HABLEMOS DE COSMOLOGIA
Cuando reflexionamos sobre cosmología o hablamos de ella, las primeras preguntas que se nos presentan son: ¿Cómo fue el Big Bang? Y ¿Porqué su evolución nos ha llevado hacia la vida consciente y no ha sido de otra manera?.Para hablar de este tema, debemos hacerlo según los conocimientos científicos en el momento histórico que nos encontramos, no podemos soñar forzando unas ideas que podamos encontrar satisfactorias si nos alejamos de las reglas de juego que nos impone el método científico, sería tan absurdo como si quisiéramos jugar al fútbol aplicando las reglas del ajedrez
HACE UNOS QUINCE MIL MILLONES DE AÑOS
Había una vez un punto, que no estaba en ninguna parte, ya que el mismo lo era todo, este punto singular, tenía la particularidad de contener toda la energía que hay en el universo en equilibrio termodinámico, es decir todas las partes del punto, si se puede decir esta expresión, tenía las mismas propiedades, y además como corolario de su propia existencia era depositario “per se” de su conceptualidad, todas las leyes de la física estaban de alguna forma en él, ya que no había nada más.A esta situación, los cosmólogos la denominan “singularidad”, que es una manera elegante de decir que no se sabe nada de ello, o más concretamente que no se puede expresar mediante fórmulas matemáticas.El Big Bang fue un concepto acuñado despectivamente por Fred Hoyle en unas charlas en la BBC que hicieron historia. Cuando se habla de ello se habla como si se tratase de un acontecimiento que hubiese tenido lugar en un espacio y en un tiempo determinado, como un inmenso castillo de fuegos artificiales que estalla en un lugar específico ante el ¡ooh! admirativo de un público que lo observa.Este símil quizás por lo sencillo nos conduce a un error ya que no “estalla” en un lugar del espacio, el espacio y el tiempo no existían todavía, el “estallido” tiene lugar en la totalidad de una singularidad que los cosmólogos vienen en llamar “falso vacío” en la cual sucedían todo hecho de fluctuaciones cuánticas en un medio en el cual ni el espacio ni el tiempo tenían aún significado.Todo sucede como si ocurriese detrás de una tupida cortina que nos lo impidiese ver. La curvatura espacial en el tiempo igual a cero es tal, que las leyes de la física no existían todavía, las teorías “gauge” parecen indicar que algunas de estas surgen espontáneamente en el tiempo de Plank, a los 10E-43 segundos cuando el “universo observable” tenía 10E-33centímetros de diámetro (esta distancia es igual al tiempo de Plank multiplicado por la velocidad de la luz).
MODELOS
Los científicos para interpretar el universo, hacen uso de modelos que no son nada mas que construcciones lógicas que sirven para explicar el mundo real, no se puede garantizar sin embargo que un modelo sea correcto, lo más que se puede afirmar es si es o no adecuado en el momento actual para explicar un determinado fenómeno.Adentrarnos en los modelo de “creación” nos exige cierta capacidad de abstracción, lo intentaremos tomando un ejemplo cercano:
EL FALSO VACIO
Consideremos que tenemos un imán, si lo calentamos por ejemplo a mil grados, desaparecen las alineaciones de los dominios magnéticos, cada uno de ellos se orientará al azar y el imán no tendrá una magnetización neta, luego no existirá campo magnético. Si lo dejamos enfriar, cuando llega a unos 800 grados (punto de Curie), la interacción entre los dominios es tal que ellos mismos tienden a alinearse produciéndose un campo magnético. A esta transición del desorden al orden la denominaremos “transición de fase”.Por encima del punto de Curie no hay ninguna dirección privilegiada, todas son iguales, con lo que diremos que el sistema tiene un alto grado de simetría. Por debajo del punto de Curie nos encontramos que sí hay una dirección privilegiada: La definida por los polos norte y sur del imán. Luego diremos que cuando hay una transición de fase se rompe la simetría.Comparemos lo hasta ahora dicho con el Universo, y reemplazcamos el conocido campo magnético por otro menos conocido: El campo de Higgs, que es el que determina las propiedades de las partículas elementales. Este campo tiene también la propiedad de desaparecer a temperaturas muy altas, cuando se unifican las fuerzas fuerte y electrodébil. Otra propiedad del campo de Higgs es que el valor mínimo de la energía del universo no se corresponde con un valor cero del campo, sino a un determinado valor distinto de cero.Igual que como sucedía con el imán, al empezar a enfriarse el universo, a los 10E-35 segundos después del big bang, hay una transición de fase, se rompe la simetría original y aparece el campo de Higgs, casi toda la energía del universo queda atrapada en este campo, no pudiendo escapar hacia un nivel de menor energía. Es el momento que los físicos de partículas llaman de “falso vacío” debido a que no es el punto más bajo de energía que podría tener el sistema. Toda la energía queda inmovilizada por el potencial de Higgs, y casi ninguna aparece como materia en el universo como tal.
