José María Laso Prieto, Nuevas concepciones del Universo, El Catoblepas 37:6, 2005 (original) (raw)

El Catoblepas • número 37 • marzo 2005 • página 6

José María Laso Prieto

Se glosan las revoluciones de la Física durante el siglo XX

Desde mi adolescencia, me fascinó el clásico lema, ¿Qué somos?, ¿De dónde venimos?, ¿Adónde vamos?, que tan bien reflejó en uno de sus cuadros el pintor Gauguin. Esta inquietud y curiosidad filosófica mía, la reflejó muy bien el profesor Gustavo Bueno, en el prólogo que dedicó a mis Memorias con el título de «Autobiografía de un filósofo estoico». En ese sentido, decía Gustavo Bueno:

«Como conviene a una vida que puede llamarse con verdad, filosófica (filosófica-estoica) José María Laso hubo de cambiar las creencias teológicas y cosmológicas de la sociedad en la que había nacido por una concepción materialista de la realidad. A medida que se desarrollaba mi plan de lectura o estudios, (dice Laso, relatando los comienzos de lo que llegaría a ser una asombrosa formación enciclopédica) me iba apartando gradualmente de la cosmovisión cristiana. Para la formación de una cosmovisión alternativa, necesitaba resolver, al menos teóricamente, algunas cuestiones. La primera, era el origen del Universo. Necesitaba una teoría que sustituyese la cosmovisión del Génesis, por otra más científica y racional. Al cabo de un tiempo, creí encontrarla en la teoría sobre el origen de las nebulosas de Kant-Laplace. Después de que dilucidé este punto, se imponía abordar la cuestión del origen de la vida y el desarrollo de las especies. Realmente, comencé por este último tema. Para mí, a pesar de lo engorrosa que resultaba la lectura de El origen de las especies –por el detallismo de Darwin acerca de los casos de evolución natural o artificial y doméstica– el descubrimiento del darwinismo resultó impactante.»

Gustavo Bueno prosigue su prólogo, añadiendo:

«Ahora bien, no me parece que pueda decirse que la concepción materialista del mundo, que de este modo fue trabajosamente alcanzada, pueda definirse en términos del materialismo de tantos físicos del presente que limitan la realidad de la materia al largo intervalo que transcurre entre el Big-bang hasta el Big-crunch, entre otras cosas, porque ese materialismo fisicista está mucho más próximo del creacionismo cristiano (al fin de cuentas, quien esbozó la teoría del Big-bang fue un sacerdote católico, el abate Lemaitre, y su teoría fue inmediatamente adoptada por la Iglesia, y muy especialmente por el Papa Pío XII y sus sucesores) que del materialismo de tradición marxista, del materialismo de Engels en su Dialéctica de la naturaleza que a su vez se mantiene, de algún modo, dentro de la tradición del materialismo monista desarrollado por los estoicos. Por otra parte, conviene insistir en que se trata del estoicismo a la altura de Panecio, para quien la Naturaleza (la materia), no sólo no comenzó en el tiempo, sino que tampoco puede acabar en él. Según Cicerón, en su De rerum natura, Libro II, 46), Panecio dudaba de la Ekpirosis, es decir de la conflagración universal que comportaba, según la doctrina del estoicismo antiguo (y que después recuperaría el mismo Posidonio) el fin del Universo mediante el fuego; el equivalente al Big-crunch de las cosmogonías de nuestros días. José María Laso, que se ha internado muy a fondo en los entresijos de la teoría del Big-bang, se ha preocupado también de traer a Oviedo a algunos de los astrofísicos eminentes que mantienen serias reservas críticas en torno a esa teoría. En cualquier caso, la perspectiva materialista (y, al menos, en sus principios, monista, al modo del Diamat, constituyó una perspectiva constante de José María Laso para vivir el discurso de su vida.» («Autobiografía de un filósofo estoico», prólogo de Gustavo Bueno al libro De Bilbao a Oviedo, pasando por el Penal de Burgos, Pentalfa Ediciones, Oviedo, página 13.)

