Domingo, 27 Octubre 2019 14:35

La cosmología recibe un Nobel

Escrito por Carlos Eduardo Maldonado
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La cosmología recibe un Nobel

A propósito del reciente premio Nobel de Física otorgado a tres connotados científicos. Los antecedentes de sus estudios, sus logros y las posibilidades derivadas de sus tesis y descubrimientos. En todo ello, el universo y la vida misma, y el planeta Tierra como centro de la vida humana.

 

La cosmología científica es una ciencia nueva. Puede decirse, sin dificultad, que nace en 1965 a raíz los descubrimientos por parte de Wilson y Penzias de la radiación de fondo de microondas, los rezagos del big-bang. Evidentemente, su antecedente teórico es la famosa ecuación de Einstein que pone al descubierto que la materia y la energía son una sola misma, cuya diferencia estriba en la relación de cada una con respecto a la velocidad de la luz: E = m.c2.

El nombre específico de la teoría estándar del universo es: la teoría inflacionaria del big-bang. Pues bien, por primera vez en muchas décadas, la Academia de Ciencias de Suecia, que otorga cada año en el mes de octubre los premios Nobel, concedió este año –2019–, a un investigador por sus contribuciones teóricas a la cosmología: James Peebles, profesor en la Universidad de Princeton, “por sus descubrimientos teóricos en cosmología física”. Al mismo tiempo, los investigadores Michel Mayor y Didier Queloz, ambos de la Universidad de Ginebra, en Suiza, recibieron también el premio Nobel gracias a que fueron los primeros que identificaron, en el año 1995 un exoplaneta. A la fecha se han identificado alrededor de 3.000 exoplanetas, y cada semana se descubren más.

La civilización occidental, que tiene alrededor de 2500 millones de años jamás tuvo una relación con el universo, a diferencia de todas las demás civilizaciones, pueblos y culturas en la historia de la humanidad. Tuvo, sí, varios mitos, pero nunca una conexión estrecha y directa con el universo; por derivación, con la naturaleza. Hasta cuando nace la teoría inflacionaria del big-bang.

 

El big-bang

 

La Gran Explosión: tal es el nombre del origen de este universo, y que busca evitar disputas de tipo creacionista y religioso que hablan de la creación del universo –por una entidad divina. De acuerdo con la teoría, este universo tuvo un origen, que se sitúa hace 13.8 billones de años, con un margen de error de 200.000 años; una cifra verdaderamente minúscula, en escala cósmica. De acuerdo con la teoría, en el origen había un muy pequeño punto altamente inestable, llamado Supersimetría. Era, si cabe la expresión, más pequeño que el diámetro de un cabello, pero tan extremadamente brillante que no se podría fijar la vista en él.

Ese pequeñísimo punto de supersimetría estalla –violentamente– y en su estallido nace el tiempo y el espacio. Esto significa exactamente que el universo no está en ninguna parte, y que el universo tampoco está en un tiempo determinado. El nacimiento de este universo es, al mismo tiempo, el nacimiento del espacio y del tiempo.

Una vez sucede la Gran Explosión, pasa un tiempo absolutamente minúsculo que se llama el tiempo de Planck, que es de 10-43 segundos. De acuerdo con la física cuántica, antes de ese tiempo no es posible saber nada del universo ni de nada. Todo lo que sabemos tiene lugar a partir de ese límite absoluto. En términos de distancia, inmediatamente después del big-bang tiene lugar la escala de Planck, que es de 10-35 centímetros. Antes de esa longitud la geometría clásica deja de tener sentido. Pues bien, el big-bang sucede en algún momento entre 0 y el tiempo y la longitud de Planck. Comienza, entonces, la realidad, si se quiere.

 

 

Tan pronto acaece la gran explosión, nacen cuatro formas de energía que van a crear el universo hasta nuestros días; literalmente hasta el presente. Estas cuatro formas de energía son, primero, la gravitación. La fuerza de la gravedad va a dar forma a las nubes de partículas y de energía configurando así tres generaciones de estrellas: las supernovas 1a, las supernovas 1b, y las estrellas de tercera generación. El sol, que acompaña y hace posible a la Tierra, es una estrella de tercera generación. El sol nació hace 5.000 millones de años, y aún le quedan de vida otros 5.000 millones de años.

