A cualquier región del Universo que podamos enfilar nuestros telescopios… Como media, siempre veremos las mismas cosas y se producirán los mismos fenómenos.

Está claro que pensar siquiera en que en nuestro Universo, dependiendo de la región en la que nos encontremos, habrá distintas leyes físicas, sería pensar en un universo chapuza. Lo sensato es pensar  y creer que en cualquier parte del universo rigen las mismas leyes físicas, hasta que no se encuentre pruebas reales a favor de lo contrario,  los científicos suponen con prudencia que, sean cuales fueran las causas responsables de las pautas que llamamos “Leyes de la Naturaleza”, es mucho más inteligente adoptar la creencia de la igualdad física en cualquier parte del Cosmos por muy remota que se encuentre aquella región; los elementos primordiales que lo formaron fueron siempre los mismos y las fuerzas que intervinieron para formarlo también.

       Las fuerzas que conforman nuestro Universo

Fue Einstein el que anunció lo que se llamó principio de covariancia: que las leyes de la naturaleza deberían expresarse en una forma que pareciera la misma para todos los observadores, independientemente de dónde estuvieran situados y de cómo se estuvieran moviendo. En caso contrario… ¿En qué clase de Universo estaríamos?

Lo cierto es que Einstein fue muy afortunado y pudo lanzar al mundo su teoría de la relatividad especial, gracias a muchos apoyos que encontró en Mach, en Lorentz, en Maxwell… En lo que se refiere a la relatividad general, estuvo dando vueltas y vueltas buscando la manera de expresar las ecuaciones de esa teoría pero, no daba con la manera de expresar sus pensamientos.

Sin embargo, fue un hombre con suerte, ya que,  durante la última parte del siglo XIX en Alemania e Italia, matemáticos puros habían estado inmersos en el estudio profundo y detallado de todas las geometrías posibles sobre superficies curvas. Habían desarrollado un lenguaje matemático que automáticamente tenía la propiedad de que toda ecuación poseía una forma que se conservaba cuando las coordenadas que la describían se cambiaban de cualquier manera. Este lenguaje se denominaba cálculo tensorial. Tales cambios de coordenadas equivalen a preguntar qué tipo de ecuación vería alguien que se moviera de una manera diferente.

Las coincidencias deben ser vigiladas y, cuando se dan, buscar el origen de las mismas nos puede llevar a desvelar secretos profundamente escondidos en la Naturaleza. Ya hemos hablado aquí alguna vez de la coincidencia de Grandes Números entre Constantes de la Naturaleza y lo que de ello opinaba aquel personaje extraño que, lo mismo se sentía cómodo como matemático, como físico experimental, como destilador de datos astronómicos complicados o como diseñador de sofisticados instrumentos de medida.

Robert Dicke era su nombre y tenía los intereses científicos más amplios y diversos que imaginarse pueda, el decía que al final del camino todos los conocimientos convergen en un solo punto, el saber. No nos damos cuenta de ello pero, al final del camino, todos los conocimientos convergen y están relacionados de alguna extraña manera.

Antes en la entrada que más arriba tenéis (“Observar la Naturaleza… da resultados”), comentaba sobre los grandes números de Dirac y lo que el personaje llamado Dicke pensaba de todo ello y, cómo dedujo que para que pudiera aparecer la biología de la vida en el Universo, había sido necesario que el tiempo de vida de las estrellas fuese el que hemos podido comprobar que es y que, el Universo, también tiene que tener, no ya las condiciones que posee, sino también, la edad que le hemos estimado.

Para terminar de repasar la forma de tratar las coincidencias de los Grandes Números por parte de Dicke, sería interesante ojear retrospectivamente un tipo de argumento muy similar propuesto por otro personaje, Alfred Wallace en 1903. Wallace era un gran científico que, como les ha pasado a muchos, hoy recibe menos reconocimiento del que se merece.