Con estas precisiones de Gustavo Bueno, se puede comprender como siempre he procurado abordar el tema de los adelantos científicos desde el punto de vista del materialismo filosófico. Con esta finalidad, invité al profesor Moles, Director del Observatorio Astronómico de Calar Alto (Almería) a disertar en Tribuna Ciudadana, sobre «El origen del Universo» disertación en la que realizó fuertes críticas de la teoría del Big-bang, y, más tarde, aproveché una conferencia del profesor Juan Oró (bioquímico de la NASA), también en Tribuna Ciudadana, para preguntarle sobre las posibilidades de vida extraterrestre. A juicio del profesor Oró, es en el satélite «Europa» de Júpiter, donde se dan más posibilidades de vida, aunque ahora se están investigando en el satélite «Titán» de Saturno. Además, en una conferencia que el profesor Pablo Huerga me concertó en el Instituto «Rosario Acuña», de Gijón, sus alumnos eligieron como tema «Contradicciones entre la religión y la ciencia». Ello me obligó a desarrollar –en mi conferencia– las cosmovisiones cristiana, musulmana y budista y, como alternativa, la teoría del Big-bang y las críticas que ha suscitado.

Últimamente, mi interés acerca de los temas astrofísicos se ha incrementado por haber estudiado la obra Hawking y la mente de Dios, de Peter Coles, astrofísico de la Universidad de Nottingham. Peter Coles comienza su obra con una breve historia de la física, que se inicia con Galileo. No obstante, es Newton quien aportó los tres principios fundamentales de la física del movimiento: 1) Todos los cuerpos avanzan, en un estado de reposo de movimiento uniforme, en línea recta, a menos que les apliquen unas fuerzas que les obligue a cambiar de estado. 2) El ritmo de cambio del impulso, es proporcional a la fuerza aplicada y sigue la dirección con la que actúa esa fuerza. 3) Por cada acción, siempre se produce una reacción igual y opuesta.

La idea de un Universo regido por las leyes de Newton, dominó el pensamiento científico durante más de dos siglos. Pero aparte de esto, los descubrimientos de Newton apuntaban a un Cosmos perfectamente predecible, que funcionaba como un reloj. En vez de intervenir en el funcionamiento diario del mundo, Dios sólo tenía que darle cuerda y dejarlo en movimiento.

En el siglo XX, hubo dos revoluciones en el campo de la física. La primera, fue el nacimiento de la física cuántica. Ésta cambió para siempre la perspectiva mecanicista del mundo, basada en las leyes del movimiento de Newton. En el mundo físico, según la teoría cuántica, cada entidad posee una naturaleza dual. En la física clásica, se utilizaban dos conceptos distintos para describir los fenómenos naturales diferenciados: las ondas y las partículas. Las cosas que anteriormente percibíamos como partículas (objetos del tamaño de un punto), a veces pueden comportarse como ondas. Los fenómenos que antes percibíamos como ondas, a veces pueden comportarse como partículas. Posteriormente, estas partículas se dieron a conocer como fotones. La aceptación de la naturaleza cuántica de la energía (y de la luz), sólo fue el comienzo de la revolución que fundó la mecánica cuántica moderna.

Un aspecto importante, de esta dualidad onda-partícula, y el principio de indeterminación. Tal principio, formulado por Heisemberg, afirma que no se puede conocer la velocidad y la posición de una partícula independientemente de la otra. Este principio es cuantitativo y no se aplica sólo a la posición y el impulso, sino también a la energía y el tiempo, y a otros pares de cantidades conocido como «variables conjugadas.»

La paradoja del Gato de Schrödinger

Una peculiaridad del principio de Heisemberg, es que la medición cambia la función de onda, y, por lo tanto, altera la realidad. Esto ha llevado a muchos físicos a especular, idealísticamente sobre la interacción entre la conciencia y la «realidad cuántica» ¿Es la conciencia la que causa la desactivación de la función de onda? Un ejemplo famoso de este enigma, es la denominada «Paradoja del gato de Schrödinguer». Se imagina que hay un gato en una estancia totalmente cerrada, donde también hay un frasco de veneno. El frasco está unido a un mecanismo que romperá el frasco y envenenará al gato, cuando tenga lugar un suceso cuántico, por ejemplo, la emisión de una partícula alfa por parte de un material radioactivo. Si el frasco se rompe, la muerte del gato es instantánea. La mayoría aceptaríamos que el gato está vivo o muerto en un momento determinado. Pero si nos tomamos en serio la interpretación cuántica, denominada de la «Escuela de Copenhague» el gato está vivo y muerto. La función de onda del gato, comprende una superposición de dos estados posibles. Sólo cuando se abre la estancia, y se «mide» el estado del gato, se convierte en vivo o muerto.

