Por Juan Pablo Montero Palacios[1]
- Introducción.
- La teoría cuántica.
- La relatividad
general.
- El modelo estándar
del universo, según la teoría del Big
Bang: El universo en expansión.
- El principio
cosmológico y la teoría del universo estable.
- El universo
pulsante.
- Criterio filosófico
sobre el mundo actual.
INTRODUCCIÓN
En la época que nos encontramos (siglo XXI), es complicado
ofrecer al mundo un modelo universal, único, del universo físico que habitamos
y con el que nos relacionamos constantemente. Es de esta manera que la ciencia
actual (muy actual) ha ofrecido una serie de concepciones del universo, a partir
de ciertas hipótesis, según las cuales los fenómenos del universo se ven más o
menos explicados.
¿Es necesario que la
fundamentación de estas hipótesis tenga una base experimental sólida? En
realidad, no. Resulta imposible obtener unas experiencias empíricas de la
constitución del universo, o unas pruebas que demuestren, por ejemplo, la
contracción del universo conocido, como una “diástole” del corazón.
Es, entonces, menester
preguntarse: ¿Dónde se encuentra el carácter de “cientificidad” de estas teorías?
Hay que decir, a favor de estas
teorías, que la experimentación sensible no es el único criterio para poder
hacer ciencia, pues no todo lo científico llega a ser experimentable, como
algunas formulaciones matemáticas. Las teorías que se presentan en esta
sección se basan en una serie de
investigaciones serias de los físicos más eminentes de nuestra época, quienes,
a su vez, llevan a sus últimos desarrollos abstractivos los descubrimientos de
sus predecesores, no queriendo decir con esto que sean unas especulaciones
baratas.
La exposición hará una síntesis
sobre los elementos más importantes en estas teorías, sin profundizar mucho,
dado que no es necesario hacerlo aquí y porque se haría necesario un complejo
de conocimientos bastante amplio en el campo de la física y de la matemática.
Al final, habrá una reflexión más filosófica a propósito de una múltiple
comprensión del mundo, la permanencia del ser y la idea de un trascendente.
No pretende, en modo alguno, ser
esta sección una detallada explicación de las teorías, como ya antes se ha
manifestado. La pretensión real y fundamental es ofrecer un criterio filosófico
bien estructurado a partir de la concepción del mundo actual y la situación del
hombre, en tanto genérico como individual, dentro de aquél.
LA TEORÍA CUÁNTICA.
Es la teoría más avanzada en el
campo del micro-universo, es decir, en el mundo de las partículas fundamentales
de la materia.
Uno de sus principios
fundamentales es el propuesto por Planck[2]
fue el de los “cuantums”, cantidades
de energía muy pequeñas, dado que la materia sólo puede absorber o liberar
cantidades exiguas de energía.
Por otra parte, el físico Werner
Heisenberg[3]
postuló el principio de incertidumbre,
según el cual no es posible determinar la posición exacta de una partícula
subatómica, teniendo en cuenta su momento lineal.
La teoría cuántica surge a partir
de la imposibilidad de elaborar una teoría de acción molecular que englobara
los fenómenos de la termodinámica, la radiación y la electricidad tal como se
entendían entonces. La constante de
Planck permitió determinar la curvatura de la radiación electromagnética en
el espectro y deducir que la ésta no es una onda, sino emisiones constantes de
energía, los cuantums.
A partir de este descubrimiento,
se desarrolló toda una teoría en mecánica cuántica, la cual ha tenido grandes
influencias en la comprensión del mundo “micro”.
La mecánica cuántica resolvió
todas las grandes dificultades que preocupaban a los físicos en los primeros
años del siglo XX. Amplió gradualmente el conocimiento de la estructura de la
materia y proporcionó una base teórica para la comprensión de la estructura
atómica y del fenómeno de las líneas espectrales: cada línea espectral
corresponde a la emisión o absorción de un cuanto de energía o fotón, cuando un
electrón experimenta una transición entre dos niveles de energía.
La comprensión de los enlaces
químicos se vio radicalmente alterada por la mecánica cuántica y pasó a basarse
en las ecuaciones de onda de Schrödinger. Los nuevos campos de la física —como
la física del estado sólido, la física de la materia condensada, la
superconductividad, la física nuclear o la física de partículas elementales— se
han apoyado firmemente en la mecánica cuántica.
