Las
pruebas empíricas del Big Bang
(semejanzas
y diferencias entre el modelo
científico del Universo y el cosmos de algunas versiones
filosófico-especulativas)
Jesús Heriberto Ureña Pajarito
La
convicción de que el Universo es una unidad que se despliega
expandiéndose y
diversificándose, de que toda esta heterogeneidad del mundo se
comprendería
mejor si suponemos que se fundamenta sobre una realidad básica
subyacente, de
que nosotros somos parte de este magno-proceso y formamos una Unidad
con él, no
es patrimonio exclusivo de modelos cosmológicos recientes como
En todas estas concepciones, tanto
las filosófico-religiosas como el modelo científico del Big Bang,
suponen que
toda la realidad material existente en el Universo, con toda su
multiplicidad y
diversidad, encuentran su explicación en una realidad fundamental
subyacente
que lo sostiene todo y a partir de la cual todas las cosas encuentran
su explicación
sustancial. Se representa a la realidad
Universal en perpetuo cambio y transformación, generándose en ello el
tránsito
de distintas fases evolutivas que al superponerse se organizan
complejizándose. Se afirma además que tal
realidad está gobernada
por ciertos principios básicos que regulan el comportamiento dinámico
de las
cosas que constituyen el Universo. Y por
último se señala que estos principios pueden ser unificados en uno solo. En otras palabras, esto se puede resumir
diciendo que toda la multiplicidad, diversidad y dinámica del Universo
puede
comprenderse como si estuviera organizada por ciertos principios
básicos, los
cuales no son más que la expresión manifiesta de una realidad más
fundamental y
subyacente que lo sostiene todo, es decir, en esta forma de pensar las
cosas,
todo emana de una fuente unitaria.
Así
por ejemplo en el pensamiento de Heráclito, el Universo es
concebido como
si estuviera gobernado por un principio universal que simbolizaba con
el fuego
para representa el flujo continuo y el cambio de todas las cosas. El veía que el mundo estaba diseñado por una
interacción dinámica y cíclica de fuerzas opuestas en perpetuo
antagonismo, las
cuales eran trascendidas en una unidad a la cual llamaba Logos. De forma muy parecida se presenta el logos
hegeliano o autoconciencia cósmica, la cual conteniendo en sí el
principio de
su propio desarrollo se objetiva transformándose o alienándose en la
naturaleza, para luego superar esa otredad en la razón humana por medio
de la
cual se reconoce y logra su plena realización contemplando su propio
desarrollo
como autoconciencia. En el pensamiento
Hindú, particularmente en el Bhagavad Gita se nos presenta la imagen de
un
universo cíclico que surge de la inmanifestación a la manifestación al
apuntar
el día de Brahma y retorna de la manifestación a la inmanifestación al
apuntar
la noche de Brahma, surgiendo y disolviéndose cíclicamente de las manos
del
Creador. Es la concepción de un Dios que
al mismo tiempo que es inmanente (mora y vive en todas las cosas) es
trascendente (está por encima de ellas).
El texto lo dice así:
Al día de Brahma sucede la noche de Brahma.
Al apuntar el día de Brahma todas las cosas
surgen de la inmanifestación a la manifestación.
Al llegar la noche de Brahma todas las cosas
retornan de la manifestación a la inmanifestación.
Se disuelve el Universo; pero un universo surge
a la existencia de manos del Creador.
Bhagavad Gita p. 37
Otro pasaje
del mismo libro nos lo dice así:
Al fin de un Kalpa, de un día de Brahma, de un
periodo de creadora actividad, los seres y las cosas vuelven a mí.
Y al comenzar un nuevo Kalpa, emano todos los
seres y las cosas y reanudo mi creadora actividad.
Ibid p.39
En los Upanishads también se
encuentran expresiones parecidas; la imagen de un Universo cíclico de
creación
y destrucción que son el despertar y el sueño del Ser supremo del que
todo
emana y en el que todo se destruye, a la vez que se reconoce a ese ser
como
Eso mismísimo en quien se originan esos seres
por el cual teniendo origen, viven, a quien desaparecidos vuelven de
nuevo, ¡procura
comprender eso!, Eso es el Brahma.
El alma de las cosas creadas es unidad, solo
dividida entre criatura y criatura: unidad y pluralidad al mismo tiempo
como la
luna reflejándose en muchas aguas.
El Brahma sirve de morada a todas las cosas
vivientes y mora en todas las cosas vivientes.
