"¿De dónde venimos? ¿Cómo
comenzó el Universo? ¿Por qué el Universo es como es? ¿Cómo acabará?
"Toda mi vida, me he sentido fascinado por las grandes preguntas que
todos nosotros nos hemos planteado alguna vez, intentando encontrar
respuestas científicas. Si, al igual que yo, has mirado alguna vez a las
estrellas, e intentado ser plenamente consciente de lo que estás
observando, entonces tú también has comenzado a sorprenderte de lo que
hace que el Universo exista. Las preguntas están claras, y son
decepcionantemente simples. Pero las respuestas siempre han parecido
encontrarse más allá de nuestras capacidades. Hasta ahora.
"Las ideas que nos han surgido tras más de dos siglos de observación han
de ser radicalmente revisadas. En menos de cien años, hemos encontrado
una nueva forma de vernos a nosotros mismos. Hemos pasado de sentarnos
en el centro del Universo a descubrirnos orbitando un Sol de tamaño
medio, que es simplemente uno entre los millones de estrellas que
pueblan nuestra Vía Láctea. Y nuestra galaxia es sólo una entre miles de
millones, en un Universo que es infinito y que está en expansión. No
obstante, esto aún está lejos de ser el final de una larga historia de
investigaciones. Las grandes preguntas se resisten a ser respondidas,
antes de que podamos tener esperanzas en obtener una imagen completa del
Universo en el que vivimos.
"Me gustaría que compartieras mi emoción frente a los descubrimientos,
pasados y futuros, que han revolucionado nuestra forma de pensar. Desde
el Big Bang hasta los Agujeros Negros, de la materia oscura a un posible
Big Crunch, nuestra imagen del Universo hoy en día está llena de
extrañas ideas y grandes verdades. La historia de cómo hemos llegado a
éste cuadro es la historia del aprendizaje de la comprensión de todo lo
que vemos." S.H.
Stephen William Hawking nació en Oxford, Inglaterra, el 8 de Enero de 1942
(curiosamente, en el tricentenario de la muerte de una de las mayores
figuras intelectuales de la historia, el científico italiano Galileo
Galilei. Pero, como señala el propio Hawking: "Alrededor de otros doscientos
mil bebés nacieron aquel mismo día, de modo que quizá, después de todo, no
sea una coincidencia tan sorprendente"). La casa de sus padres se encontraba
en el norte de Londres. Fue el mayor de cuatro hermanos en una familia de
intelectuales. Su padre, Frank Hawking, que era un médico especializado en
enfermedades tropicales, había conocido a su madre Isobel cuando ella
trabajaba como secretaria de su mismo instituto de investigación, durante la
Segunda Guerra Mundial. A finales de 1941 y para dar a luz a su primer hijo,
se mudaron a Oxford, donde los alemanes no iban a bombardear. Cuando tenía
ocho años, su familia se mudó a St Albans, un pueblo a unos 30 kilómetros de
Londres. A los once años, Stephen empezó a acudir a la escuela de St Albans.
La imagen de Stephen por aquella época es la del estudiante y empollón, con
su uniforme gris de la escuela y su gorra. Era excéntrico y desmañado,
delgado e insignificante. Su uniforme escolar siempre parecía estar hecho un
lío y, según sus amigos, farfullaba en vez de hablar claramente: Era de ese
tipo de chico presente en todas las escuelas, un objeto de diversión para
toda la clase, incordiado y en ocasiones intimidado por los demás, respetado
en secreto por algunos, evitado por la mayoría. Parece que en la escuela sus
talentos fueron objeto de ciertas discusiones: cuando tenía doce años, uno
de sus amigos apostó a ser nada. Como el propio Hawking dice ahora
modestamente: "Ignoro si esta apuesta fue pagada alguna vez, y, si lo fue,
en qué sentido lo fue".
En el tercer año, Stephen era considerado por sus maestros como un buen
estudiante, pero sólo un poco por encima de la media en la clase superior de
ese año. De niño demostró siempre una afición por el Cosmos. En su casa le
hacían bromas cuando solía tenderse de espaldas en el pasto a contemplar las
estrellas. Hoy, casi acurrucado en su silla de ruedas y comunicándose
gracias a su insistencia y a la tecnología, nos pone el Universo en la mano.
En su habitación de la casa de St. Albans, cerca de Londres, había desechos
apilados, tazas de té por beber, libros de aviones de aeromodelismo y
ciertos dispositivos eléctricos que sólo Stephen sabía para qué servían.
Hasta que se le planteó qué carrera elegir. Stephen quería estudiar
Matemáticas, a pesar de los deseos de su padre de convertirlo en médico.
Stephen estudió en un colegio universitario de Oxford, donde estudió su
padre, pero allí no impartían estudios de Matemáticas, por lo que tuvo que
"conformarse" con Física, ya que las Ciencias Naturales le parecían
demasiado inexactas. Después de tres años y no demasiado esfuerzo, se
licenció como primero de su promoción en 1962. En 1966 se doctoró en el
Trinity Hall de Cambridge. Su interés científico se centró en el campo de la
relatividad general, en particular en la física de los agujeros negros.
Stephen viajó a Cambridge para desarrollar trabajos de investigación en el
campo de la Cosmología, dado que por aquellos tiempos no había nadie
trabajando en ésta rama en Oxford. Su supervisor fue Denis Sciama, a pesar
de que esperaba contar con Fred Hoyle, que estaba trabajando en Cambridge.
Tras obtener su Doctorado, se dedicó al principio a la investigación,
decantándose más tarde por la enseñanza en los Colegios Mayores de Gonville
y Caius. Tras dejar el Instituto de Astronomía en 1973, al año siguiente fue
elegido miembro de la Royal Society. Stephen se pasó al Departamento de
Matemáticas Aplicadas y Física Teórica de Cambridge en 1977, donde fue
nombrado profesor de Física Gravitacional. Desde 1979 ocupa la Cátedra
Lucasiana de Matemáticas. La Cátedra se creó en 1663 con fondos otorgados
para tal fin en el testamento del Reverendo Henry Lucas, que fue el Miembro
del Parlamento para la Universidad. Fue ocupada en primer lugar por Isaac
Barrow, y en 1669 pasó a Isaac Newton.
A finales de los años 60, Hawking demostró que, si la Relatividad General es
cierta y el Universo está en expansión, una singularidad debió de ocurrir en
su nacimiento. En 1971 sugirió la formación, a continuación del Big-Bang, de
numerosos objetos, denominados "miniagujeros negros", que contendrían
alrededor de mil millones de toneladas métricas de masa, pero ocuparían solo
el espacio de un protón, circunstancia que originaría enormes campos
gravitatorios, regidos por las leyes de la relatividad.