Una alternativa materialista a la «interpretación de Copenhague» es que nada cambia físicamente cuando se lleva a cabo una medición. Lo que ocurre es que el estado de conocimiento del observador varía. Esta perspectiva implica una interpretación de la mecánica cuántica en la que en cierto nivel, las cosas podrían ser deterministas, aunque no sabemos lo suficiente para predecirlo.

La revolución de la Relatividad

El segundo golpe mortal a la física del siglo XIX, fue la introducción, por Albert Einstein, del principio de relatividad. Aunque tiene antecedentes en Galileo, la versión de Einstein sobre tal principio, lo transformó en el enunciado de que todas las leyes de la naturaleza tienen que ser exactamente las mismas para todos los observadores en movimiento relativo. Lo que Einstein había demostrado, era que los fundamentos de las leyes del movimiento de Newton se tambaleaban. Las ideas de espacio-tiempo están profundamente entrelazadas en las tres leyes del movimiento de Newton. ¿Cómo determinar si un cuerpo está en reposo, si se desconoce quién lo está observando y cómo se mueve?

La teoría de la relatividad de Einstein, supuso un gran avance pero no se detuvo ahí. Einstein dedicó los diez años siguientes a desarrollar una generalización completa de su teoría que le permitiera descartar definitivamente la concepción newtoniana del mundo y que remplazara la teoría de la gravitación universal de Newton. La teoría de la relatividad de Einstein es, esencialmente, una teoría de la gravedad. En la relatividad del tiempo, existen efectos adicionales de dilatación del tiempo y contracción de la longitud, debido a la gravitación. El espacio-tiempo se tuerce por la presencia de la materia. La luz deja de viajar en línea recta, e, incluso, viajar en el tiempo se convierte en una posibilidad (tal vez, puramente matemática). El obstáculo para ello, se basa en la irreversibilidad de las leyes de la termodinámica, según expusimos en nuestro trabajo «Las flechas del tiempo».

Armados con las nuevas teorías de la relatividad y la mecánica cuántica, así como con los avances de la tecnología experimental, los físicos actuales tratan de ampliar el alcance de la ciencia para describir el mundo natural. Los logros de la física teórica no se detuvieron con la elaboración de las teorías clásicas del electromagnetismo y de las acciones nucleares fuertes y débiles. Los físicos creen que en el caso de energías altas, se produce una simetría entre las acciones electromagnéticas y débiles. Las interacciones electrodébiles y fuertes, coexisten en una teoría combinada de las interacciones fundamentales denominadas el «modelo estándar». Los físicos esperan que, con el tiempo, lograrán unificar a las tres fuerzas básicas en una única teoría denominada GUT (Grand Unified Theory), en la que tanto trabajó Einstein sin resultado apreciable, tratando de unificarla con la teoría de la gravedad. El primer paso, en esa dirección, consistiría en incorporar la física cuántica a la teoría de la gravedad, con la finalidad de crear una teoría de la gravedad cuántica. Si alguna vez se consigue, la próxima tarea consistirá en tratar de unificar la gravedad cuántica con una teoría unificada completa. El resultado de este esfuerzo, sería una Teoría del Todo. Según Stephen Hawking, conocerla, sería como «conocer la mente de Dios», utilizando una metáfora.

La mejor teoría de la gravedad vigente, es la teoría general de la relatividad de Einstein. Se trata de una teoría clásica, en el sentido de que las ecuaciones de electro magnetismo de Maxwell también son clásicas, porque ambas teorías incluyen cantidades similares, en vez de distintas y describen un comportamiento que es determinista, en vez de probabilístico. Aunque las ecuaciones de Einstein también son precisas, para la mayoría de los casos, es igual de natural, buscar la creación de una teoría cuántica de la gravedad. El mismo Einstein, siempre creyó que su teoría era incompleta, y que, con el tiempo, se debería reemplazar por una completa. Aunque no se haya logrado completar tal teoría total, existen algunas ideas especulativas interesantes. Por ejemplo, ya que la relatividad general es una teoría del espacio-tiempo, el espacio y el tiempo en sí, deben cuantificarse en las teorías clásicas de la gravedad. Esto indica que, a pesar de que el espacio y el tiempo parecen continuos y uniformes, a una escala minúscula, a la longitud de Planck (a unos 1033), el espacio es mucho más grumoso y complicado, tal vez compuesto de una topología espumosa de burbujas unidas por túneles denominados «agujeros de gusano», que se forman continuamente, y se vuelven a cerrar siguiendo una escala de tiempo correspondiente al tiempo de Planck que es de 19-43 segundos.