Otro gran avance de esta teoría
es la demostración de que hay unas partículas elementales en la misma
estructura atómica. El siguiente cuadro mostrará las principales especies de
estas partículas.
LA RELATIVIDAD GENERAL.
La teoría einsteniana comienza, a
partir de 1905, con el estudio del problema de la velocidad de la luz en el
éter o en el vacío y la determinación que hace Einstein de esta velocidad, que,
independientemente del movimiento del foco luminoso, es constante: trescientos
mil (300.000) kilómetros por segundo (Km/s), aunque tiende a variar un poco
dependiendo del medio en el que se mueve, por ejemplo, el cambio del vacío al
agua supone una variación en la velocidad de la luz, aunque ésta sea,
realmente, mínima. “La velocidad de la luz es una constante universal en
cualquier sistema: Tierra, sol, galaxia”[4].
La “relatividad” de la teoría de
Einstein se halla en esto: “Puesto que en ningún experimento realizado dentro
del sistema permite averiguar si éste se halla en reposo o en movimiento
absoluto, carece de sentido hablar de un espacio absoluto, inmóvil. No existen
ni el espacio ni el movimiento absolutos. El espacio queda reducido al orden o
la relación de las cosas entre ellas. Sin cosas, no hay espacio”[5].
En otras palabras, Einstein
postula que el tiempo y el espacio son relativos al sistema de medición que se
emplee. El tiempo no corre de la misma manera en la Tierra que en Marte, por
ejemplo. Por medio de las leyes de transformación de Lorentz, Einstein descubre
que un reloj en movimiento, respecto de uno que está en estado de reposo, se
atrasa, porque, siendo la velocidad de la luz una constante, el punto de
referencia del observador es una variación, lo cual produce el atraso del
reloj. Cuando creemos ver que alguien llegó ante nuestra vista a las tres en
punto, en realidad ese alguien arribó justo un pequeñísimo instante antes,
relativamente con la distancia del observador.
Asimismo, la masa de los cuerpos varía dependiendo
de la velocidad. Es una relación directamente proporcional: a mayor velocidad,
mayor masa. Al experimentar velocidad, el cuerpo en movimiento despide energía
y, por el principio de conservación de ésta (no hay destrucción de energía,
ésta se transforma), si la masa posee inercia, la energía de los átomos de ésta
también la posee, teniendo así que la energía misma tiene masa gravitacional,
de tal suerte que los rayos de luz se desvían al acercarse a un campo
gravitacional más intenso. La energía aumenta, por tanto la masa lo hace,
porque la energía tiene masa. De aquí surge la famosa ecuación einsteniana: E=mc2, determinando que la
energía que podría producir un cuerpo es equivalente a la masa del cuerpo
multiplicada por el cuadrado de la velocidad de la luz.
Ahora bien, Einstein, tras diez años más de
investigaciones, generalizó la teoría de la relatividad a los campos
gravitacionales, al universo entero. En pocas palabras, Einstein modifica
radicalmente la teoría de la gravitación universal de Newton, al equiparar las
fuerzas de gravedad e inercia, aparentemente contrarias, pero, en el fondo,
relativas, dado que no es posible saber si permanecemos sujetos al suelo por
gravedad (fuerza de atracción de la tierra) o por inercia (fuerza del
movimiento). Esto significa, entonces, que el espacio y el tiempo están
determinados por las fuerzas que ejercen los astros y, en consecuencia, el
universo no es una cosa estable y sólida, sino un todo amorfo, que se puede
expandir y contraer, según las fuerzas inconmensurables de los astros que lo
componen.
EL MODELO ESTÁNDAR DEL UNIVERSO,
SEGÚN LA TEORÍA DEL BIG BANG: EL UNIVERSO EN EXPANSIÓN.
1.