Tomado de A. Schweitzer
“El pensamiento de
F.C.E. pp. 40-41
Se podrían seguir presentando textos
que ejemplifiquen esta forma de pensar, textos de pensadores de otras
culturas
y otras épocas, sin embargo, el objetivo era solo ilustrar con algunos
ejemplos, la imagen de un Universo dinámico y en transformación
constante que
reconoce que en toda la diversidad y multiplicidad de las cosas existe
un fundamento
unitario, la fuente de la que todo emana.
La relevancia de este esquema mental
ha sido reconocida por algunos científicos occidentales.
La ciencia nos está conduciendo a tomar
conciencia de
es fascinante ver que la ciencia del siglo XX,
que tuvo su origen en la visión del mundo mecánico, y que realmente
sólo llegó
a hacerse posible a causa de tal concepto, ahora supere esta
fragmentación y
regrese de nuevo a la idea de unidad expresada en las primeras
filosofías
griegas y orientales.
Fritjof
Capra El Tao de la física.
p. 321
Editorial Humanitas
Los astrofísicos estadounidenses
Frank Durham y Robert D. Purrington reconocen el fuerte parecido que
guarda la
concepción actual del cosmos con la antigua idea del mismo sostenida
por
Anaximandro que señalaba la separación de los opuestos a partir de la
sustancia
infinita (El Apeiron).
En el primer instante del Big Bang, cuando las
densidades eran enormes, la gravedad fue demasiada intensa para que
todas las
posibles partículas elementales fuesen producidas por fluctuaciones del
vacío. El universo actual es tan solo el
residuo frío, transparente y expandido de estas partículas… en el caso
de que
el universo producido de esta manera tenga masa suficiente para causar
una
final recaída la materia retornaría en el último instante al estado de
vacío.
Algunos teóricos han supuesto que las propias leyes físicas de
algún
modo se “condensan”, tal vez de manera estadística en el momento mismo
en que
aparece la materia. Este lenguaje,
reconocidamente esotérico nos recuerda el principio dinámico de
Anaximandro, la
separación de los opuestos a partir del infinito que a su vez, hace eco
a los
mitos del medio oriente acerca de la creación.
Frank
La trama del Universo. FCE p.276
Sin embargo, a pesar de reconocer un esquema mental compartido entre la imagen científica actual del cosmos y las concepciones filosófica-religiosas desarrolladas en otros momentos y en otras culturas, este parecido queda en un plano muy general. El modelo científico del Big Bang se distingue de las concepciones filosófico-especulativas, porque se trata de una representación construida sobre la base de datos empíricos interpretados a luz de leyes físicas.
Cuatro pruebas son fundamentales para poder hablar de un modelo de Universo en expansión a partir de una singularidad inicial, aún cuando hay un quinto argumento que de manera indirecta apoya a esta representación. Es a partir de estas pruebas y los argumentos asociados a ellas, que la comunidad científica reconoció en este modelo la confirmación de un cosmos dinámico, en evolución y constante transformación, deshaciéndose con ello de la teoría rival; la teoría del estado estacionario, la cual hablaba de un Universo infinito tanto en el espacio como en el tiempo, sin principio ni fin.
La primera de las pruebas que habla a favor de un Universo en expansión es el efecto doppler, la cual para el caso de la luz, nos posibilita entender la variación en la frecuencia de ondas observadas entre la fuente emisora y el observador; la frecuencia aumenta a medida que la fuente se aproxima y disminuye cuando se aleja, incrementando con ello su longitud de onda. En 1929 E. Hubble descubre que las galaxias más distantes (las cuales se descubrieron en 1924) tienen un pronunciamiento hacia el rojo en sus espectros y que éste se hace más marcado. Mientras más distante está el cuerpo que la emite. Debido a ello a esta prueba se le conoce como corrimiento hacia el rojo.
Si las galaxias, debido a sus espectros, parecen mostrar un movimiento de retirada o alejamiento de unas con respecto a otras, por un proceso mental inverso es susceptible suponer que anteriormente estaban más reunidas, hasta el grado tal que retrotrayéndonos muy lejos en el tiempo, todas estuvieron inicialmente condensadas. Por lo tanto, el Universo se está expandiendo y las galaxias se alejan.