EL MODELO INFLACIONARIO
Cuando se aplican las ecuaciones de la relatividad a este modelo, las ecuaciones predicen un comportamiento muy extraño, en vez de expandirse normalmente y de forma pausada al correr el tiempo, resulta que lo hace exponencialmente, doblando su tamaño casi cien veces desde los 10E-35 a los 10E-32 segundos, por este motivo su creador Alan Guth (1947- ) a este comportamiento lo llamó “inflación”.A medida que el universo se expande, aumenta el falso vacío, que actúa como fuerza repulsiva, lo que hace aumentar la expansión, la energía, por efecto túnel se escapa de la barrera de potencial de Higgs, saliendo del pozo de falso vacío, y al encontrarse que su energía es más alta que el potencial, convierte el exceso de energía en materia. El universo se ha hecho enorme, quizás 10E400 años luz, distinguiéndose ahora dos conceptos: El universo propiamente dicho y el universo observable del que es una pequeña parte
LA EXPANSION DEL UNIVERSO Y LA VELOCIDAD DE LA LUZ
Cuando se dice que la velocidad de la luz es la máxima velocidad que puede existir, quiere decir que según la teoría de la relatividad es la máxima velocidad con la que se puede transmitir algún tipo de información. Si en una noche estrellada estamos equipados de un compás de puntas y proyectamos una de ellas a una estrella y de golpe abrimos el compás, el punto teórico que corresponde a la otra punta en la misma proyección estelar, se habrá trasladado a una velocidad muy superior a la velocidad de la luz y no habremos incumplido ninguna ley física ya que hemos movido solo un punto inmaterial, no ha existido en este movimiento ninguna transferencia de información, ni de materia ni de energía desde el punto origen al punto final.En algún momento de la expansión del Universo y más concretamente en el periodo inflacionario, es el espacio el que se expande a una velocidad superior a la de la luz, no es la materia la que lo hace. Imaginemos que en una carrera de 1.500 metros lisos una vez han salido los corredores, la línea de salida la movemos continuamente para atrás (expandimos el espacio), cuando llegan los corredores a la meta, el cociente final entre el espacio total medido (no el recorrido) y el tiempo empleado, nos da una velocidad muy superior a la llevada.A un cuerpo del universo, una galaxia, un quasar, que le suceda tal cosa, quizás no podamos aplicarle ninguna corrección relativista, pero si su velocidad relativa es superior a la de la luz, desaparecerá para siempre de nuestro universo observable, luego no es de extrañar que el universo que podemos ver sea una ínfima parte del universo ‘real’.
EL UNIVERSO PERCEPTIBLE
Solo podemos conocer del Universo aquello que el mismo nos comunica. Fisiológicamente solo podemos procesar la información obtenida por nuestros sentidos, no podemos por lo tanto tener sensaciones o experiencias que nuestro sistema neurosensorial respondiendo a estímulos externos no los pueda generar. El conjunto de conocimientos así adquiridos forman lo que podríamos denominar nuestro “universo perceptible”.Para conocer bien nuestro “universo perceptible” debemos experimentar con los elementos que lo forman, de tal manera que provocando reacciones de ellos ante factores que podamos controlar, adquiramos el conocimiento suficiente para crear nuevos modelos que nos produzcan la satisfacción suficiente para considerarlos ciertos (concepción orteguiana de la verdad).La innata curiosidad humana nos ha llevado además a diseñar y construir extensiones artificiales de nuestros sentidos: radiotelescopios, detectores de rayos X .... lo que nos ha permitido obtener una información a la que antes no teníamos acceso. Estas extensiones artificiales de nuestros sentidos son los instrumentos científicos.
EL UNIVERSO OBSERVABLE
El resultado de añadir a nuestro sistema neurosensorial las extensiones artificiales, ha ampliado el horizonte de nuestro “universo perceptible” formando el que podríamos denominar “universo observacional”.El conocimiento del Universo observable es pues función del equipamiento científico que en un momento histórico determinado se pueda poseer.En astronomía al no poderse experimentar en situaciones controlables como se puede hacer en un laboratorio terrestre, debemos limitarnos a observar pasivamente y procesar la información obtenida del objeto observado, lo que dificulta la creación o sostenimiento de modelos que puedan interpretar la información que recibimos del Universo propiamente dicho.
EL LARGO CAMINO A LA COMPLEJIDAD
Cuándo después del Big Bang, la temperatura bajó lo suficiente (unos cien mil años después), todas las fuerzas se separaron del tronco común y la más débil de ellas, la gravedad, tomó preponderancia a gran escala. Poco a poco y alrededor de zonas aleatoriamente más densas se empezó a acumular más y más materia formándose las primeras macro estructuras, las protogalaxias, y a partir de aquí todo un largo camino que ha llevado de forma jerarquizada a un aumento en la complejidad. Del elemento mas simple, el hidrógeno, a lo más complejo, la vida. Hemos intentado introducirnos en el “quid” de la primera pregunta ¿y de la segunda?