La teoría del Big Bang. La teoría
del Big Bang, que en el argot
anglosajón significa “gran explosión”, es una de las teorías científicas más
populares y actualmente goza de un alto grado de aceptación. La historia del
Big Bang se inicia a mediados del siglo XIX, cuando el científico holandés
Cristian Doppler[6],
descubre el fenómeno físico que le hizo famoso: el efecto Doppler. Éste se presenta cuando una fuente de ondas o
energía se desplaza en forma radial (esto es, alejándose o acercándose) a un
espectador o receptor. Así, éste recibe mayor o menor cantidad de ondas por
unidad de tiempo según el sentido de desplazamiento de la fuente emisora. Si
hacemos una analogía, se vislumbrará más fácilmente lo que ocurre: supongamos
que un observador se encuentra parado a un costado de la vía férrea esperando
ver pasar el tren. Y supongamos también que éste se acerca al observador
sonando su bocina en forma ininterrumpida. A medida que se acerca, el
espectador captará que el sonido se hace cada vez más agudo, hasta el momento
en que el tren pasa junto a él. Desde ese instante, el sonido irá bajando
paulatinamente de tono, tornándose más grave, hasta hacerse inaudible por la
distancia. Esto se explica porque las ondas de sonido viajan en la misma dirección
del tren cuando éste se aproxima, debido a lo cual, se comprimen y el receptor
recibe más de ellas por unidad de tiempo. Al alejarse el tren, las ondas viajan
en sentido contrario a la fuente emisora lo cual produce su dilatación,
recibiendo el espectador menos ondas por unidad de tiempo. Ello produce la
gravedad del sonido. Como este fenómeno afecta a todo tipo de ondas, inclusive
a las electromagnéticas, era de esperarse que lo mismo ocurriese con la luz
visible, que es, en esencia, un tipo de onda.
La teoría del Big Bang supone que toda la materia del
universo estuvo, en un comienzo, concentrada en un mismo lugar del espacio.
Esta masa de volumen pequeño (comparado con la extensión del universo) fue
bautizada como "huevo cósmico" por Gamow o "átomo
primitivo" por Lemaître. Si toda la materia existente en el universo
estuvo concentrada en una sola estructura, su densidad debió ser
inimaginablemente grande. De igual forma, se estima que su temperatura alcanzó
unos 100 mil millones de grados Celsius. En tales condiciones, ni siquiera
existirían los átomos como los ha definido la química. Al explotar, la energía
fue transformándose paulatinamente en materia, a medida que se alejaba es todas
direcciones. En un instante nacían tiempo y espacio. Debieron pasar cientos de
miles de años desde la gran explosión para que el choque entre las partículas
elementales disminuyera, lo que permitió que los núcleos atómicos capturaran
sus electrones. Al mismo tiempo, la temperatura fue descendiendo gradualmente y
la velocidad de expansión de la materia fue cada vez menor. Los fragmentos del
huevo cósmico diseminados en todas direcciones, se fueron condensando y
formaron lo que hoy son galaxias, estrellas, planetas y todos los cuerpos
celestes conocidos.
2.
El universo en expansión[7]. A
comienzos del siglo XX, el efecto Doppler fue utilizado para analizar el
espectro luminoso de galaxias lejanas. Como ocurre con el sonido, una fuente
luminosa emitirá más ondas de de luz por unidad de tiempo si se acerca a
nosotros a una velocidad considerable. Ocurrirá lo contrario si se aleja. Las
ondas más largas del espectro luminoso corresponden a la luz de color rojo,
mientras que las más cortas, al violeta. Como Slipher descubrió que las ondas
de luz provenientes de la mayoría las galaxias observadas por él se alargaban
(se corrían hacia el rojo del espectro), infirió que todas ellas se alejaban de
nosotros, exceptuando aquellas pertenecientes al grupo local. Parecían huir del
sistema solar, como si se tratase de una enorme fuga. Esto, en un principio,
desconcertó a los científicos. ¿Por qué las galaxias se alejaban unas de otras?
Se llegó a la conclusión que el universo en que vivimos se está expandiendo.
Las galaxias se alejan de nosotros acelerando 160 kilómetros por segundo en
cada millón de años luz que recorren. El crecimiento del universo es
indeterminado.
EL PRINCIPIO COSMOLÓGICO Y LA TEORÍA DEL UNIVERSO ESTABLE.
Si bien es cierto que la teoría del Big Bang goza de una popularidad abrumadora, no todos los
científicos comparten sus postulados. Muchos consideran que el universo es una
entidad que no tiene principio ni fin. No tiene principio porque no comenzó con
una gran explosión ni se colapsará, en un futuro lejano, para volver a nacer.
