Problemas de la Física en la Filosofía: Polémicas filosóficas en torno a la Teoría de la Expansión del Universo

Mariela Fernández, egresada de la Universidad Nacional de Cuba

Resumen:

Durante siglos, cuestiones como la existencia del universo y la razón de nuestra existencia han sido motivo de preocupación tanto para los hombres de ciencia como para la humanidad en general. La Teoría de la Expansión del Universo, basada en la Teoría General de la Relatividad, ha provocado polémicas entre los hombres de ciencia, divididos en dos grandes grupos: los fieles defensores y los inconformes opositores. Sin embargo, gracias a las observaciones, este modelo ha sido aceptado posteriormente. A medida que surgen nuevas observaciones, también surgen teorías cosmológicas. Una de las más conocidas y aceptadas es la «Teoría del Big Bang», que sostiene que el universo tuvo un principio en el que la materia estaba comprimida. En un principio, muchos científicos rechazaron la idea de un principio, considerándola anticientífica. Este trabajo explora las tendencias metafísicas e idealistas en torno a este hecho, que parece ser obra de una intervención divina inteligente. También se incluyen los últimos cálculos y observaciones en el campo de la Cosmología, así como los actuales esfuerzos por unificar la Teoría General de la Relatividad y la Teoría Cuántica, que se conoce como la Teoría de la Gravitación Cuántica.

Objetivos:

-Explicar la Teoría de la Expansión del Universo. -Examinar la Gran Explosión y si hay orden o desorden en el universo. -Explorar las tendencias metafísicas e idealistas derivadas de la Teoría de Expansión del Universo. -Investigar la existencia de un intelecto en la creación del universo. -Analizar las diferentes teorías y modelos relacionados con la expansión del universo.

En 1916, Albert Einstein publicó su Teoría General de la Relatividad, que implicaba que el universo se encontraba en expansión o en contracción. Este concepto contradecía la noción que Einstein mismo había aceptado de que el universo era estático, por lo que incluyó en sus ecuaciones del campo gravitatorio un término que denominó constante cosmológica. Einstein introdujo una nueva fuerza antigravitatoria que, a diferencia de otras fuerzas, no provenía de ninguna fuente en particular, sino que estaba inserta en la estructura misma del espacio-tiempo. Él sostenía que el espacio-tiempo tenía una tendencia innata.

Para determinar el modelo correcto que describa nuestro universo, es necesario determinar el ritmo actual de expansión a través del Efecto Doppler Fizeau, así como calcular la densidad media del universo. La luz de un objeto se enrojece (corrimiento al rojo) si este se aleja del observador y se azula (corrimiento al azul) si se acerca. Hoy se cree que hay entre 50.000 y 125.000 millones de galaxias, cada una con cientos de miles de millones de estrellas. Cabe destacar que, salvo en el caso de algunas galaxias cercanas, todas las galaxias conocidas tienen líneas espectrales desplazadas hacia el rojo.

A lo largo del tiempo, muchas teorías han sido mejoradas sobre la base de nuevas observaciones y han surgido otros modelos alternativos, como la Teoría de la variable G cosmológica (que explica por qué la constante gravitacional es tan pequeña), la Teoría del Big Bang Frío y el Big Bang Caliente (concebidas para explicar la formación del universo) y la Noción de encogimiento atómico (que explica la singularidad del Big Bang). Sin embargo, todas estas teorías, tanto las antiguas como las más recientes, no han sido bien respaldadas por las observaciones (Enciclopedia Británica, 1994-1998).

Las evidencias más recientes se han obtenido gracias a la instalación de un enorme telescopio de 254 centímetros en el monte Willson (California), así como otros telescopios muy conocidos como el Telescopio Hale (1948) de 5.08 metros en el Monte Palomar y el VLT («Very Large Telescope») en el observatorio Cerro Paranal (Chile), compuesto por cuatro telescopios de 8.2 metros cada uno, uno de los cuales está actualmente en construcción. Todas estas instalaciones, junto con otras, han permitido obtener un conjunto de observaciones que demuestran que el universo está en expansión.