La segunda de las pruebas que habla a favor de la expansión del Universo a partir de una gran explosión, es el descubrimiento de los Quásares y la densidad del Universo en etapas muy primitivas de su formación. Los Quásares (el primero de los cuales fue descubierto en 1963 por el astrónomo Maarten Schmidt) son objetos celestes que emiten una cantidad de energía muy superior al de las galaxias normales teniendo un volumen extraordinariamente menor que estas. Lo que se observó en ellos es que sus líneas espectrales estaban muy marcadas hacia el rojo, lo cual es una indicación de que se trata de un objeto que se aleja con una alta tasa de velocidad, razón por la cual nos hace suponer que se encuentra a una gran distancia de nosotros (miles de millones de años luz). Esta es la razón por la cual los Quásares no podrían ser estrellas, debido a este enorme desplazamiento hacia el rojo.
Puesto que los Quasares son objetos con una gran intensidad luminosa, una gran velocidad de recesión y una distancia tan lejana, (al borde del Universo visible) se les considera como reliquias del período inmediatamente posterior al gran estallido o Big Bang, a sólo mil millones de años después de acontecido este espectacular suceso. Probablemente se trata de núcleos de galaxias jóvenes que contienen un enorme agujero negro sobre el cual se desploma la materia circundante, generando con ello una gran cantidad de emisión de energía radiante que logra escapar al colapso gravitacional.
La razón por la cual muchos astrónomos creen que las galaxias han pasado por una fase temprana de tipo quásares en su desarrollo, es que cuando utilizan sus telescopios para observar hacia lo lejos en el firmamento, también observan hacia atrás en el tiempo. Esto lo sabemos porque —la luz que es nuestro sistema de información— con una velocidad finita, tiene que recorrer distancias mayores en unidades de tiempo también mayores. Debido a ello, esta es nuestra ventana hacia el pasado, y por esta razón podemos enterarnos cómo era nuestro Universo en las etapas más primitivas de su formación. Al explorar enormes distancias, estas se traducen en un orden temporal regresivo. En los confines del Universo observable, los astrónomos descubrieron mayor densidad de cuerpos estelares y estas estructuras protogalácticas (Quásares), probables fases tempranas del desarrollo evolutivo de las galaxias, con lo cual se demostraba que el Universo no ha sido siempre como es, si no que ha variado su estructura en el proceso de expansión, pasando por facetas o estadios en su desarrollo.
La tercera prueba es el fondo de radiación cósmica, entendida como el remanente cósmico de la radiación producida en el Big Bang, y predicha por George Gamow en 1949, casi 20 años antes de su descubrimiento accidental por Arno Penzias y Robert Wilson en 1965. Se piensa que este remanente de radiación es isotrópica porque se encuentra distribuida uniformemente por todo el universo a una temperatura de 3 grados K por encima del cero absoluto.
La cuarta y ultima prueba que habla a favor del Big Bang es la abundancia de H y He y la escasez de los otros elementos químicos. El H y el He se explican como productos que tuvieron lugar en las primeras etapas de formación del universo, mientras que los restantes elementos químicos se comprenden como el resultado de reacciones termonucleares en el interior ardiente de las estrellas, donde se da el proceso de fusión nuclear. El argumento en términos muy sucintos es más o menos el siguiente; es de suponer que hubo un cierto “momento” (al que James Trefil llama “ventana de oportunidad”) muy corto en el que la expansión y su consecuente descenso en la temperatura no fue lo suficientemente fuerte para que haya impedido la formación de núcleos atómicos. Sin embargo, siendo este momento tan breve, solo los núcleos de H y He y pequeñas cantidades de Litio pudieron haberse formado. Después de ese “momento” el Universo se habría expandido tanto y sus temperaturas descendido a tal grado que serían insuficientes para seguir manteniendo reacciones termonucleares que permitieran la formación de elementos más pesados. Estos se producirían posteriormente en el interior de las estrellas o en explosiones de supernovas. En los primeros micro-instantes del Universo, antes de ese “momento” o “ventana de oportunidad”, ni siquiera el H pudo haber existido debido a la alta temperatura que se generaba por la altas presiones. La materia estaría en estado plasmático, y más allá de un cierto valor numérico en el índice de su temperatura, el Universo estaría en estado de energía “pura”.
Lo más interesante de esta prueba es que fue sugerida en los años cincuentas por Fred Hoyle y sus colegas, los cuales supusieron que los restantes elementos químicos pudieron haberse formado en el interior ardiente de los núcleos estelares. Esto era una prueba empíricas a favor del Big Bang, muy a pesar del mismo Hoyle, creador de la teoría del estado estacionario.