En 1974, encontró una cuanto menos curiosa propiedad de los Agujeros Negros,
objetos a cuya atracción gravitacional nada puede escapar: con la entrada en
escena de la Mecánica Cuántica, Stephen pudo demostrar cómo los Agujeros
Negros pueden irradiar energía en forma de partículas subatómicas hasta
agotar su energía, para finalmente estallar.
Su trabajo científico ha tratado de aproximar la Teoría de la Relatividad y
la Mecánica Cuántica, entendiendo que su fusión podría explicar el origen
del Universo. Sus estudios se han dirigido principalmente a los agujeros
negros, unas regiones del espacio donde la materia es tan densa que los
efectos gravitatorios son muy fuertes y nada escapa de ellos. Hawking ha
demostrado que los supuestos "agujeros" son, en realidad, energía térmica,
un flujo constante de partículas con una potencia equivalente a la de seis
reactores nucleares.
Stephen Hawking ha trabajado en las leyes básicas que gobiernan el
comportamiento del Universo. Junto a Roger Penrose, nos mostró que la Teoría
de la Relatividad General de Einstein implicaba que el espacio y el tiempo
habrían tenido un comienzo con el Big Bang y un fin con los Agujeros Negros.
Éstos resultados indicaban que era necesario unificar las teorías de la
Relatividad General con la Mecánica Cuántica, el otro gran desarrollo
científico de la primera mitad del siglo veinte. Una consecuencia de dicha
unificación fue que los Agujeros Negros no serían completamente negros, sino
que emitirían una cierta radiación y podrían, eventualmente, evaporarse y
desaparecer. En cuanto al concepto global del Universo, Hawking lo define
como un espacio-tiempo finito y curvo, sin bordes ni fronteras. Esto a su
vez implicaría que la forma de la que comenzó el Universo estaría
completamente determinada por las leyes de la ciencia. Pero quizás su acción
más impresionante fue escribir el éxito de ventas internacional "Historia
breve del Tiempo". El libro se mantuvo durante más de cuatro años en la
lista de bestsellers del Sunday Times de Londres, el mayor en la historia.
El físico británico ha intentado por todos los medios que la gente se
acerque a los misterios del universo y en busca de este objetivo no ha
dudado en recurrir al humor, como quedó claro en su aparición en Los
Simpsons. Una de las anécdotas que muestra su manejo de la ironía está
presente en su propio sitio en Internet, contada por el mismo Hawking:
"Cuando tuve que dar una conferencia en Japón, me pidieron que no hiciera
mención a un posible colapso del Universo, porque esto podría afectar el
mercado bursátil... Sin embargo, puedo asegurarle a cualquiera que esté
preocupado por sus inversiones que es un poco temprano para vender: aun si
el Universo llega a su fin, esto no ocurrirá hasta dentro de al menos 20 mil
millones de años".
Sus esfuerzos para describir desde un punto de vista teórico las propiedades
de los agujeros negros, así como la relación que estas propiedades guardan
con las leyes de la termodinámica clásica y de la mecánica cuántica, se
recogen en sus obras "The Large Scale Structure of Space-Time" (1973, en
colaboración con G.F.R. Ellis), "Superspace and Supergravity" (1981), y el
ya mencionado "Historia del Tiempo: del Big Bang a los agujeros negros"
(1988). En uno de sus últimos libros hasta la fecha, titulado "El Universo
en una cáscara de nuez", Stephen Hawking nos lleva hasta los límites de la
física teórica para explicar, en términos verdaderamente sencillos y no
exentos de humor, los principios que rigen nuestro Universo. Hawking,
haciendo gala de su capacidad para expresar las ideas científicas con una
buena dosis de entusiasmo, nos invita a acompañarle en un viaje por el
espacio-tiempo, hacia un increíble país de las maravillas en el que
partículas, membranas y cuerdas danzan en once dimensiones, donde los
agujeros negros se evaporan y desaparecen llevándose consigo su secreto, y
donde habita la pequeña nuez (la semilla cósmica originaria) de la que
surgió nuestro
Universo.
Como físico, Hawking viene desafiando ideas establecidas de su área, pero
también a los pronósticos médicos. A sus 21 años (corría el año 1963), los
doctores le diagnosticaron Esclerosis Lateral Amiotrófica, una afección
neuromuscular. La enfermedad va dañando progresivamente los nervios del
cerebro y de la columna vertebral, y le dieron dos años de vida como máximo.
Pero parece que se equivocaron.
Al saberlo, Hawking entró en shock, pero nada lo frenó para avanzar en la
física teórica, donde la mente, el lápiz y el papel son las mejores
herramientas. En esa época, estaba conociendo a una chica, Jane Wilde, quien
le dio fuerzas para continuar a pesar de la enfermedad. Se casaron
enseguida, tuvieron tres hijos y, después de veinticinco años de matrimonio,
se separaron.
El científico Stephen Hawking y la
escritora Jane Hawking el día de su boda, en 1965.
En 1990, él (un fanático de la música de Wagner, Brahms y Mahler) se fue a
vivir con su enfermera. Ella terminó casándose con un músico y publicando un
libro en el que describe a Hawking como "emperador todopoderoso". Casado dos
veces, padre de tres hijos, el físico más famoso de Cambridge, que en
realidad nació en la archirival ciudad universitaria de Oxford, no es de los
que aceptan las condenas tan fácilmente.
"A menudo me preguntan cómo me siento al tener esclerosis lateral
amiotrófica. La respuesta no es que muy bien. Yo trato de llevar la vida más
normal posible y no pienso en mi enfermedad", cuenta Hawking en su sitio
oficial.
Stephen Hawking ha dedicado la mayor parte de su vida a investigar el
espacio-tiempo descrito en la Teoría de la Relatividad General, y las
singularidades que en él se producen. Y ha desarrollado gran parte de éste
trabajo confinado en una silla de ruedas, a consecuencia de una enfermedad
neuronal degenerativa llamada ALS, o Enfermedad de Lou Gehrig.
"Presentó varios teoremas con el matemático Roger Penrose por los cuales
demuestra que la Teoría General de la Relatividad implicaba que el
espacio-tiempo tendría un comienzo en la explosión del Big Bang y un final
en los agujeros negros", señaló Alejandro Gangui, investigador en cosmología
del Instituto Argentino de Física del Espacio de la UBA y el Conicet. Y
entre otros aportes: "Sugirió que los agujeros negros (esos monstruos
misteriosos del Universo) no son tan negros ni se tragan todo, sino que algo
emiten".