La teoría que se opone a la tesis de un universo evolucionario
es conocida como “teoría del estado estacionario” o “de creación continua” y
nace a principios del siglo XX, cuando la idea de que el universo debería
presentar el mismo aspecto desde cualquier punto de observación, comenzaba a
prender entre los investigadores. Parecía lógico pensar que la distribución de
la materia interestelar era regular y que ninguna galaxia tendría privilegios
en lo que se refiere a su posición en el espacio. El impulsor de esta idea fue
el astrónomo inglés Edward Milne y, según ella, los datos recabados por la
observación de un objeto ubicado a millones de años luz, deben ser idénticos a
los obtenidos en la observación de la Vía láctea desde la misma distancia.
Milne llamó a su tesis “principio cosmológico perfecto”. En 1948 los astrónomos
Herman Bondi, Thomas Gold y Fred Hoyle retomaron este pensamiento y le
añadieron nuevos conceptos. Nace así el “principio cosmológico perfecto” como
alternativa para quienes rechazaban de plano la teoría del Big Bang.
Dicho principio establece, en primer lugar, que el universo
no tiene un génesis ni un final, ya que la materia interestelar siempre ha
existido. En segundo término, sostiene que el aspecto general del universo, no
sólo es idéntico en el espacio, sino también en el tiempo. De esta forma, el
cosmos se ha mantenido igual y con una densidad constante desde siempre.
Evidentemente, en el futuro, tampoco cambiará. Sin embargo, existen realidades irrefutables que tales ideas
parecen contradecir. En efecto, si el universo se mantiene igual tanto en el
espacio como en el tiempo, ¿como explicar la actual expansión de las galaxias,
que paulatinamente terminarán por cambiar el aspecto del cosmos? ¿Como se
explica la transformación continua de hidrógeno en helio que traerá como consecuencia
la formación de un universo saturado de materiales pesados y galaxias
envejecidas?
Los tres astrónomos explicaron al respecto que el aspecto del
cosmos no variará, porque el espacio dejado por las galaxias que se alejan será
ocupado por nuevos conglomerados que irán surgiendo por la condensación de la
materia creada continuamente a partir de la nada. Dicha afirmación, un tanto
extravagante, parece violar la ley de la conservación de la energía. Sin
embargo, para el trío de científicos, bastará que surja (a partir de la nada)
un sólo átomo de hidrógeno por cada mil millones de metros cúbicos de espacio
en forma constante, para que el hidrógeno del universo sea renovado y reemplace
a aquél que sea consumido en las reacciones termonucleares de las estrellas.
EL UNIVERSO PULSANTE.
Surge esta teoría
a partir de la del universo en expansión, dado que muchos científicos se
inclinan a pensar que la evolución del universo abarca una dimensión temporal
que va mucho más allá de la explosión primordial y de la actual expansión.
Sostienen que el tiempo y el espacio no se crearon conjuntamente con el Big Bang, sino que consideran al cosmos
como una entidad eterna. Esta tesis, llamada teoría del universo pulsante,
viene a responder la siguiente pregunta: ¿qué había antes del Big Bang?
Las agrupaciones de galaxias y los cúmulos estelares, se
mueven separándose unos de otros en franca expansión. La teoría del Big Bang supone que la velocidad de
recesión de dichos objetos era mayor en el pasado que hoy. La teoría del universo
pulsante sostiene que en un futuro inminente, la fuerza gravitatoria resultante
del universo será capaz de frenar su expansión, hasta el punto de iniciar el
proceso contrario, es decir, una contracción. Todos los cuerpos celestes
comenzarían a acercarse unos a otros a una velocidad cada vez mayor, hasta
encontrarse en un mismo punto y constituir otra vez el huevo cósmico (Big Crunch). Este huevo, después de
cierto lapso de tiempo, volvería a estallar, dando origen a otro universo
expansivo.
El ciclo se repetiría eternamente, perpetuándose en el
tiempo. Nuestro universo sería el último de muchos surgidos en el pasado, luego
de sucesivas explosiones y contracciones (pulsaciones). El momento en que el
universo se desploma sobre si mismo atraído por su propia gravedad es conocido
como “Big Crunch” en el ambiente
científico. El Big Crunch marcaría el
fin de nuestro universo y el nacimiento de otro nuevo, tras el subsiguiente Big Bang que lo forme. Si esta teoría llegase a tener
pleno respaldo, el Big Crunch ocurriría
dentro de unos 150 mil millones de años. Si nos remitimos al calendario de
Sagan, esto sería dentro de unos 10 años a partir del 31 de diciembre.