Fue él, antes que Charles Darwin, quien primero tuvo la idea de que los organismos vivos evolucionan por un proceso de selección natural. Afortunadamente para Darwin, quien, independientemente de Wallace, había estado reflexionando profundamente y reuniendo pruebas en apoyo de esta idea durante mucho tiempo, Wallace le escribió para contarle sus ideas en lugar de publicarlas directamente en la literatura científica. Pese a todo, hoy “la biología evolucionista” se centra casi porm completo en las contribuciones de Darwin.

Wallace tenía intereses muchos más amplios que Darwin y estaba interesado en muchas áreas de la física, la astronomía y las ciencias de la Tierra. En 1903 publicó un amplio estudio de los factores que hace de la Tierra un lugar habitable y pasó a explorar las conclusiones filosóficas que podrían extraerse del estado del Universo. Su libro llevaba el altisonante título de El lugar del hombre en el Universo.

Wallace, Alfred Russell (1823-1913), naturalista británico conocido por el desarrollo de una teoría de la evolución basada en la selección natural. Nació en la ciudad de Monmouth (hoy Gwent) y fue contemporáneo del naturalista Charles Darwin. En 1848 realizó una expedición al río Amazonas con el también naturalista de origen británico Henry Walter Bates y, desde 1854 hasta 1862, dirigió la investigación en las islas de Malasia. Durante esta última expedición observó las diferencias zoológicas fundamentales entre las especies de animales de Asia y las de Australia y estableció la línea divisoria zoológica -conocida como línea de Wallace- entre las islas malayas de Borneo y Célebes. Durante la investigación Wallace formuló su teoría de la selección natural. Cuando en 1858 comunicó sus ideas a Darwin, se dio la sorprendente coincidencia de que este último tenía manuscrita su propia teoría de la evolución, similar a la del primero. En julio de ese mismo año se divulgaron unos extractos de los manuscritos de ambos científicos en una publicación conjunta, en la que la contribución de Wallace se titulaba: “Sobre la tendencia de las diversidades a alejarse indefinidamente del tipo original”. Su obra incluye El archipiélago Malayo (1869), Contribuciones a la teoría de la selección natural (1870), La distribución geográfica de los animales (1876) y El lugar del hombre en el Universo (1903).

Pero sigamos con nuestro trabajo de hoy. Todo esto era antes del descubrimiento de las teorías de la relatividad, la energía nuclear y el Universo en expansión.  La mayoría de los astrónomos del siglo XIX concebían el Universo como una única isla de materia, que ahora llamaríamos nuestra Vía Láctea. No se había establecido que existieran otras galaxias o cuál era la escala global del Universo. Sólo estaba claro que era grande.

Wallace estaba impresionado por el sencillo modelo cosmológico que lord Kelvin había desarrollado utilizando la ley de gravitación de Newton. Mostraba que si tomábamos una bola muy grande de materia, la acción de la gravedad haría que todo se precipitara hacia su centro. La única manera de evitar ser atraído hacia el centro era describir una órbita alrededor. El universo de Kelvin contenía unos mil millones de estrellas como el Sol para que sus fuerzas gravitatorias contrapesaran los movimientos a las velocidades observadas.

En el año 1901, Lord Kelvin solucionó cualitativa y cuantitativamente de manera correcta el enigma de la oscuridad de la noche en el caso de un universo transparente, uniforme y estático. Postulando un universo lleno uniformemente de estrellas similares al Sol y suponiendo su extensión finita (Universo estoico), mostró que, aun si las estrellas no se ocultan mutuamente, su contribución a la luminosidad total era finita y muy débil frente a la luminosidad del Sol. El demostró también que la edad finita de las estrellas prohibió la visibilidad de las estrellas lejanas en el caso de un espacio epicúreo infinito o estoico de gran extensión, lo que contestó correctamente al enigma de la oscuridad.

Lo intrigante de la discusión de Wallace sobre este modelo del Universo es que adopta una actitud no copernicana porque ve cómo algunos lugares del Universo son más propicios a la presencia de vida que otros. Como resultado, sólo cabe esperar que nosotros estemos cerca, pero no en el centro de las cosas.