Cuando su enfermedad ya era bastante costosa, publicó un libro que le
reportaría algunas ganancias: "Una Breve Historia del Tiempo". Cuando no
había acabado aún el primer borrador, lo atacó una severa neumonía. Para
salvarle la vida los médicos no tuvieron otra opción que practicarle una
traqueotomía. Como ya casi no podía escribir, hasta ese momento su trabajo
lo realizaba dictándole a una secretaria. Pero a partir de este momento eso
ya sería imposible.
Su nueva manera de contactarse con el mundo, comenzó a ser bastante
rudimentaria. Cuando necesitaba decir algo le enseñaban un cuadro con un
abecedario. Recorría con la mirada las letras y hacía una señal con los ojos
cuando llegaba aquella que le serviría para construir las palabras que le
permitirían contactarse con el mundo. No es de extrañar que por más simple
que fuera el diálogo, podía tardarse horas. En eso estaba cuando Walt
Wolotosz, un experto en computación de California le envió un software
llamado Equalizer que lo rescató del silencio. Este sistema fue modernizado,
no sólo por una versión más rápida, sino que ya no fue necesario confinarlo
dentro de cuatro paredes.
Hace algún tiempo, Stephen Hawking se reunió con Gordon Moore, Presidente de
Intel, uno de los principales fabricantes de procesadores del mundo. Moore
se sorprendió por lo básico del computador que usaba el físico inglés, un
simple y común 486. "Hawking es un científico sobresaliente. Ayudarlo en su
trabajo es extremadamente importante", dijo Moore. El sintetizador de voz
ahora lo controla la última generación de procesadores Pentium. También le
actualizaron el software Equalizer para que fuera operable en una versión
adaptada de Windows 95, con la que Hawking puede enchufarse a Internet.
"Debo ser el hombre más conectado del mundo", bromeó cuando recibió los
nuevos equipos. Detrás de su silla de ruedas, Hawking tiene un teléfono
móvil Motorola. Usando su ordenador portátil puede marcar cualquier número
y, con el sintetizador, es capaz de hablar por teléfono. El sistema incluye
un aparato que funciona con rayos infrarrojos y que controla el televisor,
la radio y otros aparatos electrónicos en la casa de Hawking. Un aparato
similar (que usa ondas de radio) se encarga de las puertas y las luces de su
hogar.
Al alcance de su mano izquierda se encuentra un botón de alarma para llamar
a su asistente, y en su mano derecha sostiene la barra de comando, manejable
con dos dedos, los únicos con movilidad, los que le permiten escribir.
Mediante esta barra maneja un cursor que se mueve a través de la pantalla a
color de su computador, selecciona las palabras y forma frases, que luego
son reproducidas a través del ecualizador y los parlantes. La memoria del
computador tiene almacenadas tres mil palabras, ordenadas alfabéticamente.
Escribe hasta 15 por minuto, las cuales puede hacer audibles o guardar en el
disco duro para utilizarlas en otra ocasión. El acento de la voz electrónica
todavía no ha sido corregido
Stephen Hawking es uno de los más largos supervivientes de una enfermedad
que por lo general lleva a la muerte en 2 años, un mal neurológico
progresivo e incurable. Le diagnosticaron la enfermedad a los 21 años. Han
pasado 40 desde entonces y él sigue luchando, investigando y haciéndose
preguntas: ¿Qué grado de libertad tuvo Dios al momento de crear el universo?
¿Existe una teoría única y definitiva que explique todos los fenómenos del
cosmos? ¿Seguirá el universo expandiéndose eternamente o algún día se
contraerá hasta llegar a un nuevo punto de densidad infinita que más tarde
dé origen a otro universo distinto?
En los años 80 Hawking apostó que en un período inferior a los 20 años la
física conseguiría unificar la Teoría de la Relatividad General, que da una
explicación a la interacción gravitatoria, con las teorías unificadas,
dominadas por la postura de la mecánica cuántica, que logran un modelo para
explicar las fuerzas nucleares y la electromagnética. El abismo entre estas
teorías es principalmente conceptual: ¿cómo fundir ideas relativas a la
relación entre puntos y el espacio-tiempo con otras que rechazan la
existencia física de puntos frente a "posibles zonas"?
La teoría de cuerdas, en su estado actual, las supercuerdas, parece
encontrar una forma de asimilar todas las interacciones en un único modelo.
Pese a haber evolucionado mucho en estos últimos años, según Hawking, "no
estamos mucho más cerca de la meta". Pese a todo, sigue convencido de que
llegar a tal cima es posible, aunque contempla otras opciones: "Es posible
que no haya teoría alguna que pueda ser aplicada en distintas situaciones,
así como no hay mapa alguno que abarque el mundo entero".
El Instituto Max Planck se encuentra en las proximidades de una residencia
de verano de Albert Einstein, que pasó los últimos años de su vida buscando
esta ansiada unificación. Éste abandonó la residencia en 1932, y salió de
Alemania al año siguiente ante el crecimiento del movimiento nazi.
¿Cuál es la utilidad de una teoría de semejante envergadura? "No
comprendemos el origen del universo ni por qué nos hallamos aquí. Una teoría
unificada completa podría no rendir muchos beneficios materiales, pero
aclararía ese milenario interrogante", concluye Stephen Hawking.
Stephen Hawking es Físico Teórico. En su campo muchas veces se mezclan la
Ciencia y la Filosofía. Como muestra, un botón: ¿Cuántas dimensiones tiene
la realidad y hasta dónde pueden llegar las ciencias? ¿Suficiencia o
insuficiencia del método matemático para explicar toda la realidad?
Stephen Hawking afirma que no hay más realidad que nuestras posibilidades de
observación y que sólo cabe hablar de conocimiento científico cuando este
conocimiento se puede expresar matemáticamente; si no, tal conocimiento
carece de sentido científico. Existe una interesante relación con la postura
de Kant. Sin embargo, hay otra postura diferente a la de Hawking, que se
basa en decir
a) La verdad de la realidad es
por sí misma con anterioridad a nuestras posibilidades de observación;
b) Lo científico no se acaba en lo
matemático;
c) La ciencia es el conocimiento cierto
por las causas, y hay causas que van más allá de la matemática.
No es nuestra intención profundizar más en el tema, sino más bien otorgar al
lector otro punto de vista sobre el que reflexionar.