Una aportación singular de Hawking, ha sido el estudio de los «agujeros negros». Estos surgen en una región del espacio-tiempo, donde la acción de la gravedad es tan intensa que la luz no puede salir. Fue Karl Schwarschild, el primero que apuntó tal posibilidad, basándose en las ecuaciones de Einstein.

Desde el trabajo pionero de Schwarschild, la investigación sobre los agujeros negros ha sido muy intensa. Aunque todavía no hay datos irrefutables sobre su existencia en la naturaleza, se cree que existen en muchos cuerpos astronómicos. Además de tener consecuencias potencialmente observables, los agujeros negros también plantean cuestiones fundamentales sobre la relatividad general. En tal teoría, la incapacidad de la luz para salir se debe a la curvatura extrema del espacio-tiempo creada por la existencia de grandes masas de materia.

Técnicamente, la existencia de agujeros negros se refiere a algo llamado el horizonte de evento, o de sucesos, que define el límite del agujero. El horizonte define el límite del agujero. No hay comunicación posible entre las regiones del espacio-tiempo dentro del horizonte y las del exterior al mismo. La presencia de tal horizonte, asegura que ninguna luz, u otra forma de radiación salgan del agujero negro, lo cual parece una denominación adecuada. Sin embargo, esta descripción lógica de los agujeros negros, quedó refutada en la década del 70 por Stephen Hawking, que estaba interesado en tratar de explorar las consecuencias de la física cuántica en regiones donde los campos gravitacionales son fuertes. Hawking demostró que, bajo ciertas circunstancias, los agujeros negros podían emitir tanta radiación, que al final se evaporarían por completo. Ahora bien, ¿cómo puede emitir radiación un agujero negro que está rodeado por un horizonte de sucesos? La razón por la que se admite tal «radiación de Hawking», es esencialmente porque se trata de un proceso cuántico.

Los cálculos de Hawking, habían demostrado que pueden ocurrir hechos singulares en torno a un agujero negro, cerca del horizonte de sucesos. Pero ¿qué ocurre dentro de tal horizonte? Según los teoremas de Roger Penrose, y de otros autores, el resultado inevitable es anómalo. Se trata de lo que se denomina una singularidad, en la que fallan las leyes tradicionales de la física. En matemática, una «singularidad» es una propiedad patológica donde el valor de una cantidad particular se vuelve infinito durante el transcurso del cálculo. El trabajo de Roger Penrose sobre las propiedades matemáticas de la singularidad de un agujero negro, causó una fuerte impresión en Hawking, quien se interesó en aplicarla en otros ámbitos. Para ello, se puso en contacto con Penrose para trabajar conjuntamente sobre problemas teóricos. La teoría del Big-bang proporciona el marco teórico para que los cosmólogos puedan interpretar las observaciones y construir nuevas ideas teóricas. Para Peter Coles, no es del todo correcto calificar al Big-bang de «teoría». Él prefiere utilizar la palabra «modelo». La diferencia entre teoría y modelo es sutil, pero una definición útil sería que normalmente una teoría es del todo independiente (puede carecer de parámetros regulables, y todas las cantidades matemáticas se definen a priori), mientras que un modelo no es de la misma manera. Según el modelo del Big-bang, el Universo se origino a partir de un estado inicial de alta temperatura y densidad, y desde entonces se ha ido expandiendo. La dinámica del Big-bang, se define matemáticamente en las ecuaciones de la teoría de la relatividad de Einstein. Estos modelos predicen la existencia de una singularidad al principio, donde la temperatura y la densidad son infinitas. La mayoría de los cosmólogos interpretan la singularidad del Big-bang en forma muy parecida a la singularidad del agujero negro. Si esto es así, entonces la única esperanza para comprender las etapas iniciales de la expansión del Universo, es mediante una teoría de la gravedad cuántica. Como carecemos de tal teoría, la teoría del Big-Bang resulta incompleta. Podemos calcular las escalas de longitud y tiempo en que eso sucede. Nuestra comprensión del Universo se desmorona completamente en momentos anteriores al tiempo de Planck, que es de unos 10-43 segundos después del Big-bang en sí.