Wallace da un argumento parecido al de Dicke para explicar la gran edad de cualquier universo observado por seres humanos. Por supuesto, en la época de Wallace, mucho antes del descubrimiento de las fuentes de energía nuclear, nadie sabía como se alimentaba el Sol, Kelvin había argumentando a favor de la energía gravitatoria, pero ésta no podía cumplir la tarea.

En la cosmología de Kelvin la Gravedad atraía material hacia las regiones centrales donde estaba situada la Vía Láctea y este material caería en las estrellas que ya estaban allí, generando calor y manteniendo su potencia luminosa durante enormes períodos de tiempo. Aquí Wallace ve una sencilla razón para explicar el vasto tamaño del Universo.

“Entonces, pienso yo que aquí hemos encontrado una explicación adecuada de la capacidad de emisión continuada de calor y luz por parte de nuestro Sol, y probablemente por muchos otros aproximadamente en la misma posición dentro del cúmulo solar. Esto haría que al principio se agregasen poco a poco masas considerables a partir de la materia difusa  en lentos movimientos en las porciones centrales del universo original; pero en un período posterior serían reforzadas por una caída de materia constante y continua desde sus regiones exteriores a velocidades tan altas como para producir y mantener la temperatura requerida de un sol como el nuestro, durante los largos períodos exigidos para el continuo desarrollo de la vida.”

Vallace ve claramente la conexión entre estas inusuales características globales del Universo y las consiciones necesarias para que la vida evolucione y prospere en un planeta como el nuestro alumbrado por una estrella como nuestro Sol. Wallace completaba su visión y análisis de las condiciones cósmicas necesarias para la evolución de la vida dirigiendo su atención a la geología  y la historia de la Tierra. Aquó ve una situación mucho más complicada que la que existe en astronomía. Aprecia el cúmulo de accidentes históricos marcados por la vía evolutiva que ha llegado hasta nosotros, y cree “improbable en grado máximo” que el conjunto completo de características propicias para la evolución de la vida se encuentre en otros lugares. Esto le lleva a especular que el enorme tamaño del Universo podría ser necesario para dar a la vida una oportunidad razonable de desarrollarse en sólo un planeta, como el nuestro, independientemente de cuan propicio pudiera ser su entorno local:

“Un Universo tan vasto y complejo como el que sabemos que existe a nuestro alrededor, quizá haya sido absolutamente necesario … para producir un mundo que se adaptase de forma precisa en todo detalle al desarrollo ordenado de la vida que culmina en el hombre.”

Hoy podríamos hacernos eco de ese sentimiento de Wallace. El gran tamaño del Universo observable, con sus 10⁸⁰ átomos, permite un enorme número de lugares donde puedan tener lugar las variaciones estadísticas de combinaciones químicas que posibilitan la presencia de vida. Wallace dejaba volar su imaginación que unía a la lógica y, en su tiempo, no se conocían las leyes fundamentales del Universo, que exceptuando la Gravedad de Newton, eran totalmente desconocidas. Así, hoy jugamos con la ventaja de saber que, otros muchos mundos, al igual que la Tierra, pueden albergar la vida gracias a una dinámica igual que es la que, el ritmo del Universo, hace regir en todas sus regiones. No existen lugares privilegiados.

emilio silvera

  Tenemos que saber, ¡sabremos!

                                                                       El Tiempo, el Universo, el Inicio de todo   

Se han llevado a cabo muchos modelos y las distintas teorías que circulan por ahí nos hablan de muchas cuestiones. Sin embargo, la singularidad -de la que suponemos que surgió todo- es lo que predice la relatividad general para aquel pasado, y cerca de ella la curvatura (del espacio) debe de ser muy alta; la singularidad anula la relatividad clásica, y habrá que tomar en cuenta los efectos cuánticos. A fin de comprender las condiciones iniciales del universo, debemos dirigirnos a la mecánica cuántica, y el estado cuántico del universo determinará las condiciones del universo clásico. De hecho, hasta el momento nadie ha podido ir más allá, para llegar al Tiempo de Planck, y, en consecuencia, no se sabe que pudo pasar en aquellas primeras fracciones de segundo después del Big Bang.