La Ley de Hubble describe la expansión del universo y establece una proporcionalidad entre la distancia y la velocidad de contracción, que se caracteriza por la constante de Hubble, la cual da una medida del ritmo de expansión del universo. En realidad, esta constante es un parámetro cosmológico que varía con el tiempo. Los trabajos más recientes se han centrado en la determinación de este parámetro. Madore et al. (1998) estimaron las distancias astronómicas mediante observaciones del periodo de pulsación y brillo de estrellas variables Cefeidas. Harris y otros (1998)

La revista «Science-Week» 17 julio de 1998 bajo el título Cosmología. «El final del viejo modelo del universo» comenta que observaciones recientes tienen bajo expectación a Cosmólogos quienes ven la necesidad de profundizar en los actuales modelos del universo o la búsqueda de nuevos modelos, ya que los modelos actuales se encuentran bajo intensa presión. «Phys. Rev. Lett.» 26 de julio 1999, plantea que astrónomos de hoy dicen que el Universo no solo está expandiéndose sino que lo hace en un ritmo acelerado, Saul Perlmutter et al., Laboratorio Nacional en California, mediante observaciones de una supernova distante, explica que podríamos encontrarnos ante un Universo cerrado que continúa expandiéndose y este comportamiento lo asocia con una misteriosa energía repulsiva la cual denominó «energía oscura», dicha energía podría estar relacionada con un mar de partículas virtuales de corta vida, que acorde a la mecánica cuántica llena todo el espacio. Perlmutter continúa diciendo que podría ocurrir que todo el espacio sería llenado por esta repulsiva energía. Lo anterior implicaría considerar una constante cosmológica, la cual fue rechazada por Einstein, por lo tanto podríamos encontrarnos ante un Universo estático. Recientes observaciones para el cálculo de la densidad media del universo, como el trabajo de Bahcall Neta A. et al (1998), incluyen en sus cálculos la materia oscura presente en el Universo observable como los agujeros negros así como otras materias no observables, los resultados fueron que la densidad de masa del universo es insuficiente para detener la expansión, por lo que según observaciones y cálculos tal parece que el Universo se expandirá por siempre. Otro trabajo fue el de Perlmutter S. et al (1998), por medio de las observaciones obtenidas de una supernova, inducen que podríamos vivir en un universo de densidad de masa baja.

La gran Explosión o Big Bang: ¿Orden o Desorden? Una conclusión extraída de la Teoría de Expansión del Universo y que ha sido blanco de todo tipo de censura y objeción es que el Universo haya conocido un principio; sería como ver el proceso de la expansión a la inversa, visto así el universo estaría contrayéndose y finalmente retornaría a un único punto de origen.

El famoso físico Stephen Hawking (1993) en su libro ‘Agujeros negros y pequeños universos (y otros ensayos)’ afirmó: «La ciencia podría afirmar que el Universo tenía que haber conocido un comienzo», se concluye que la creación del universo fue antecedida por una gran explosión. En relación con lo anteriormente expuesto, es válido señalar la célebre fórmula de Einstein E=mc2 (energía igual a masa por la velocidad de la luz al cuadrado); se infiere que la energía es una propiedad de la materia, es decir, una pequeña masa alberga una cantidad descomunal de energía. Observando esta relación de otra forma, podríamos concluir que la energía también puede convertirse en materia. En base a esta teoría, la formación del universo tal vez haya implicado, como reconoció un cosmólogo, «la transformación más asombrosa de materia y energía». La conversión descontrolada de materia en energía cuando tiene lugar al explotar bombas atómicas causa el caos, pero en nuestro universo es orden precisamente lo que los astrónomos encuentran como resultado de observaciones e investigaciones en el movimiento de los cuerpos celestes o la materia que compone el cosmos (¡Despertad!, 1999).

Todo lo que hay en nuestro universo está en movimiento, el cual ni es errático ni imprevisible. Los planetas, las estrellas y las galaxias se mueven por el espacio respondiendo a leyes físicas precisas, las cuales permiten a los científicos predecir ciertos fenómenos cósmicos a grandes escalas. Además, las cuatro fuerzas fundamentales que gobiernan en el micromundo a nivel atómico rigen también el macromundo. Hay orden en la materia de la que se compone el universo. El ‘Cambridge Atlas of Astronomy’ explica: Del mismo modo que existe la atracción que impide que los electrones se alejen de los protones y los neutrones del núcleo atómico, también existe una atracción mutua que mantiene unidas grandes cúmulos de galaxias (¡Despertad!, 1999). Aunque las leyes del macromundo son deterministas, existe el fenómeno del caos que se manifiesta al cabo de cierto tiempo.

Hoy en día, la mayoría de los físicos creen que el universo llegó a existir de repente debido a una explosión. Se dice que fue una explosión de tal envergadura que su eco todavía puede percibirse miles de millones de años después en forma de ondas de radiación de microondas.

3- Tendencias metafísicas e idealistas surgidas en torno a la Teoría de la Expansión del Universo.