La segunda forma de energía importante es el electromagnetismo, que va a dar lugar a los primeros elementos pesados de la Tabla de Elementos Periódica. El universo en la gran explosión crea el hidrógeno y el helio, y ambos configuran el 99 por ciento de toda la estructura de la materia. El otro 1 por ciento lo conforman los demás 116 elementos de la Tabla Química. Las dos restantes formas de energía son la fuerza nuclear fuerte y la fuerte nuclear débil, que mantienen unidos a los átomos, con sus protones y electrones y demás subpartículas atómicas, y que se encuentran en la base de toda la materia molecular.

Un instante después del big-bang tiene lugar una fantástica inflación del universo, gracias a la cual el plasma se transforma en energía, que es la primera gran transformación que sufre el universo. La segunda transformación será la de una parte de la energía en materia, lo cual tiene lugar aproximadamente medio minuto después del big-bang. La tercera transformación es cuando una parte de la materia se convierte en vida, lo cual sucede exactamente hace 3.800 billones años. Y hasta donde se tiene conocimiento, el lugar donde esto sucede es en la Tierra.

La teoría inflacionaria del big-bang no se funda, a diferencia de toda la ciencia de la modernidad en observaciones, sino en un muy robusto aparato matemático; más exactamente físico-matemático. Pues bien, J. Peebles fue el gran artífice de ese aparato matemático que: a) sostiene al universo; b) que es el universo mismo. El libro clásico de Peebles se llama: Principles of Physical Cosmology, publicado en 1993 (sin traducción al español).


Historia del universo

 

La cosmología científica se corresponde con la creencia central de Occidente. Los occidentales creen: a) que todas las cosas tienen un comienzo; b) y si tienen un comienzo, tienen entonces un final. Hay otras cosmologías que discuten la idea de un universo lineal, que nace hace 13.8 billones de años, y cuyo final es incierto; lo que sí se sabe positivamente es que todas las galaxias se están alejando unas de otras, y verosímilmente, el universo desaparecerá en un vacío frío.

La historia del universo es la de transformaciones incesantes, cumpliendo así la primera ley de la termodinámica: la energía no se crea ni se destruye, sino que se transforma; así las cosas, la historia del universo es de cambios continuos, unos abruptos y dramáticos, otros más suaves. En el lenguaje científico se habla, correspondientemente, de transiciones de fase de primer orden y transiciones de fase de segundo orden. La primera ley de la termodinámica afirma que en el universo todo cambia, nada desaparece.

Pues bien, la estructura material del universo consiste en un 4 por ciento de materia bariátrica –por bariones, que son un grupo de partículas subatómicas–. Las personas que vemos, la comida que disfrutamos, las estrellas y los ríos, están todos hechos de materia bariátrica. Pues bien, el modelo matemático del universo, unido a la física de partículas –exactamente eso que se trabaja en el CERN en Europa, con equipos internacionales interdisciplinarios–, formula que el otro 96 por ciento del universo está compuesto por energía oscura y materia oscura. No se sabe exactamente qué son ambos, pero lo que sí se sabe es que la energía oscura es la que tiende a alejar a las galaxias unas de otras.

Las estrellas nacen por racimos, no una por una. Y los sistemas planetarios se forman siempre de afuera hacia adentro, con enormes planetas gaseosos en la periferia, y planetas rocosos, en los que verosímilmente puede haber vida, en el interior.

Existen alrededor del 100.000 millones de galaxias en el universo, y todas ellas se agrupan, primero, en cúmulos locales, y posteriormente en super cúmulos. Cada galaxia se compone de miles de millones de estrellas, y muchas de ellas hacen posibles alrededor suyo la existencia de planetas. En el centro de cada galaxia existe un agujero negro, aunque no se descarta que puedan existir agujeros negros también en otros lugares de las galaxias. Los agujeros negros se crean también con el big-bang.

La Vía Láctea es una galaxia en espiral, de tamaño pequeño, y el sistema solar gira en uno de los brazos de la Vía Láctea, llamado el Cinturón de Orión. La Tierra orbita a una velocidad de 30 km/seg alrededor de sol; el sol orbita a una velocidad de 200 km/seg alrededor de la Vía Láctea, y la propia Vía Láctea orbita a una velocidad de 400 km/seg alrededor del cúmulo local. El supercúmulo al que pertenece la Vía Láctea se lama Laniakea. El universo está unido a la manera de tejidos filamentosos, análogamente a las neuronas en el cerebro humano.