En realidad, lo que allí surgió fue una descripción de evolución cósmica de una extraña belleza. Todas las líneas del universo divergen de la singularidad de la génesis, como las líneas de longitud proceden del polo norte en el globo terráqueo.

Algunos dicen que la pregunta de cuándo empezó el tiempo o cuándo terminará no tiene ningún sentido: “Si es correcta la afirmación de que el espacio-tiempo es finito pero limitado, dijo Hawkins en una ocasión, la singularidad que nos predicen en el Big Bang es más bien como el polo norte de la Tierra. Preguntar qué ocurre antes de la singularidad es como preguntar que ocurre en la superficie de la Tierra dos kilómetros al norte del Polo norte. Es una pregunta sin sentido.”

El tiempo imaginario, en opinión de Hawkins, era el tiempo de antaño y el tiempo futuro, y el tiempo que nosotros conocemos no es más que la sombra de la simetría rota del tiempo original. Cuando una calculadora contesta “error” si se le pregunta el valor de la raíz cuadrada de -1, nos está diciendo, a su modo, que ella pertenece a este universo, y no sabe como indagar en el universo como era antes del momento de la génesis. Y este es el estado de la ciencia, hasta que tengamos las herramientas para explorar el régimen muy diferente que prevalecía cuando empezó el tiempo.

Postrados ante el tiempo inexorable que pasa, nada podemos hacer por detenerlo, estamos supeditados a su transcurrir y, el que se nos ha concedido, debe ser aprovechado para SABER, esa simple palabra que nos liberará y nos separará del resto de las criaturas de la Tierra a las que, de alguna manera, deberíamos tratar de entender. ¿Sabemos acaso si piensa una Ballena, un delfín o un perro?

Otro enfoque cuántico de la génesis, defendida por John Wheeler, subraya la cuantización del espacio mismo. Así como la materia y la energía están hechas de cuántos, afirma esta línea de razonamiento, también el espacio debe ser cuantizado en sus cimientos. A Wheeler le gustaba comparar el espacio cuántico con el mar: contemplado desde una órbita, la superficie del océano parece lisa, pero si salimos en un bote de remos a recorrer la superficie, “vemos la espuma y las olas que rompen. Y con esta espuma es como describimos la estructura del espacio y las escalas más pequeñas”.

Nunca podremos escapar de las voraces faces del Tiempo, y de la misma manera, tampoco podremos hacerlo de la Singularidad de un agujero negro si osamos  traspasar el Horizonte de sucesos. En el universo actual, la estructura espumosa del espacio se manifiesta en la constante aparición de partículas virtuales. En el universo muy primitivo -lo cual significa antes del Tiempo de Planck-,  el espacio habría sido un mar encrespado, realmente, y su flujo cuántico zarandeado por las tempestades quizá dominó todas las interacciones. ¿Cómo nos orientaremos aquí?

Wheeler, un estadista mayor que aprendió ciencia de Einstein y Bohr, y a su vez educó a toda una generación de físicos, pensaba que la respuesta estaba en la geometría del espacio-tiempo. “¿Qué más hay allí con lo cual construir una partícula, excepto la geometría misma?” preguntaba. Wheeler comparó el flujo cuántico del universo primitivo con un complicado nudo marinero, de tal tipo que parece imposible de desenredar, pero que se logra si uno encuentra el cabo de la cuerda y le da un tirón del modo adecuado. En la analogía, el nudo es la geometría hiper-dimensional del universo original, la cuerda enredada el universo que habitamos hoy.