El hecho derivado de la Teoría de la Expansión del Universo, donde el Universo haya conocido un principio, fue una idea que muchos científicos rechazaron. Sus implicaciones podrían estar relacionadas con una intervención divina, así que no faltaron intentos para evitar la conclusión de la existencia de un Big Bang (creación del universo). Una teoría que se propagó intensamente y consiguió un amplio apoyo fue la Teoría Cosmológica del Estado Estacionario. Esta tuvo la virtud de realizar predicciones muy específicas y, por esta razón, fue muy vulnerable a las observaciones. Dicha teoría fue expuesta en sus inicios por Sir James Jeans (1920), revisada luego por Hermann Bondi, Thomas Gold y Sir Fred Hoyle (1948). Otros partidarios fueron: P. Jordan, R. Kapp, G. L. Whitrow. Todos ellos negaban que la materia y el movimiento sean increados e indestructibles y, por tanto, proclamaban su posible creación de la «nada», así como el total aniquilamiento de la materia basándose para ello en el Postulado de la Creación gradual e ininterrumpida de la materia. Los defensores de esta teoría partieron del llamado «Principio Cosmológico Perfecto», el cual fue enunciado por Bondi y Gold. Este principio anunció que cualquier parte del universo debe ser idéntica a otra y la absoluta homogeneidad del universo se conserva eternamente en el transcurso de toda su existencia, esto es como si en el Universo no ocurriesen cambios (Enciclopedia Británica, 1994-1998).

Refiriéndose a la expansión del universo en su conjunto, afirmaban que la densidad de la materia, debido a esa expansión, disminuye constantemente tendiendo a cero. Pero una disminución en la densidad de la materia implica cambios en el estado del universo, contradiciéndose con el «Principio Cosmológico Perfecto». De esto se deriva que, para compensar la pérdida de materia, debe ser creada materia en dicha región. ¿De qué se forma la materia? Hoyle responde: «La materia no se forma de ningún modo, la materia surge, se crea, simplemente». «Hay que comprender claramente -afirmó Bondi- que al hablar de creación no nos referimos a que la materia se forma de irradiaciones, sino de la nada» (Meliujin S., 1960).

Hoyle argumentó a favor de la necesaria creación del hidrógeno (elemento que se concentra en estrellas y galaxias) por ser irreversible su transformación en elementos más complejos. Hoyle niega la posibilidad de que el hidrógeno se haya originado por una explosión primaria, ya que, en su opinión, después de la explosión la materia no habría podido concentrarse en estrellas y galaxias (Meliujin S., 1960).

Estas hipótesis carecen de argumentos científicos y se contradicen con la lógica más elemental. En primer lugar, se rechaza el principio básico de la ciencia, como es la ley de la conservación de la materia y el movimiento. Por lo tanto, el universo no pudo haberse formado de la nada. El argumento de la transformación irreversible del hidrógeno en elementos más complejos carece de toda consistencia, ya que en el momento de la explosión y la evolución del universo pudo haber desatado otros procesos aún desconocidos en los cuales se originó hidrógeno (Meliujin S., 1960).

Sujetos bajo el concepto de que nada existía fuera del universo, los defensores de esta teoría afirmaban que la expansión se efectúa en un vacío ilimitado.

Aquí no existe materia, por lo que disminuye la densidad de esta en la parte del universo observable y, por consiguiente, la creación de la misma. Pero esta idea de existencia de un vacío absoluto fue inconsistente, pues la Teoría General de la Relatividad no lo interpreta así; el vacío ilimitado no aparece en las ecuaciones. En la Teoría Especial de la Relatividad, el espacio y el tiempo están ligados de forma íntima; es más, aparecen de forma simétrica en las ecuaciones, por tanto, se deduce irrefutablemente que el espacio y el tiempo son formas de existencia de la materia y sin ella no tienen existencia independiente. Por lo tanto, si hubiese algún lugar sin materia, no habría allí ni espacio ni tiempo, por lo que sería imposible la expansión del universo ya que esta última presupone la existencia del espacio exterior, pero si admitimos la realidad de ese espacio, habremos de suponer también la existencia de diversas clases de materia en el espacio y, con esto, se hace evidente la falsedad de la constante disminución de la densidad de la materia en el Cosmos y, al mismo tiempo, la inutilidad de toda esta teoría (Meliujin S., 1960).