CRITERIO FILOSÓFICO SOBRE EL
MUNDO ACTUAL.
Las diferentes maneras de exponer
la situación del mundo físico instan a pensar en el cambio profundo y radical
que significa esto para la visión de todas aquellas realidades que
“trascienden” la realidad material y científica. La situación presente me ha
llevado a reflexionar sobre una serie de aportes interesantes que iluminan la
situación del filósofo ante la monstruosa construcción científico-positiva.
1.
La alienación científica. Marx
entendía la alienación como la represión de la capacidad creadora del hombre,
limitando su poder de autodeterminación en el fruto de su trabajo propio. Marx
encuentra en la alienación un obstáculo muy fuerte para la consecución de los
fines más específicos de la condición humana. Y es que la ciencia constituye
una poderosa alienación para el poder humanizador del hombre mismo.
Los grandes
adelantos técnicos y tecnológicos han sumergido a la humanidad en las arenas
del consumismo y de la robotización, las cuales han nublado la vista de las
personas, de cara a las grandes inquietudes que tal vez sirven más a sus
existencias. El hombre pierde su identidad en un mundo tan grande y tan
“adelantado”…
2.
La “relativización” del mundo. Una
de las grandes consecuencias existenciales que derivan de la teoría einsteniana
es una cierta “relativización” general del pensamiento humano. En
efecto, cuando el ser humano se ha encontrado con que el tiempo y el espacio
son relativos al sistema que los mide, el pensamiento sufre una especie de
“anti-universalidad” en la cual la noción de “verdad” se pierde y se esconde,
hasta que tiende a desaparecer por
completo. Lo que queda es un montón de opiniones que son válidas, pero no necesarias y que deban ser aceptadas.
3.
La tesis de la inmanencia y la “nueva
búsqueda”. Sencillamente, consiste la inmanencia en la negación de toda
idea de trascendencia. Todo lo que el hombre necesita se encuentra en la
finitud del mundo y, en últimas, de sí mismo. El mundo así concebido ha llegado
a la postulación de principios como estos. Sin embargo, la idea de finitud no
es compatible con la naturaleza humana, así que también existe, gracias a los
adelantos de la ciencia y la conciencia de sus limitaciones, una búsqueda
fuerte en el campo espiritual, un anhelo de una respuesta definitiva y
constante que brinde al hombre alienado por la ciencia el consuelo de
encontrarse, según Leibniz, en “el mejor de los mundos posibles”.
REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA
– DÓRIGA,
Enrique. El universo de Newton y de
Einstein. Barcelona, Herder, 1985.
En Internet:
[1] Estudiante
de Derecho de la Universidad Católica. Correo electrónico: juanpablomonterop@yahoo.com.ar
[2] Max Karl Ernst Ludwig Planck (1858-1947).
Físico alemán, premiado con el Nobel, considerado el creador de la
teoría cuántica.
[3]
Werner Karl Heisenberg (1901-1976). Físico y Premio Nobel alemán, que
desarrolló un sistema de mecánica cuántica y cuya indeterminación o principio
de incertidumbre ha ejercido una profunda influencia en la física y en la
filosofía del siglo XX.
[4] DÓRIGA, Enrique. El universo de Newton y de Einstein. Pág. 162.
[5] Ibíd. Pág. 162.
[6] Christian Doppler (1803-1853). Físico
y matemático austriaco, nacido en Salzburgo. Fue profesor en el Instituto
técnico de Praga (Checoslovaquia) y en el Instituto politécnico de Viena, y
ocupó el cargo de director del Instituto de Física de la Universidad de Viena
en 1850. Describió el fenómeno físico que se conoce hoy como efecto Doppler en
su artículo monográfico sobre los colores de la luz de las estrellas dobles, Acerca de la luz coloreada de las estrellas
dobles (1842).
[7] Cf. www.circuloastronomico.cl/cosmologia/universo.html#ACELERA
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