Si hubiera una Justicia Universal, el Universo entero (y no sólo el planeta
Tierra) debería soplar cada 8 de enero las velas de cumpleaños de Stephen
Hawking. Esta Justicia se basaría en una de las tres leyes básicas de la
física clásica, el principio de acción y reacción, que considera que toda
fuerza aplicada a un cuerpo en un punto recibe una resistencia de igual
dirección e intensidad pero de sentido contrario en el punto determinado. Si
Hawking, el profesor de la Cátedra de Matemáticas de la Universidad de
Cambridge, ha dedicado su vida a estudiar las leyes del Universo, bien
podría el Universo tomarse el día 8 de enero para celebrar a Hawking. O al
menos todos los lectores a los que con sus libros nos acercó el Universo, o
los seguidores de "Los Simpsons", que vieron a su alter-ego animado hablando
con Bart y Lisa (si Homer entiende la física, cualquiera puede), o los
fanáticos de "Star Trek" que lo tuvo como un personaje más.
Considerado el mayor genio del siglo XX después de Einstein, es ya una
leyenda por su coraje frente a su enfermedad terrible que desde hace 40 años
ha ido destruyendo inexorablemente su cuerpo, confinándolo a una silla de
ruedas y privándolo de la capacidad de hablar. Pero su cerebro, indemne, no
ha dejado de escrutar el sentido del Universo: por qué es, y por qué existe.
Y ojalá que lo siga haciendo durante mucho tiempo
Sobre el universo y ciertas
cuestiones (subtitulado)
[Conferencia del 27 de
abril de 1998 en la Universidad de Toronto]
El 29 de abril de 1980, di mi conferencia inaugural como profesor de
matemáticas de la cátedra Lucasiana en Cambridge. El título era: “¿Está a la
vista el fin de la Física Teórica? y en ella describí el progreso que ya
habíamos experimentado en el entendimiento del universo durante los últimos
siglos, al mismo tiempo que me preguntaba cuales eran las posibilidades de
encontrar finalmente una teoría completa y unificada del todo hacia finales
de siglo. Bien, el final del siglo ya está casi aquí. Aunque hemos recorrido
un largo camino, particularmente durante los últimos 3 años, no parece que
vayamos a conseguirlo.
En mi lectura de 1980 describí como habíamos dividido el problema de
encontrar una teoría del todo en un número de partes más manejables.
Primeramente habíamos dividido la descripción del universo que nos rodea en
dos partes. La primera de ellas es un conjunto de leyes locales que nos
dicen como evoluciona cada región del universo en el tiempo si sabemos su
estado inicial, y cómo es afectada por otras regiones. La otra parte consta
de un conjunto de lo que denominamos condiciones límite. Estas, especifican
lo que sucede en el borde del espacio y el tiempo. Ellas determinan cómo
empezó el universo, y quizás, cómo va a terminar. Mucha gente, incluyendo
probablemente a la mayoría de los físicos, sienten que las tareas de la
física teórica deberían estar confinadas a la primera parte, es decir a
formular leyes locales que describan cómo evoluciona el universo a medida
que el tiempo transcurre. Ellos considerarían la cuestión del cómo se
determinó el estado inicial como algo que va más allá del ámbito de la
física, perteneciendo al reino de la metafísica o la religión. Pero yo soy
un desvergonzado racionalista. En mi opinión las condiciones límite que
determinan el estado inicial del universo son una materia tan legítima y
sujeta al escrutinio de los científicos como lo son las leyes que gobiernan
su evolución posterior.
A principios de la década de los 60, las fuerzas que los físicos conocían se
clasificaron en cuatro categorías que parecerían estar separadas e
independizadas entre si. La primera de las cuatro categorías era la de la
fuerza gravitatoria, la cual es portada por una partícula llamada gravitón.
La gravedad es, con mucho, la más débil de las cuatro fuerzas. Sin embargo,
corrige su baja potencia mediante la posesión de dos importantes
propiedades. La primera es que es universal, es decir, afecta a cada
partícula del universo en la misma forma. Todos los cuerpos se atraen entre
si. Ninguno deja de sentirse afectado o repelido por la gravedad. La segunda
propiedad importante de la fuerza gravitatoria es que puede operar a través
de largas distancias. Juntas, estas dos propiedades significan que las
fuerzas gravitatorias entre las partículas de un cuerpo grande se suman
entre si, y pueden dominar por encima de las otras fuerzas.
La segunda de las cuatro categorías en las que se dividen las fuerzas
corresponde a la fuerza electromagnética, la cual es portada por una
partícula llamada fotón. El electromagnetismo, es un millón de billones de
billones de billones de billones más poderoso que la fuerza gravitatoria, y
al igual que la gravedad, puede actuar a través de grandes distancias. Sin
embargo, al contrario que la gravedad, no actúa en todas las partículas de
la misma forma. Algunas partículas son atraídas por ella, otras no son
afectadas y otras son repelidas.
La atracción y repulsión entre las partículas en dos cuerpos grandes anulará
cada una casi exactamente, al contrario que las fuerzas gravitatorias entre
las partículas, que sería atractiva con todas. Esto explica que nos caigamos
hacia el suelo, y no hacia el aparato de televisión. Por otro lado, en la
escala de las moléculas y los átomos, con solo un relativamente pequeño
número de partículas, las fuerzas electromagnéticas dominan completamente a
las gravitatorias. En la escala aún más pequeña de los núcleos atómicos, es
decir la trillonésima parte de un centímetro, la tercera y cuarta
categorías: las fuerzas nucleares débil y fuerte, dominan al resto de
fuerzas.
La gravedad y el electromagnetismo se describen en función de lo que
llamamos teorías de campos, en las que hay un conjunto de números en cada
punto del espacio y tiempo que determinan las fuerzas gravitatoria y
electromagnética. Cuando yo empecé a investigar en 1962, se creía
generalmente que las fuerzas nuclear débil y fuerte no podían ser descritas
por una teoría de campo. Pero los informes de la muerte de la teoría de
campos demostraron ser una exageración. Un nuevo tipo de teoría de campos
fue presentada por Chen Ning Yang y Robert Mills. En 1967, Abdus Salam y
Steven Weinberg demostraron que una teoría de este tipo no solo describiría
las fuerzas nucleares débil y fuerte sino que también podría unificarlas con
la fuerza electromagnética. Recuerdo que la mayoría de los físicos trataron
con desprecio a esta teoría de campo. Sin embargo, concordaba tan bien con
los experimentos que en 1979 se le otorgó el Premio Nóbel a Salam, Weinberg
y Glashow, que habían propuesto teorías unificadas similares. El comité del
Nóbel realmente se arriesgó con su decisión ya que la confirmación final de
la teoría no llegaría hasta 1983, con el descubrimiento de las partículas W
y Z. (Siento la pronunciación de W y Z, sobre todo para aquellos que son
británicos y no usan un sintetizador de voz americano).