El famoso ‘Principio Cosmológico Perfecto’, sobre el que se basaron todas las anteriores teorías especulativas, carece de todo fundamento experimental y lógico. Este principio no nos lleva a suponer que el universo sea homogéneo (escalas extragalácticas) y similar en todas sus partes y en todos los tiempos; por el contrario, hay razones bien fundamentadas para considerar que cambia constantemente y que sus diferentes regiones se diferencian cualitativamente entre sí por su estructura y por las leyes de su movimiento. Con el tiempo, esta teoría se desmoronó con el descubrimiento, por A. Penzias y R. Wilson (1965), del fondo de radiación de microondas.

La expansión del universo ha provocado una fuerte difusión de diversas teorías idealistas. Esto ha generado duras críticas por parte de algunos científicos que la calificaron de anticientífica. Sin embargo, en el transcurso de los años, con ayuda de los descubrimientos científicos, lejos de ser fuertemente censurada, ha tenido que ser aceptada incluso por sus enemigos más acérrimos. En muchos casos, esto es un problema de generaciones: los enemigos mueren, mientras que los jóvenes adoptan la teoría. 4- Existencia de un intelecto en el origen del universo.

En toda la historia de la humanidad, gran cantidad de personas han quedado extasiadas al contemplar un firmamento nocturno tachonado de estrellas. Son interesantes las preguntas que surgen en torno de la inmensidad y majestuosidad del universo; muchos se preguntan respecto a esta grandiosa maravilla: ¿Será obra de alguien o de algo? ¿Habrá existido siempre o habrá tenido un principio?

De la probada expansión del universo, se deduce que la materia, hace miles de millones de años o incluso billones de años, existía en un estado de comprensión. Esto debió haber originado enormes temperaturas (10^10 a 10^12 K) y presiones de millones de atmósferas, lo cual produciría una intensa reacción termonuclear de gran volumen que acabaría en una gigantesca explosión.

Es asombroso el sin número de secretos del universo que, gracias a la astronomía, han sido desvelados: estrellas de tremendas proporciones, distancias que superan lo inimaginable, los eones de tiempo que se escapan de nuestra comprensión, los hornos cósmicos que generan temperaturas de millones de grados y las erupciones de energía, muchas veces superior a mil millones de bombas nucleares.

Inaplicables las Teorías Cosmológicas de nuestros días, entre las que se encuentra la bien fundamentada Teoría de la Relatividad, soporte de la cosmología de hoy. Los esfuerzos están enmarcados en la búsqueda de una teoría que explique el tiempo antes de la Gran Explosión o Big Bang; este es el objetivo de la Teoría de Gravitación Cuántica, la cual parte de la noción de que en la materia muy comprimida, los efectos cuánticos deben considerarse. Además, el ritmo en el que se desarrolla toda la teoría cosmológica va dejando una marcada ventaja a las observaciones y mediciones experimentales.

El éxito de las teorías científicas en el campo de las observaciones puede hacernos pensar que el Universo es completamente determinista, como lo hizo Laplace (siglo XVIII). Este científico sugirió: «que debía existir un conjunto de leyes científicas que nos permitirían predecir todo lo que sucediera en el Universo con tal de que conociéramos el estado completo del Universo en un instante de tiempo». Cabe preguntarse, ¿el Universo es capaz de crearse a sí mismo? Si así es, entonces el método de algoritmo aplicado por la ciencia dará a luz una Teoría unificada capaz de describir los tiempos antes y después de la Gran Explosión, tal vez no exista una teoría definitiva sino una sucesión infinita de teorías, las cuales describen el universo con más «precisión». Pero si el Universo fue creado por un intelecto, entonces la ciencia no podrá explicar estos tiempos y, por tanto, llegaría hasta un punto donde la incertidumbre impide encontrar alguna teoría modelo que describiera los procesos que se manifiestan en dicha singularidad. La realidad de esta incertidumbre es hoy incuestionable por la ciencia; aquí encontramos el muy conocido Principio de Incertidumbre en la Mecánica Cuántica, donde se plantea que la posición y velocidad de una partícula no pueden predecirse con completa precisión. Por otra parte, cabría además considerar que la ciencia pudiera desarrollar nuevos métodos que aún son desconocidos.

Analizando la posibilidad de encontrar una Teoría Unificada capaz de describir el comportamiento del Universo, como hoy se guardan esperanzas con la unificación de la Teoría General de la Relatividad y la Mecánica Cuántica. Esta nueva teoría se compondría, al igual que las anteriores, de un conjunto de reglas y ecuaciones; entonces podríamos preguntarnos, ¿sería esta Teoría capaz de explicar su propia existencia? Los métodos utilizados por la ciencia para la creación de modelos matemáticos no pueden dar demostración del porqué debe de existir un Universo descrito por este modelo, entonces, ¿necesita un Creador? De ser así, vale la reflexión de si está el Creador obligado a seguir las leyes de la Física, o puede intervenir alterando el curso de estas. Siendo así, tendríamos la única opción de considerar muy en serio lo que dice el registro bíblico en el libro de Job 5:9: «Aquel que hace inescrutables cosas grandes, cosas maravillosas sin número».