Hoyle lo expuso de manera muy sincera en los siguientes términos:
Algunos lectores se sorprenderán viéndome entonces en el centro de un movimiento en defensa del Big Bang, porque los medios de comunicación, en su insistente afán de simplificar las cosas, siempre me presentaron como un inamovible defensor de la teoría del estado estable. En la década de 1950 y principios de los años sesentas, debo confesarlo me mantuve impermeable a las criticas de la teoría del estado estable, por la sencilla razón de que no pensaba de que dichas críticas aportasen gran cosa. Sin embargo, el argumento del helio era algo muy distinto: tenía un gran impacto, y exigía respeto.
Fred Hoyle. El Universo Inteligente.
p. 176. Editorial Grijalbo.
Un quinto argumento que apoya la imagen de un Universo en expansión, aun cuando no se trata de una prueba empírica directa, es el fenómeno de la entropía con el cual se señala la tendencia unidireccional hacia un estado de equilibrio termodinámico. La entropía o segunda ley de la termodinámica señala que el flujo de energía se da de los cuerpos que tienen mayor concentración a los que tienen menor, impidiéndose que el proceso se de en sentido inverso. Esta ley habla de procesos irreversibles y le imprime a la dinámica del Universo una dirección temporal que apunta hacia una uniformidad térmica en completo equilibrio. Este estado estable hacia el que tiende unidireccionalmente el Universo representa un estado de máximo desorden molecular o máxima entropía y se vino en llamar la “muerte térmica”. La razón de que el Universo no haya llegado a este estado de entropía máxima y por lo tanto que no haya sufrido la muerte por equilibrio térmico hacia el cual tiende, es la prueba de que no ha durado toda la eternidad, es finito y ha tenido un comienzo.
Estas son las pruebas que hablan a favor de este modelo teórico, el cual esta sustentando sobre la base conceptual de las teorías de la relatividad especial y general, y que ha diferencia de la concepción newtoniana que afirma el carácter absoluto de la masa, el espacio y el tiempo, relativiza el valor de estas magnitudes a los sistemas de referencia, los cuales al no ser equivalentes, señala que a velocidades cercanas a la de la luz el tiempo transcurre más lentamente, las longitudes se acortan y la masa se incrementa, además de que en campos gravitacionales de gran intensidad, el tiempo se dilata y el espacio se curva.
Si suponemos este modelo como cierto, al afirmar que toda la materia del Universo se hallaba primitivamente concentrada en un punto único al que una gigantesca explosión habría desintegrado y proyectado en todas direcciones, entonces toda la estructura actual del Universo, lograda por el proceso evolutivo y las leyes que lo gobiernan, tiene su razón de ser en las condiciones iniciales del Big Bang. Todo el desarrollo del Universo debe ser inteligible a partir de aquellos primeros instantes de la creación. Y esto es lo que pretenden Las Teorías del campo Unificado, cuyo objetivo es unir en una sola expresión matemática los efectos cuánticos (lo muy pequeño) con los relativistas (escala de lo muy grande). Los escenarios posibles para tal unificación son las singularidades del espacio–tiempo en el colapso gravitacional de un cuerpo supermasivo como los agujeros negros o en las condiciones iniciales del Big Bang, que son situaciones en las cuales se hacen notables los efectos cuánticos–relativistas debido a que se trata de fenómenos micro-atómicos con altas condiciones de gravedad. Por estas razones a esa teoría se le ha bautizado con el nombre de gravedad cuántica.
S. Hawking nos apunta hacia dónde se dirige tal teoría en los siguientes términos:
…la indeterminación que predicen los efectos cuánticos corresponde solo a escalas muy pequeñas, mientras que la relatividad general aborda la estructura espacio-tiempo en escalas muy grandes. Pero los teoremas de la singularidad que Roger Penrose y yo sustanciamos demuestran que el espacio-tiempo sólo se curvará mucho en escalas muy pequeñas. Los efectos del principio de indeterminación se tornarán estonces muy importantes, y esto parece apuntar hacia algunos resultados notables.
S. Hawking, “Agujeros negros y pequeños universos”.
P.25 Edit. Planeta
Y en otra parte, Gene Stone en una entrevista en relación al pensamiento de Hawking, comenta:
Los modernos lineamientos de la relatividad general son más certeros en los campos gravitacionales fuertes; los de la mecánica cuántica en pequeñas distancias. Por lo tanto, una teoría de mecánica cuántica de la geometría espacio-tiempo, la gravedad cuántica sería esencial para la comprensión de los acontecimientos que tienen lugar a pequeñas distancias y se relacionan con campos gravitacionales fuertes. Uno de tales acontecimientos es el Big Bang. Otro sería el interior de un agujero negro.