          J. Wheeler

Penrose había dicho: “No creo que pueda alcanzarse nunca una verdadera comprensión de la naturaleza de las partículas elementales sin una simultánea comprensión más profunda de la naturaleza del mismo espacio-tiempo.” Para Wheeler, esto era verdad con respeto al universo como un todo:

“El espacio es un continuo.” En décadas pasadas, esto se suponía desde el comienzo cuando se preguntaba: “¿Por qué el espacio tiene tres dimensiones? Hoy, en cambio, preguntamos: “¿Cómo logra el mundo dar la impresión de que tiene tres dimensiones?” ¿Cómo puede haber algo semejante en un continuo espaciotemporal excepto en los libros? ?De qué modo podemos considerar el espacio y la “dimensionalidad”, si no es como palabras próximas para designar un soporte, un sustrato,  una “pre-geometría”, que no tiene ninguna propiedad tal como la dimensión.

     La geometría del espacio-tiempo está determinada por la materia

Así lo demostró Riemann y también otros

Para responder a tales preguntas, argüía Wheeler, la ciencia tendría que elevarse por encima de sí misma en un nuevo ámbito, “un mundo de leyes sin leyes”, en el que, como enseña el principio cuántico de indeterminación, la respuesta depende de la pregunta formulada. El mundo, creíamos antaño, existe “allí fuera”, independiente de todo acto de observación. Pensábamos que el electrón,  dentro del átomo, tenía en cada momento una posición definida y un momento definido. Lo cierto es que, las respuestas, no siempre dependen de quién las formule, sino que, vendrán razonadas siempre conforme al que las pueda contestar. No siempre obtenemos las mismas respuestas a las mismas preguntas. Las perspectivas de las cosas pueden ser distintas en función del conocimiento que se tenga de ellas.

Algún día tendremos en nuestras manos los secretos de la física cuántica que es, tanto como decir, que conocemos por fín la materia y sus interacciones, es decir, las fuerzas que intervienen para que sean posibles todos los cambios de fase que producen elevaciones el nivel de complejidad hasta llegar a la fase química-biológica que conduce, de manera irremediable, a la vida.

En el mundo real de la física cuántica, ningún fenómeno es un fenómeno hasta que es un fenómeno registrado.

Nos queda, pues, una imagen de la génesis como un castillo silencioso e insustancial, donde nuestros ojos que arrojan ondas homéricas innovadoras y las únicas voces son las nuestras. Después de anunciarlo y de hacer nuestros deberes científicos de manera reverente y diligente, planteamos lo mejor que podemos la pregunta de cómo se formó la creación. Llega la respuesta, resonando a través de cámaras abovedas donde se encuentran la mente y el Cosmos. Es un Eco, que aún, no hemos sabido descifrar.

Lástima que el gráfico de arriba no esté centrado para poder ver las complejidades que nos podemos encontrar en cualquiera de las cosas que deseamos comprender, nada resulta fácil y, por supuesto, su dificultad nos lleva a unos beneficios directamente proporcionales a las mismas, de ahí, la importancia de saber.

A base de estas pequeñas parcelas del pensamiento podemos ir avanzando por el camino de la Ciencia que nos lleva hacia lugares donde encontramos las respuestas deseadas y, desde luego, necesarias para poder continuar preguntando. El conocimiento siempre es parcial, los triunfos limitados. Dado que la Naturaleza es “infinita” y tiene por ello, infinidad de cuestiones que debemos resolver, la única manera que tenemos de hacerlo es ir cumpliendo etapas a medida que nuestras mentes evolucionan al compás de los nuevos descubrimientos que nos abren la perspectiva de otros nuevos horizontes hacia los que dirigirnos para poder encontrar aquello que buscamos.

¿Quién le hubiera dicho a E. Rutherford que el átomo era, en realidad, un conjunto conformado en un 99% de espacio vacío y que, su núcleo era, en realidad, 1/100 000 veces más pequeño que el resto? Y, como aquello se descubrió por casualidad como otros tantos secretos del Universo, en los que buscando una cosa nos encontramos con otra muy diferente, los hechos nos marcan la pauta y dejan al descubierto que, posiblemente, sea la misma Naturaleza la que nos lleve y guie hacia el lugar que debemos observar. Es decir, colabora con nosotros en nuestra andadura a la conquista del saber, nos pone delante las cuestiones que no siempre sabemos comprender  y, no siempre sabemos “ver”.

