliz?
Acostumbrados a utilizar tres coordenadas del espacio- alto, largo y ancho –
Hawking se refiere a “un espacio cuatridimensional” al que denomina espaciotiempo y se refiere a las cuatro coordenadas de un suceso: algo que ocurre en un
punto específico del espacio en un instante específico del tiempo, aunque señala
que “Es imposible imaginar un espacio cuatridimensional”.
“De acuerdo con la Teoría General de la Relatividad afirma Hawking – tuvo que
haber un estado de densidad infinita en el pasado, el Bin-bang, que habría
constituido un verdadero principio del tiempo. De forma análoga, si el Universo
entero se colapsase de nuevo tendría que haber otro estado de densidad infinita
en el futuro, el Big-crunch (Gran crujido, o Implosión), que constituiría un final del
tiempo, incluso si no se colapsaba de nuevo, habría singularidades en algunas
regiones localizadas que se colapsarían para formar agujeros negros”.
Hoy es universalmente aceptado que la Tierra y el Sistema Solar mismo, pudieran
ser tragados por uno de esos monstruos espaciales que en virtud de su inmensa
fuerza gravitatoria no escaparía ni siquiera la luz de ahí el calificativo de “Agujeros
negros “.
Agujeros negros
Una estrella que posea una masa tres veces mayor que la de nuestro sol
terminaría sus días sufriendo un colosal colapso gravitacional. Se convertiría en un
agujero negro, es decir una concentración tal de materia que nada puede escapar
a su atracción gravitatoria. Según la Teoría de la Relatividad, nada viaja más
rápido que la luz y si la luz no puede escapar, todo lo que pase cerca del Agujero
negro será atraído por su gravedad. El tiempo para el atrapado, habría llegado a
su fin. El Agujero negro es una singularidad, un punto del espacio - tiempo donde
la curvatura del universo se hace infinita y en una singularidad todas las leyes de
la Física se colapsan y es imposible saber que ocurrirá.
Teóricamente los agujeros negros pueden ser túneles del tiempo o medios de
comunicación con otros universos o utilizarse como medio para viajes
interestelares. Podríamos visitar a través de ellos a nuestra novia de juventud o
conocer a los dinosaurios.
En 1965 Hawking, con Roger Penrose, afirmaron que, si se invirtiera el tiempo y
el colapso gravitacional se convirtiera en expansión, se probaba que debía haber
una singularidad como la del Bin–bang. Sin embargo después de haber
introducido la Mecánica Cuántica, ambos investigadores llegaron a la conclusión
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de que pudo no haber ninguna singularidad; que no hubo Big-bang y que el
universo pudo iniciarse de otra forma ¿Cuál sería entonces el origen de todo lo
que vemos? ¿Qué papel juega el hombre en el cosmos? Esa el la gran búsqueda
de la Física Teórica. Pero hay ya teorías para intentar aproximarnos a una
respuesta mínimamente satisfactoria, donde Dios no parece hacer falta.
Pero también apoyándose en los avances de la Astronomía y la Mecánica
Cuántica se cree que es posible que el Universo y el tiempo que tuvieron un
principio también tendrá un final, el temido Big–crunch, por cierto aún muy lejano
para nosotros y nuestros descendientes.
A modo de conclusión
La ciencia parece haber descubierto un conjunto de leyes que dentro de los
límites establecidos por el
principio de incertidumbre, nos dicen cómo
evolucionará el Universo en el tiempo si conocemos su estado en un momento
cualquiera. Estas leyes pueden haber sido dictadas por Dios, pero parece que él
ha dejado evolucionar el Universo desde entonces de acuerdo con ellas, y que él
ya no intervine”.
¿Por qué el Universo es como es?, vemos el Universo en la forma que es porque
existimos nosotros, vale decir que para que la vida haya podido darse, se
necesitaban ciertas condiciones mínimas, que tenían que ser esas y no otras.
La fuerza nuclear, fuerte responsable de la estabilidad de los núcleos atómicos
deben tener un gran valor; si hubiera sido un poco más débil, sólo hubiera surgido
el átomo de hidrógeno y si hubiera sido mayor, no se habría formado el suficiente
hidrógeno tras el Big-bang, como para permitir la formación de estrellas.
Asímismo, si la relación entre la fuerza
gravitacional (que provoca la
condensación de la materia) y la electromagnética (que permite la salida de
energía termo-nuclear desde el interior de las estrellas) fuese distinta, sólo se
habrían formado estrellas gigantes rojas que consumirían su energía antes de
que surgiera la vida, o enanas azules, demasiado frías para permitir el desarrollo
de un atmósfera adecuada a la vida. No había mucho para escoger.
Este principio parece dar respuesta al porqué nos movemos en un Universo de
tres dimensiones espaciales y una temporal, ¿Porque no puede ser un Universo
de dos o de diez dimensiones? En un universo bidimensional no podrían surgir
seres complicados como nosotros. “Animales bidimensionales en una tierra
bidimensional tendrían que trepar unos sobre otros para adelantarse” Si la
criatura bidimensional comiera, tendría que vomitar los residuos por el mismo sitio
que los tragó, pues un sistema digestivo que atravesara su cuerpo la partiría en
dos. Tampoco podría tener más de tres dimensiones espaciales. Si así fuera, la
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atracción gravitatoria se alteraría y las órbitas de los planetas sería inestables, la
tierra giraría en espiral, bien alejándose, o bien acercándose al sol, en el primer
caso nos helaríamos, en el segundo nos achicharraríamos. Todas estas
suposiciones están basadas en el principio antrópico formulado inicialmente en
1938 por Paúl Dirac y retomado en 1961 por Robert Dicke y por el mismo
Hawking. Según Hawking, tal vez dentro de poco se descubra la teoría general
que explique el origen y destino del universo.
Hace un poco más de dos siglos, era posible para un filósofo abarcar todo el
conocimiento humano. Hoy es imposible, mas aún, algunos científicos temen que
el descubrimiento de las leyes de Universo requiera de matemáticas tan complejas
que exceda a la capacidad humana.
Refiriéndose al extraordinario avance científico técnico, un filosofo del siglo
pasado (XX) exclamó “La única tarea que le queda a la Filosofía es el análisis
del lenguaje”, pero si se descubre una teoría completa, ésta dice Hawking, con el
tiempo será comprensible para todos y no sólo para un reducido grupo de
científicos; entonces seremos capaces de tomar parte en la discusión de por qué
existe el Universo y por que existimos nosotros. Si encontrásemos una respuesta
a esto, sería el triunfo definitivo de la razón humana, porque entonces
conoceríamos el pensamiento de Dios “. Nosotros, por lo pronto, contentémonos
con sospechar por dónde va la ciencia, porque para aproximarnos a los umbrales
del Universo, o más cerca de nosotros, para incorporarnos al desarrollo moderno,
hace falta bastante más que repartir Biblias a los maestros con espíritu medieval.
Hacen falta investigaciones, estudio y promoción de la ciencia.
Referencias bibliograficas
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Braun, Eliécer. “Física creativa y recreativa”
Einstein, Albert. “La Relatividad”
Mook Delo, Vargish Thomas.”La Relatividad ( Espacio Tiempo y Movimiento)”
Recopilaciones de artículos científicos. Nuevo Diario. Archivo personal
Sánchez Ron, J Manuel. “El origen y desarrollo de la relatividad”
V.I.RIDNIK. “Qué es la Mecánica cuántica”
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