El éxito provocó la búsqueda de una sola teoría de “gran unificación” de
Yang-Mills que describiese a los tres tipos de fuerza. Las teorías de gran
unificación no son muy satisfactorias. En realidad, su nombre es básicamente
una exageración. No son realmente grandes ya que contienen al menos 40
números que no pueden predecirse con antelación sino que tienen que
ajustarse para que casen con los experimentos. Se podría esperar que la
teoría final del universo sea única y que no contenga cantidades ajustables.
¿Cómo va a ser que estos valores sean elegidos?
Pero la objeción más poderosa a las grandes teorías de unificación era que
no estaban unificadas completamente. No incluían a la gravedad y no existía
ninguna forma aparente de ampliarlas de modo que lo hicieran. Pudiera ser
que no existiera una única teoría fundamental. En lugar de eso, podría haber
una colección de teorías aparentemente diferentes, cada una de las cuales
funcionaría bien en ciertas situaciones. Las teorías diferentes concordarían
entre si en aquellas regiones de validez en la que se superpusieran. Por
ello, podrían ser contempladas como aspectos diferentes de la misma teoría.
Pero tal vez no existiese una única formulación de la teoría que pudiese
aplicarse en todas las situaciones.
Podemos comparar la física teórica al hecho de cartografiar la Tierra. Se
puede representar exactamente una pequeña región de la superficie de la
tierra, en forma de mapa, en una hoja de papel. Pero si se intenta hacer un
mapa de una región más grande se obtendrían distorsiones debido a la
curvatura de la Tierra. No es posible representar cada punto de la
superficie de la Tierra en un único mapa. En lugar de ello, usamos una
colección de mapas que concuerdan en aquellas regiones donde se superponen.
Como dije, incluso si encontramos una teoría unificada completa, tanto con
una única formulación, como con una serie de teorías superpuestas, solo
habremos solucionado la mitad del problema. La teoría unificada nos dirá
como evoluciona el universo en el tiempo dado un estado inicial. Pero la
teoría no especificará en si misma las condiciones límites en el borde del
espacio y el tiempo que determinan el estado inicial. Esta cuestión es
fundamental para la cosmología. Podemos observar el estado presente del
universo, y podemos usar las leyes de la física para calcular cómo pudo ser
en épocas anteriores. Pero todo lo que esto nos dice es que el universo es
ahora como es, porque entonces era como era. No podemos entender por qué el
universo tiene el aspecto que tiene a no ser que la cosmología se convierta
en una ciencia, en el sentido de que pueda hacer predicciones. Y para hacer
esto necesitamos una teoría de las condiciones límite del universo.
Ha habido varias sugerencias para las condiciones iniciales del universo,
tales como la hipótesis del túnel y el así llamado escenario pre-big bang.
Pero en mi opinión, la más elegante, con mucho, es la que Jim Hartle y yo
llamamos la propuesta de no-límites. Esta puede enunciarse como: la
condición de límite del universo es que no tiene límite. En otras palabras,
el espacio y el tiempo imaginario unidos se curvan hacia atrás sobre si
mismos de modo que forman una superficie cerrada como la superficie de la
Tierra, pero con más dimensiones. La superficie de la Tierra tampoco tiene
límites. No existen informes fiables de que alguien haya caído en el abismo
del fin del mundo.
La condición de no-límite y las otras teorías son simplemente proposiciones
para las condiciones de límite del universo. Para probarlas tenemos que
calcular que predicciones pueden extraerse de ellas y compararlas con las
nuevas observaciones que están empezando a hacerse. De momento, las
observaciones no son lo bastante buenas como para distinguir entre estas
diferentes clases de mapa. Pero en los próximos años, se acometerán nuevas
observaciones que podrán salvar esta cuestión. La cosmología vive un período
excitante. Apuesto mi dinero por la condición de no-límite. Se trata de una
explicación tan elegante que estoy seguro que Dios la habría elegido.
El progreso efectuado con los intentos de unificar la gravedad con el resto
de fuerzas ha sido enteramente teórico. Esto ha llevado a alguna gente como
al físico John Horgan a afirmar que la física esta muerta porque se ha
convertido simplemente en un juego matemático, no relacionado con la
experimentación. Pero yo no estoy de acuerdo. Aunque no podamos producir
partículas de la energía de Planck – la energía a la cual la gravedad se
unificaría con las otras fuerzas – existen predicciones que pueden ser
verificadas a niveles más bajos de energía. El Super Colisionador
Superconductor que estaba siendo construido en Texas podría haber alcanzado
esas energías pero fue cancelado cuando los Estados Unidos iniciaron una
fase de recesión económica. De modo que tendremos que esperar a que se
concluya el Gran Colisionador de Hadrones que está siendo construido en
Ginebra.
Asumiendo que los experimentos de Ginebra confirmen la teoría actual,
¿cuáles son las perspectivas de completar una teoría unificada? En 1980 dije
que pensaba que había una oportunidad del 50% de encontrar una teoría
completa de unificación durante los siguientes 20 años. Esa es aún mi
estimación, pero los próximos 20 años empiezan ahora. Volveré dentro de
otros 20 años para decirles si lo hemos conseguido.
Esta conferencia versa sobre si podemos predecir el futuro o bien éste es
arbitrario y aleatorio. En la antigüedad, el mundo debía de haber parecido
bastante arbitrario. Desastres como las inundaciones o las enfermedades debían
de haber parecido producirse sin aviso o razón aparente. La gente primitiva
atribuía esos fenómenos naturales a un panteón de dioses y diosas que se
comportaban de una forma caprichosa e impulsiva. No había forma de predecir lo
que harían, y la única esperanza era ganarse su favor mediante regalos o
conductas. Mucha gente todavía suscribe parcialmente esta creencia, y tratan de
firmar un pacto con la fortuna. Se ofrecen para hacer ciertas cosas a cambio de
un sobresaliente en una asignatura, o de aprobar el examen de conducir.
Sin embargo, la gente se debió de dar cuenta gradualmente de ciertas
regularidades en el comportamiento de la naturaleza. Estas regularidades eran
más obvias en el movimiento de los cuerpos celestes a través del firmamento. Por
eso la Astronomía fue la primera ciencia en desarrollarse. Fue puesta sobre una
firme base matemática por Newton hace más de 300 años, y todavía usamos su
teoría de la gravedad para predecir el movimiento de casi todos los cuerpos
celestes. Siguiendo el ejemplo de la Astronomía, se encontró que otros fenómenos
naturales también obedecían leyes científicas definidas. Esto llevó a la idea
del determinismo científico, que parece haber sido expresada públicamente por
primera vez por el científico francés Laplace. Me pareció que me gustaría citar
literalmente las palabras de Laplace. y le pedí a un amigo que me las buscara.