Sin embargo, nuestras mentes evolucionan y las conquistas parciales que se van consiguiendo, se unifican en más amplias teorías que posibilitan llegar a regiones desconocidas de la Naturaleza en el ámbito de la Materia, de la Biología, la Química y, por supuesto, de las estrellas y Galaxias que pueblan nuestro Universo que, por grande y extenso que pueda ser, es, al fin y al cabo nuestra casa. Tan grande y descomunal que tiene cientos de miles de compartimentos, habitaciones y trasteros que, estando llenos de auténticas maravillas, por nuestra juventud, aún no hemos podido buscar los medios para poder llegar hasta ellos y comprobar de qué se trata y que es lo que nos puede decir que nosotros no sepamos.

En cualquier región de nuestro Universo existen misterios, secretos que debemos desvelar. Las respuestas son llaves que nos permiten abrir puertas cerradas que nos llevarán más allá, a lugares fantásticos donde otras puertas cerradas nos esperan para que, tratemos de abrirlas y poder ver, las maravillas que allí permanecen escondidas.

La Historia, desde Babilonia y los Sumerios, ha seguido igual: Una Humanidad que busca incansable las respuestas y, para ello, mirando al cielo y a la tierra, ha tratado siempre de responder a los fenómenos observados y que, para ellos, no tenían explicación.

Muchas han sido las preguntas que encontraron la adecuada respuesta, y, muchas son las preguntas que están a la espera de  que puedan ser contestadas. Investigaciones y experimentos de todo tipo y en los ámbitos más dispares, observaciones con sofisticados aparatos tecnológicos, investigación de la materia en sus más íntimas propiedades, hemos llegado a poder clasificar de manera automática los espectros estelares mediante el uso de técnicas de I.A. sobre Archivos Astronómicos, o, aplicar el efecto de microlente en Cuásares, aprendido a detectar muones en el experimento CMS del LHC, se ha podido aplicar la Mecánica Cuántica relativista a la óptica, hemos sabido fabricar robot que buscan objetivos en entornos inciertos, en lo que se conoce como estrategia de memotaxis mediante la implantación robótica, y, un sinfín de caminos más que estamos recorriendo ahora mismo en muchos campos y, no digamos de las investigaciones en Física de materiales o de fluidos o de hiperconductividad, o, por otra parte esos experimentos y estudios de bosones y fermiones tratando de cambias sus propiedades burlando el Principio de exclusión de Pauli de manera tal que, los fermiones se comporten como bosones y estos como fermiones (sería el futuro de los ordenadores cuánticos de millones de respuestas por segundo).

¿Nos suplirán un día? No puedo contestar a esa pregunta pero, me resisto a admitir que ellos, llegarán a tener sentimientos.

No siempre, la Ciencia, está asentada sobre bases firmes y creencias ciertas, ni los hombres que la forjaron resultan ser los titulares de los méritos que la Sociedad les arroga. ¿Es Edward Lorenz, en realidad, el Padre de la Teoría del Caos? Bueno, como esa pregunta podríamos plantearnos miles y, si nos ponemos a investigar, podremos encontrar que no todos los “descubridores” lo fueron al cien por ciento, sino que, tomaron de otros ideas que, finalmente, posibilitaron la conformación de teorías consistentes que nos llevaron hacia adelante en el largo camino del saber.

Resulta que, los conocimientos, también están cuantizados. Nadie los puede poseer todos.

¡Menos mal! es un gran alivio que así sea, ya que, el saber compartido parece más democrático y, además nos da la sensación de más seguridad. ?Os imagináis alguien con todos los conocimientos del mundo? Si es verdad que el Poder Corrompe, que efecto causaría poseer todos los conocimientos.

emilio silvera