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”.
REFERENCIAS
BIBLIOGRÁFICAS
– 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.
[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).
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