Por supuesto que están en francés, aunque no esperaba que la audiencia tuviera
ningún problema con esto. El problema es que Laplace, como Prewst [N. del T.:
Hawking probablemente se refiere a Proust], escribía frases de una longitud y
complejidad exageradas. Por eso he decidido parafrasear la cita. En efecto, lo
que él dijo era que, si en un instante determinado conociéramos las posiciones y
velocidades de todas las partículas en el Universo, podríamos calcular su
comportamiento en cualquier otro momento del pasado o del futuro. Hay una
historia probablemente apócrifa según la cual Napoleón le preguntó a Laplace
sobre el lugar de Dios en este sistema, a lo que él replicó "Caballero, yo no he
necesitado esa hipótesis". No creo que Laplace estuviera reclamando que Dios no
existe. Es simplemente que El no interviene para romper las leyes de la Ciencia.
Esa debe ser la postura de todo científico. Una ley científica no lo es si solo
se cumple cuando algún ser sobrenatural lo permite y no interviene.
La idea de que el estado del universo en un instante dado determina el estado en
cualquier otro momento ha sido uno de los dogmas centrales de la ciencia desde
los tiempos de Laplace. Eso implica que podemos predecir el futuro, al menos en
principio. Sin embargo, en la práctica nuestra capacidad para predecir el futuro
está severamente limitada por la complejidad de las ecuaciones, y por el hecho
de que a menudo exhiben una propiedad denominada caos. Como sabrán bien todos
los que han visto Parque Jurásico, esto significa que una pequeña perturbación
en un lugar puede producir un gran cambio en otro. Una mariposa que bate sus
alas puede hacer que llueva en Central Park, Nueva York. El problema es que eso
no se puede repetir. La siguiente vez que una mariposa bata sus alas, una
multitud de otras cosas serán diferentes, lo que también tendrá influencia sobre
la meteorología. Por eso las predicciones meteorológicas son tan poco fiables.
A pesar de estas dificultades prácticas, el determinismo científico permaneció
como dogma durante el siglo 19. Sin embargo, en el siglo 20 ha habido dos
desarrollos que muestran que la visión de Laplace sobre una predicción completa
del futuro no puede ser llevada a cabo. El primero de esos desarrollos es lo que
se denomina mecánica cuántica. Fue propuesta por primera vez en 1900, por el
físico alemán Max Planck, como hipótesis ad hoc para resolver una paradoja
destacada. De acuerdo con las ideas clásicas del siglo 19, que se remontan a los
tiempos de Laplace, un cuerpo caliente, como una pieza de metal al rojo, debería
emitir radiación. Perdería energía en forma de ondas de radio, infrarrojos, luz
visible, ultravioleta, rayos x, y rayos gamma, todos a la misma tasa. Esto no
sólo significaría que todos moriríamos de cáncer de piel, sino que además todo
en el universo estaría a la misma temperatura, lo que claramente no es así. Sin
embargo, Planck mostró que se puede evitar este desastre si se abandonara la
idea de que la cantidad de radiación puede tener cualquier valor, y se dijera en
su lugar que la radiación llega únicamente en paquetes o cuantos de un cierto
tamaño. Es un poco como decir que en el supermercado no se puede comprar azúcar
a granel, sino sólo en bolsas de un kilo. La energía en los paquetes o cuantos
es mayor para los rayos x y ultravioleta, que para la luz infrarroja o visible.
Esto significa que a menos que un cuerpo esté muy caliente, como el Sol, no
tendrá suficiente energía para producir ni siquiera un único cuanto de rayos x o
ultravioleta. Por eso no nos quemamos por insolación con una taza de café.
Para Planck los cuantos no eran más que un truco matemático que no tenía una
realidad física, lo que quiera que eso signifique. Sin embargo, los físicos
empezaron a encontrar otro comportamiento, que sólo podía ser explicado en
términos de cantidades con valores discretos o cuantizados, más que variables
continuas. Por ejemplo, se encontró que las partículas elementales se
comportaban más bien como pequeñas peonzas girando sobre un eje. Pero la
cantidad de giro no podía tener cualquier valor. Tenía que ser algún múltiplo de
una unidad básica. Debido a que esa unidad es muy pequeña, uno no se da cuenta
de que una peonza normal decelera mediante una rápida secuencia de pequeños
pasos, más que mediante un proceso continuo. Pero para peonzas tan pequeñas como
los átomos, la naturaleza discreta del giro es muy importante.
Pasó algún tiempo antes de que la gente se diera cuenta de las implicaciones que
tenía este comportamiento cuántico para el determinismo. No sería hasta 1926,
cuando Werner Heisenberg, otro físico alemán, indicó que no podrías medir
exactamente la posición y la velocidad de una partícula a la vez. Para ver dónde
está una partícula hay que iluminarla. Pero de acuerdo con el trabajo de Planck,
uno no puede usar una cantidad de luz arbitrariamente pequeña. Uno tiene que
usar al menos un cuanto. Esto perturbará la partícula, y cambiará su velocidad
de una forma que no puede ser predicha. Para medir la posición de la partícula
con exactitud, deberás usar luz de una longitud de onda muy corta, como la
ultravioleta, rayos x o rayos gamma. Pero nuevamente, por el trabajo de Planck,
los cuantos de esas formas de luz tienen energías más altas que las de la luz
visible. Por eso perturbarán aún más la velocidad de la partícula. Es un
callejón sin salida: cuanto más exactamente quieres medir la posición de la
partícula, con menos exactitud puedes conocer la velocidad, y viceversa. Esto
queda resumido en el Principio de Incertidumbre formulado por Heisenberg; la
incertidumbre en la posición de una partícula, multiplicada por la incertidumbre
en su velocidad, es siempre mayor que una cantidad llamada la constante de
Planck, dividida por la masa de la partícula.
La visión de Laplace del determinismo científico implicaba conocer las
posiciones y velocidades de las partículas en el universo en un instante dado
del tiempo. Por lo tanto, fue seriamente socavado por el Principio de
Incertidumbre de Heisenberg. ¿Cómo puede uno predecir el futuro, cuando uno no
puede medir exactamente las posiciones ni las velocidades de las partículas en
el instante actual? No importa lo potente que sea el ordenador de que dispongas,
si lo alimentas con datos deplorables, obtendrás predicciones deplorables.