EL PORQUE HEMOS EVOLUCIONADO ASI
Los científicos están cada vez mas convencidos de la existencia de algún tipo de vida en el universo, aparte de en nuestro planeta claro está, pero esta cuestión que parece obvia merece una profunda reflexión: ¿Porqué se muestra tan propicio el universo a la vida? ¿Hay algún sentido oculto?, ¿Porqué las leyes de la física son así y no de otra manera?.Pongamos un ejemplo: En nuestro universo los neutrones son cerca de un 0,1% mas pesados que los protones, como resultado, un neutrón libre degenera espontáneamente en un protón y un electrón. Si fuera a cambio el protón la partícula mas pesada no se transgrediría ninguna ley fundamental de la física, pero entonces los neutrones serían estables y los protones degenerarían, transformándose en neutrones y positrones, estos últimos se aniquilarían con los electrones, y el universo sería una nada llena de neutrones y rayos gamma..Lo mismo sucede con la gravedad, si hubiese sido ligeramente más débil no hubiese podido concentrar las nubes primigenias en estrellas y si hubiese sido más fuerte, el universo se habría colapsado en un inmenso agujero negro. ¿Y que decir de la fuerza electromagnética?. Si fuese ésta un poco más baja no existiría la integración de átomos en moléculas, luego brillarían por su ausencia los sólidos y los líquidos y el universo solo contendría gas. Por otra parte si la fuerza electromagnética fuese más alta, el resultado sería también catastrófico ya que la fuerte repulsión entre protones haría que la mayoría de los núcleos fuesen radioactivos.Si aumentamos el nivel de complejidad sabemos que después de la Gran Explosión, se formaron solamente hidrógeno, helio y pequeñas cantidades de elementos ligeros como deuterio y litio. El resto de elementos han sido sintetizados en las estrellas, bien en su núcleo o tras una explosión tipo supernova. El camino a seguir parece en principio lógico, primero surgen los más ligeros y los más pesados son creados a partir de éstos.En general los núcleos formados por partículas alfa (dos protones y dos neutrones) son estables, el núcleo de carbono formado por doce partículas cabe imaginarlo como una combinación de tres partículas alfa, y el oxígeno cuyo núcleo tiene dieciséis partículas como una combinación de cuatro partículas alfa. Como sabemos, tanto el oxígeno como el carbono son estables, pero nos encontramos con la excepción del berilio. El berilio8 que está formado por cuatro protones y cuatro neutrones se desintegra con facilidad, pero resulta que es el paso intermedio para llegar al carbono. Si fuera estable, al chocar con una partícula alfa simplemente se partiría el núcleo rompiéndose la cadena, no pudiendo ya existir elementos más pesados, pero “milagrosamente” al ser inestable, al chocar con una partícula alfa se forma el carbono y a continuación sigue la cadena.Este tal “milagro” es debido a que el núcleo de carbono tiene el nivel energético justo para absorber la energía de colisión entre el núcleo y la partícula, lo suficientemente justo para que en vez de partirse el núcleo, la partícula alfa sea absorbida y se forme un núcleo de carbono. y así poder seguir el camino hacia la vida.Si seguimos aumentando el nivel de complejidad llegamos por ejemplo al caso del agua, el agua es de los poquísimas sustancias que se dilatan al congelarse, que sucedería si se comportase como la gran mayoría de ellas, pues que al contraerse aumentaría su densidad y se iría al fondo de los lagos y de los ríos, seguiría helándose la superficie, se iría al fondo y en un breve plazo de tiempo tendríamos un planeta helado y sin vida.Vemos pues que la existencia de vida es un ajuste fino de las leyes naturales, un ajuste tan fino que tiene muy pocas, poquísimas posibilidades de realizarse, pero aquí estamos, con la suficiente soberbia por un lado de querer conocerlas, por otra, sentirnos jueces de sus propias obras. Claro está de que si existe una sola posibilidad de que una cosa suceda, esta termina sucediendo. Y de que la posibilidad existe, nosotros somos la prueba, solo el tiempo es la premisa necesaria y de este el “universo” va sobrado.
EL SIMIL DE BONDI
El progreso científico podríamos considerarlo mediante el símil de Bondi: Nuestro conocimiento científico es una isla, la isla de “Lo Que Sabemos” que esta situada en el centro del ancho mar de lo Desconocido. Durante todo el tiempo, el ser humano ha hecho crecer la isla mediante aportaciones de material cognitivo y actualmente de forma casi frenética, pero notamos que sucede algo muy extraño. Cada vez que aportamos algo a la isla de Lo Que Sabemos notamos que su litoral se hace más y más grande con lo que cada vez son más y más numerosos los puntos donde nos topamos con lo que “ignoramos”.Sin pretender hacer un relevamiento de lo que todavía no tenemos una explicación satisfactoria, podríamos citar: El problema de los neutrinos solares, ¿Porqué en los polos de rotación solar no existe campo magnético?, El asunto de la constante cosmológica, El caso de la materia que falta, ¿Gravedad repulsiva?, La singularidad o el absurdo de hablar del sur del polo Sur...., Las teorías de la gran unificación....Nadie tiene derecho a creer que cuando estas preguntas y muchas más tengan una respuesta satisfactoria, estaremos en posición de la verdad definitiva o muy cerca de ella, simplemente habremos hecho mayor la orilla de nuestra isla de Lo Que Sabemos y nos encontraremos que tendremos muchos más puntos en contacto con lo que desconocemos.