Entrevista con Gene Stone en “breve historia del tiempo”
De S. Hawking. pp.71-72 Edit. Planeta.
La hipótesis es que a energías aún más altas habrá una unión entre esta fuerza electro-débil y la fuerza nuclear fuerte en una interacción unificada, y que finalmente, en condiciones de muy alta energía, la gravedad, la más débil de las cuatro fuerzas, será incluida en una sola teoría completamente unificada.
John Gribbin. “El punto Omega”
p.62. Edit. A.U, Conaculta.
Las únicas condiciones en que se podría unificar a las cuatro fuerzas en una única superfuerza, es cuando la gravedad toma el control universal y vence a las restantes en un colapso gravitacional (singularidad de un hoyo negro) o en la singularidad inicial del big bang.
Paul Davies en un artículo introductorio a su libro “La mente de Dios” expresa esto mismo en los siguientes términos:
Muchos físicos teóricos esperan y confían en que todas las leyes básicas de la física puedan fundirse en una única superley. Esta teoría se podría expresar como una breve fórmula matemática… A partir de esta fórmula, se podría deducir luego la descripción de toda la naturaleza.
Revista “muy interesante”
p. 10 Año IX No. 9
La manera en como los astrofísicos pueden reconstruir la expansión del Universo en sus etapas iniciales es mediante la combinación de ciertas variables o factores sometidas a un análisis computacional a través del cual se destacan las estructuras que podrían haberse producido en ciertas condiciones límite de energía virtual, los cuales simulan el panorama energético de las fases tempranas del Universo. El proceso sería más o menos como sigue. Partamos del hecho de que hay un principio físico que nos dice que en general toda materia cuando está más comprimida es más caliente que cuando no lo está. De esta forma cuando el Universo era más joven tenía la materia más comprimida y por lo mismo en un estado de temperatura más elevado. Mientras más retrocedamos, hacia condiciones tempranas de la creación del Universo nos encontramos con un panorama más caliente y con colisiones más violentas entre sus partes constituyentes. Con el proceso de expansión del Universo y a medida que iba enfriándose el Universo, alcanzó una serie de estadios cruciales que produjeron cambios fundamentales en sus estructuras.
Estos cambios son para James Trefil, seis:
1. A las 10-43s la gravedad se separa de las otras fuerzas.
2. A las 10-33s la fuerza fuerte se separa.
3. A las 10-10s las fuerzas débil y electromagnética se separan.
4. A los 10 microsegundos los quarks se combinan para formar partículas.
5. A los 3 minutos se forman los núcleos de luz.
6. a los 500,000 años se forman los átomos.
Después vendrían otros momentos en la evolución del Universo para dar lugar a la formación de quasares, galaxias, estrellas, planetas, vida e inteligencia. En todo caso, la tesis principal del argumento nos dice que; todo este maravilloso despliegue de diversidad de cosas, puede ser explicado mediante la formulación de una unidad subyacente que lo sostiene y fundamenta todo y este es el punto en el que se puede afirmar que existe un paralelo entre la concepción científica del cosmos y las visiones de algunos pensadores de tradiciones filosófico-especulativas. Pero sólo se puede sostener tal paralelo en los rangos más generales de su formulación, ya que en los detalles se diferencian enormemente. Lo que se quiso evitar en este trabajo al hacer tales comparativos es caer en el extremo de afirmar, como lo hacen algunos, que los antiguos ya lo sabían todo, que no hay nada nuevo bajo el sol, y también evitar el otro extremo de afirmar que los antiguos se encontraban en una etapa de desarrollo infantil del pensamiento y por lo tanto no tienen nada que decir al respecto. Lo que en este trabajo se sostiene y afirma es que se puede suponer con buenas razones que existe un paralelo conceptual entre ambas formas de representación (la científica y la filosófico-especulativa) pero sólo sobre la base de ver tal paralelo a través de un esquema representacional general, y en ese sentido reconocer que las especulaciones de los antiguos tenían un alto nivel de abstracción, sin que esto suponga que se puedan poner al mismo nivel de elaboración teórico-conceptual del nuevo modelo científico del cosmos.
Bibliografía básica
· Revista “muy interesante” Año IX No. 9 p.10.
· La frontera del infinito. Edit. Salvat.
· Dios y la nueva física. Edit. Salvat.
· El Universo desbocado. Edit. Salvat.
· El espacio y el tiempo en el Universo Contemporáneo. f.c.e. brev. No. 322.
Planeta
· Historia del tiempo. Edit. Planeta.
· Breve historia del tiempo. Edit. Planeta.