Einstein estaba muy descontento por esta aparente aleatoriedad en la naturaleza.
Su opinión se resumía en su famosa frase 'Dios no juega a los dados'. Parecía
que había presentido que la incertidumbre era sólo provisional, y que existía
una realidad subyacente en la que las partículas tendrían posiciones y
velocidades bien definidas y se comportarían de acuerdo con leyes deterministas,
en consonancia con Laplace. Esta realidad podría ser conocida por Dios, pero la
naturaleza cuántica de la luz nos impediría verla, excepto tenuemente a través
de un cristal.
La visión de Einstein era lo que ahora se llamaría una teoría de variable
oculta. Las teorías de variable oculta podrían parecer ser la forma más obvia de
incorporar el Principio de Incertidumbre en la física. Forman la base de la
imagen mental del universo, sostenida por muchos científicos, y prácticamente
por todos los filósofos de la ciencia. Pero esas teorías de variable oculta
están equivocadas. El físico británico John Bell, que murió recientemente, ideó
una comprobación experimental que distinguiría teorías de variable oculta.
Cuando el experimento se llevaba a cabo cuidadosamente, los resultados eran
inconsistentes con las variables ocultas. Por lo tanto parece que incluso Dios
está limitado por el Principio de Incertidumbre y no puede conocer la posición y
la velocidad de una partícula al mismo tiempo. O sea que Dios juega a los dados
con el universo. Toda la evidencia lo señala como un jugador empedernido, que
tira los dados siempre que tiene ocasión.
Otros científicos estaban mucho más dispuestos que Einstein a modificar la
visión clásica del determinismo del siglo 19. Una nueva teoría, denominada la
mecánica cuántica, fue propuesta por Heisenberg, el austríaco Erwin
Schroedinger, y el físico británico Paul Dirac. Dirac fue mi penúltimo
predecesor en la cátedra Lucasiana de Cambridge. Aunque la mecánica cuántica ha
estado entre nosotros durante cerca de 70 años, todavía no es generalmente
entendida o apreciada, incluso por aquellos que la usan para hacer cálculos. Sin
embargo, debería preocuparnos a todos, puesto que es una imagen completamente
diferente del universo físico y de la misma realidad. En la mecánica cuántica,
las partículas no tienen posiciones ni velocidades bien definidas. En su lugar,
son representadas por lo que se llama una función de onda. Esta es un número en
cada punto del espacio. El tamaño de la función de onda indica la probabilidad
de que la partícula sea encontrada en esa posición. La tasa con la que la
función de onda cambia de punto a punto, proporciona la velocidad de la
partícula. Uno puede tener una función de onda con un gran pico en una región
muy pequeña. Esto significará que la incertidumbre en la posición es muy
pequeña. Pero la función de onda variará muy rápidamente cerca del pico, hacia
arriba en un lado, hacia abajo en el otro. Por lo tanto la incertidumbre en la
velocidad será grande. De la misma manera, uno puede tener funciones de onda en
las que la incertidumbre en la velocidad es pequeña, pero la incertidumbre en la
posición es grande.
La función de onda contiene todo lo que uno puede saber de la partícula, tanto
su posición como su velocidad. Si sabes la función de onda en un momento dado,
entonces sus valores en otros momentos son determinados por lo que se llama la
ecuación de Schroedinger. Por lo tanto uno tiene aún un cierto determinismo,
pero no del tipo que Laplace imaginaba. En lugar de ser capaces de predecir las
posiciones y las velocidades de las partículas, todo lo que podemos predecir es
la función de onda. Esto significa que podemos predecir sólo la mitad de lo que
podríamos de acuerdo con la visión clásica del siglo 19.
Aunque la mecánica cuántica lleva a la incertidumbre cuando tratamos de predecir
la posición y la velocidad a un mismo tiempo, todavía nos permite predecir con
certidumbre una combinación de posición y velocidad. Sin embargo, incluso este
grado de certidumbre parece estar amenazado por desarrollos más recientes. El
problema surge porque la gravedad puede torcer el espacio-tiempo tanto que puede
haber regiones que no observamos.
Curiosamente, el mismo Laplace escribió un artículo en 1799 sobre cómo algunas
estrellas pueden tener un campo gravitatorio tan fuerte que la luz no podría
escapar, siendo por tanto arrastrada de vuelta a la estrella. Incluso calculó
que una estrella de la misma densidad que el Sol, pero doscientas cincuenta
veces más pequeña, tendría esta propiedad. Pero aunque Laplace podría no haberse
dado cuenta, la misma idea había sido propuesta 16 años antes por un hombre de
Cambridge, John Mitchell, en un artículo en Phylosophical Transactions of the
Royal Society. Tanto Mitchel como Laplace concebían a la luz como formada por
partículas, más bien como bolas de cañón, que podían ser deceleradas por la
gravedad, y hechas caer de vuelta a la estrella. Pero un famoso experimento
llevado a cabo por dos americanos, Michelson y Morley, en 1887, mostraron que la
luz siempre viajaba a una velocidad de ciento ochenta y seis mil millas por
segundo, no importa de dónde viniera. Cómo podía entonces la gravedad
decelerarla, y hacerla caer de nuevo.
De acuerdo con las ideas sobre el espacio y el tiempo vigentes en aquel momento
esto era imposible. Sin embargo, en 1915 Einstein presentó al mundo su
revolucionaria Teoría General de la Relatividad en la cual espacio y tiempo
dejaban de ser entidades separadas e independientes. Por el contrario, eran
meramente diferentes direcciones de una única noción llamada espacio-tiempo.
Esta noción espacio-tiempo no era uniforme sino deformada y curvada debido a su
energía inherente. Para que se entienda mejor, imagínese que colocamos un peso
(que hará las veces de estrella) sobre una lámina de goma. El peso (estrella)
formará una depresión en la goma curvándose la zona alrededor del mismo en
contraposición a la planicie anterior. Si hacemos rodar canicas sobre la lámina
de goma, sus rastros serán espirales más que líneas rectas. En 1919, una
expedición británica en el Oeste de África observaba la luz de estrellas lejanas
que cruzaba cerca del sol durante un eclipse. Descubrieron que las imágenes de
las estrellas variaban ligeramente de sus posiciones habituales; esto revelaba
que las trayectorias de la luz de las estrellas habían sido curvadas por el
influjo del espacio-tiempo que rodea al sol. La Relatividad General había sido
confirmada.