Eliminar los infinitos

La presencia de una singularidad al principio del Universo, es algo muy negativo para el modelo del Big-bang. A escala cosmológica, el Big-bang parece tener una dirección predilecta, tal y como lo describimos en nuestro artículo «Las flechas del tiempo». Nuestro Universo se expande en vez de encogerse, pero podría estar derrumbándose y describirse con las mismas leyes. ¿O podría ser que la discrecionalidad del tiempo que observamos es elegida por la expansión a gran escala del Universo. Hawking y otros expertos han especulado, sobre que si viviéramos en un universo cerrado que al final dejara de expandirse, y empezara a contraerse, entonces el tiempo empezaría a contraerse y a correr hacia atrás durante la contracción. Hawking estuvo convencido durante un tiempo de que así tendría que ser, pero después cambió de opinión.

Hay al menos otras dos ramas de la teoría física que plantean preguntas sobre la «flecha del tiempo». Una surge directamente del principio físico de la segunda ley de la Termodinámica. Esta ley establece que la «entropía» (o desorden) de un sistema cerrado nunca disminuye. La entropía es una medida del desorden de un sistema, o que tal desorden siempre tiende a incrementarse. Tal ley es una afirmación «macroscópica»: alude a cuerpos grandes, como una máquina de vapor, pero una descripción microscópica de átomos y estados energéticos proporcionados por la mecánica estadística. Las leyes que rigen estos microestados son perfectamente reversibles respecto al tiempo.

Una idea relacionada con la cosmología cuántica, desarrollada por Hawking, junto a Jim Hartie, es que la firma distintiva de un tiempo puede borrarse cuando el campo gravitacional es muy fuerte. Tal idea se basa en un uso ingenioso de las propiedades de los números imaginarios. (Los números imaginarios son todos los múltiplos del número 1, que se define como la raíz cuadrada de menos uno) Esta intromisión en la naturaleza del tiempo, forma parte de la hipótesis «sin fronteras» de la cosmología cuántica de Harde y Hawking. Puesto que en esta teoría, el tiempo pierde las características que lo separan del espacio, el concepto de comienzo en el tiempo no tiene sentido. Espacio-tiempo con esta firma carecen de fronteras. No hay big-bang, no hay singularidad porque no hay tiempo, sólo otra dirección del espacio. Esta perspectiva del Big-bang, considera que no hay creación, puesto que la palabra «creación» implica una especie de «antes y después» si el tiempo no existe, entonces el Universo no tiene comienzo. Peguntar que ocurrió antes del Big-bang, es como preguntar que hay más al norte del Polo Norte. La pregunta carece de sentido.

Otra cuestión importante relacionada con las leyes de la física y vinculada con el inicio mismo del espacio y el tiempo da lugar a las interpretaciones idealistas de algunos físicos, que estudian los comienzos del Universo hacia una filosofía idealista neoplatónica, que defiende que lo que realmente existe son las ecuaciones matemáticas de la denominada «teoría del todo» (por ahora desconocida), en vez del mundo físico de la materia y la energía. Una «teoría del todo» estaría compuesta de un paso adicional hacia la unificación de las leyes de la física, hasta incluir la gravedad cuántica. Sin embargo, la búsqueda de la Teoría del todo, también plantea interesantes preguntas filosóficas. Algunos físicos, Hawking entre ellos, considerarían la construcción de una teoría del todo como una lectura e de la mente de Dios. Pero Hawking ha expresado con frecuencia, en muchas de sus citas, que no cree en algo parecido al Dios cristiano. En realidad, su noción de un mundo sin fronteras (y por lo tanto, sin un comienzo y un final) descrito en todos sus aspectos por una única teoría matemática del todo, no deja espacio para ningún creador. No obstante, Hawking cree que cuando la teoría del todo se descubra (si eso llega a suceder) se explicará que el Universo tiene un significado y cuál es nuestra función en él, aparte de permitirnos «saber porqué existe el Universo. Hawking cree que es posible sustituir la religión y la metafísica por una teoría que incluya todas las leyes de la naturaleza. Pero las preguntas filosóficas sobre el Universo, incluirán inevitablemente algunas que no pueden responderse en el marco de las matemáticas. Por otra parte, la utilización por Hawking de la metáfora «la mente de Dios», recuerda la también utilización de la metáfora por Einstein, en su crítica al indeterminismo en física, al manifestar que «Dios no juega a los dados». Es curioso que ateos, o no creyentes como Einstein y Hawking utilicen tales metáforas divinas. Quizás debido a sus insuficiencias filosóficas no les permite emanciparse del todo de sus anteriores creencias religiosas.