Con relación al tiempo antes de la explosión, la revista «Newsweek» reseñó implicaciones de algunos descubrimientos en torno a la creación del universo, señaló: Los hechos indican que la materia y el movimiento surgieron de forma muy parecida a como se presenta en el libro de Génesis, en un extraordinario estallido de luz y energía. Continúa diciendo: «Las fuerzas desatadas estuvieron y están maravillosamente (¿milagrosamente?) equilibradas: Si la Gran Explosión hubiese sido un poco menos violenta, la expansión del universo habría sido menos veloz, de modo que rápidamente (en pocos millones de años o hasta en pocos minutos) se habría colapsado y habría entrado en recesión; pero si hubiera sido un poco más potente, tal vez se hubiese se dispersado hasta formar un caldo tan raro que no habría podido condensarse para formar estrellas. Las probabilidades que tenemos en contra eran, haciendo plena justicia al término, astronómicas. En el momento de la Explosión, la relación existente entre la materia y la energía con respecto al volumen del espacio debe haberse desviado menos de una milmillonésima del 1 % del ideal». Newsweek indicó que existía un «Regulador» del cosmos, una pequeña desviación del margen de error originario entropía y hielo por toda la eternidad (¡Despertad!, 1999), (Principio antrópico: Si no hubiera sido así, no habría nadie para preguntarse ¿Por qué fue así?).

Alan Lightman, un conocido astrofísico, reconoció que a los científicos «les parece misterioso el hecho de que el Universo fuera creado con este elevado grado de orden» y continuó agregando que una teoría cosmológica viable debería explicar que el universo no se halle en estado caótico. El famoso físico Fred Hoyle, que en su inicio atacó la teoría de la Expansión del Universo, al cabo de los años confesó: «Una interpretación juiciosa de los hechos nos induce a pensar que un super intelecto ha intervenido en la física, la química y la biología, en la naturaleza no hay fuerzas ciegas dignas de mención, las cifras obtenidas a partir de los hechos me parecen tan rotundas que convierte esta conclusión en casi incuestionable». El famoso físico P. A. M. Dirac, que fue profesor de Matemáticas de la Universidad de Cambridge, coincidió en su valoración: «Podríamos describir la situación diciendo que Dios es un matemático sublime y que al formar el Universo se valió de cálculos matemáticos avanzadísimos» (¡Despertad!, 1999).

Independientemente de las conclusiones a las que han llegado los físicos y astrónomos del impresionante Universo, todos nos sentimos como se sintió Isaac Newton cuando admitió: «A mí mismo me hago únicamente el efecto de un chico que ha estado jugando en la playa y se ha divertido encontrando a veces un guijarro más liso o una concha más bonita que de costumbre, mientras el vasto océano de la verdad se extendía totalmente ignorante delante de mí» (¡Despertad!, 1992).

Cuanto más aprendemos acerca del Universo, más nos damos cuenta de lo poco que sabemos y más insignificante parece el lugar que ocupamos en él.

BIBLIOGRAFÍA

1. Bacall, Neta et al: 26 de mayo 1998, Proc. Natl. Acad. Sci., 95, 5956.
2. ¡Despertad!: 22 de junio 1992.
3. ¡Despertad!: 22 de junio 1999.
4. Enciclopedia Británica: 1994-1998.
5. Hawking, Stephen W., 1989, Historia del Tiempo, 59-79.
6. Hawking, Stephen W.: 1993, Agujeros negros y pequeños universos (y otros ensayos).
7. Harris, William E. et al: 3 de sept. 1998, Naturaleza, 395, 45.
8. Meliujin, S: 1960, El problema de lo finito y lo infinito, 202-212.
9. Madore, Barry F. et al: 3 de sept. 1998, Naturaleza, 395, 47. 10
10. Perimutter, S., Turner, Michael S., White, M: 26 de julio 1999, Phys. Rev. Lett. 83, 670.
11. «Science-Week» 17 de julio 1998.

12. «Watch Tower Bible and Tract Society of Pennsylvania»: 1987, Traducción del Nuevo Mundo de las Santas Escrituras, JOB. 5: 9, 662.