Como afirman la cosmología y la astrofísica, hay más estrellas en el universo que granos de arena en una playa. Muchas de esas estrellas hacen posible alrededor suyo la existencia de planetas.

 

Los exoplanetas

 

Los exoplanetas son planetas que en principio contienen vida o pueden contener vida. La idea originaria fue de J. Lovelock, pero apenas en 1995 se descubre, con sus ideas pioneras, el primer exoplaneta. Este fue justamente el logro de Mayor y Queloz, por el que recibieron el premio Nobel de física.

La búsqueda de exoplanetas es un programa de investigación científica estrechamente vinculado con otros dos programas: la exobiología y el programa Seti. El primero consiste en la búsqueda de vida en el espacio exterior. El segundo es la búsqueda de inteligencia extraterrestre. Hasta la fecha tan sólo se han encontrado estructuras vermiformes en la superficie de Marte –esto es, estructuras como de gusanos, fosilizados–, y vapor de agua en un exoplaneta que gira alrededor de la estrella situada en la Constelación de Leo, a 111 años luz.

Pues bien, los exoplanetas tienen una zona específica para que sean tales, y entonces puedan tener vida. El concepto preciso es el de Zona Habitable, que no es ni muy cerca de la estrella del caso, ni muy lejos, en los bordes del sistema solar. La vida demanda un umbral para ser posible, además, naturalmente de algunas condiciones físico-químicas: en primer lugar, la existencia de agua.

En 1961, el astrónomo y astrofísico F. Drake formuló una ecuación que contiene la probabilidad de la existencia de otras civilizaciones en el universo. Aunque dicha ecuación ha sufrido algunas variaciones con el tiempo, se trata de la determinación máxima o mínima de la probabilidad de la existencia de otras civilizaciones. Pues bien, la condición mínima para esta posibilidad es la existencia de exoplanetas.

Digamos que una derivación de la existencia de exoplanetas es el programa de investigación denominado Terraformación, que consiste en la posibilidad de formar entornos habitables para los seres humanos. Hasta la fecha las mejores opciones de Terraformación son en Marte y en una de las lunas de Júpiter (Io o Europa). Naturalmente, todo depende de las capacidades tecnológicas que se puedan desarrollar (el viaje a Marte tarde seis meses solamente de ida).

 

El futuro del universo

 

J. Peebles ha levantado numerosas críticas luego de recibir la noticia del premio Nobel. Ha afirmado que en el universo no hay espacio para Dios.

Las controversias generadas por Peebles ponen de manifiesta la eterna lucha entre ciencia y religión –una lucha que es, básicamente, de poder. Mientras que la ciencia avanza a pasos vertiginosos, la cultura es bastante más lenta y conservadora. Y uno de los elementos más importantes de la cultura es la religión. Esta situación es tanto más grave cuanto que las tres religiones dominantes en la historia de Occidente son monoteístas y reveladas: el cristianismo, el judaísmo y el islamismo.

La cosmología científica es una ciencia perfectamente nueva, que apenas si cumple medio siglo. Y sin embargo, sus logros han sido maravillosos hasta la fecha. Lo que sí es cierto es que la racionalidad científica, hoy, ya no pontifica; es decir, ya no vive ni trabaja en términos de conclusiones absolutas y determinantes. Por el contario, la buena ciencia de punta dice: “hasta donde se sabe…”, “se cree que…”, “hemos llegado a la conclusión que X, pero…”, y así sucesivamente.

Uno de los problemas más apasionantes que quedan en la investigación científica es el futuro del universo. Con él, la posibilidad de que haya otros universos, o de que éste forme parte de un universo más amplio, que se denomina entonces multiverso, donde existen otros, aunque no se toquen o comuniquen entre sí.

La dificultad del estudio y comprensión de la cosmología científica estriba en el hecho de que exige pensar en términos de no-causalidad. El universo no tuvo un origen determinado y necesario. Es una buena contingencia, en la cual existimos los seres humanos. Y asimismo, su futuro permanece abierto, indeterminado, con incertidumbres; como la vida misma.

 

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