Imagínese ahora que colocamos pesos sobre la lámina de goma cada vez más
cuantiosos y de manera más intensiva. Hundirán la plancha cada vez más. Con el
tiempo, alcanzado el peso y la masa crítica se hará un agujero en la lámina por
el que podrán caer las partículas pero del que no podrá salir nada.
Según la Teoría General de la Relatividad lo que sucede con el espacio-tiempo es
bastante similar. Cuanto más ingente y más densa sea una estrella, tanto más se
curvará y distorsionará el espacio-tiempo alrededor de la misma. Si una estrella
inmensa que ha consumido ya su energía nuclear se enfría encogiéndose por debajo
de su masa crítica, formará literalmente un agujero sin fondo en el
espacio-tiempo por el que no puede pasar la luz. El físico americano John
Wheeler llamó a estos objetos “agujeros negros” siendo el primero en destacar su
importancia y los enigmas que encierran. El término se hizo popular rápidamente.
Para los americanos sugería algo oscuro y misterioso mientras que para los
británicos existía además la amplia difusión del Agujero Negro de Calcuta. Sin
embargo los franceses, muy franceses ellos, percibieron algo indecente en el
vocablo. Durante años se resistieron a utilizar el término, demasiado negro,
arguyendo que era obsceno; pero era parecido a intentar luchar contra préstamos
lingüísticos como “le weekend” y otras mezcolanzas del “franglés”. Al final
tuvieron que claudicar. ¿Quién puede resistirse a una expresión así de
conquistadora?
Ahora tenemos evidencias de la existencia de agujeros negros en diferentes tipos
de entidades, desde sistemas de estrellas binarios al centro de las galaxias.
Por lo tanto, la existencia de agujeros negros está ampliamente aceptada hoy en
día. Con todo y al margen de su potencial para la ciencia ficción, ¿cuál sería
su relevancia para el determinismo? La respuesta reside en una pegatina de
parachoques que tenía en la puerta de mi despacho: “los agujeros negros son
invisibles”. No sólo ocurre que las partículas y los astronautas desafortunados
que caen en un agujero negro no vuelven nunca, sino que la información que estos
portan se pierde para siempre, al menos en nuestra demarcación del universo.
Puede lanzar al agujero negro aparatos de televisión, sortijas de diamantes e
incluso a sus peores enemigos y todo lo que recordará el agujero negro será su
masa total y su estado de rotación. John Wheeler llamó a esto “un agujero negro
no tiene pelo”. Esto confirma las sospechas de los franceses.
Mientras hubo el convencimiento de que los agujeros negros existirían siempre,
esta pérdida de información pareció no importar demasiado. Se podía pensar que
la información seguía existiendo dentro de los agujeros negros. Simplemente es
que no podemos saber lo que hay desde fuera de ellos pero la situación cambió
cuando descubrí que los agujeros negros no son del todo negros. La Mecánica
Cuántica hace que estos emitan partículas y radiaciones a un ritmo constante.
Estos hallazgos me asombraron no sólo a mí si no al resto del mundo pero con la
perspectiva del tiempo esto habría resultado obvio. Lo que se entiende
comúnmente como “el vacío” no está realmente vacío ya que está formado por pares
de partículas y antipartículas. Estas permanecen juntas en cierto momento del
espacio-tiempo, en otro se separan para después volver a unirse y finalmente
aniquilarse la una a las otra. Estas partículas y antipartículas existen porque
un campo, tal como los campos que transportan la luz y la gravedad no puede
valer exactamente cero. Esto denotaría que el valor del campo tendría tanto una
posición exacta (en cero) como una velocidad o ritmo de cambio exacto (también
cero). Esto violaría el Principio de Incertidumbre porque una partícula no puede
tener al tiempo una posición y una velocidad constantes. Por lo tanto, todos los
campos deben tener lo que se denomina fluctuaciones del vacío. Debido al
comportamiento cuántico de la naturaleza se puede interpretar estas
fluctuaciones del vacío como partículas y antipartículas como he descrito
anteriormente.
Estos pares de partículas se dan en conjunción con todas las variedades de
partículas elementarias. Se denominan partículas virtuales porque se producen
incluso en el vacío y no pueden ser mostradas directamente por los detectores de
partículas. Sin embargo, los efectos indirectos de las partículas virtuales o
fluctuaciones del vacío han sido estudiados en diferentes experimentos, siendo
confirmada su existencia.
Si hay un agujero negro cerca, uno de los componentes de un par de partículas y
antipartículas podría deslizarse en dicho agujero dejando al otro componente sin
compañero. La partícula abandonada puede caerse también en el agujero o bien
desplazarse a larga distancia del mismo donde se convertirá en una verdadera
partícula que podrá ser apreciada por un detector de partículas. A alguien muy
alejado del agujero negro le parecerá que la partícula ha sido emitida por el
mismo agujero.
Esta explicación de cómo los agujeros negros no son tan negros clarifica que la
emisión dependerá de la magnitud del agujero negro y del ritmo al que esté
rotando. Sin embargo, como un agujero negro no tiene pelo, citando a Wheeler, la
radiación será por otra parte independiente de lo que se deslizó por el agujero.
No importa lo que arroje a un agujero negro: aparatos de televisión, sortijas de
diamantes o a sus peores enemigos. Lo que de allí sale es siempre lo mismo.
Pero ¿qué tiene esto que ver con el determinismo que es sobre lo que se supone
que versa esta conferencia? Lo que esto demuestra es que hay muchos estados
iniciales (incluyendo aparatos de televisión, sortijas de diamantes e incluso
gente) que evolucionan hacia el mismo estado final, al menos fuera del agujero
negro. Sin embargo, en la visión de Laplace sobre el determinismo había una
correspondencia exacta entre los estados iniciales y los finales. Si usted
supiera el estado del universo en algún momento del pasado podría predecirlo en
el futuro. De manera similar, si lo supiera en el futuro, podría deducir lo que
habría sido en el pasado. Con el advenimiento de la Teoría del Cuanto en los
años 20 del siglo pasado se redujo a la mitad lo que uno podía predecir pero aún
dejó una correspondencia directa entre los estados del universo en diferentes
momentos. Si uno supiera la función de onda en un momento dado, podría
calcularla en cualquier otro.
Sin embargo, la situación es bastante diferente con los agujeros negros. Uno se
encontrará con el mismo estado fuera del agujero, independientemente de lo que
haya lanzado dentro, a condición de que tenga la misma masa. Por lo tanto, no
hay una correspondencia exacta entre el estado inicial y el estado final ya
fuera del agujero negro. Habrá una correspondencia exacta entre el estado
inicial y el final ambos fuera o ambos dentro del agujero negro. Sin embargo, lo
importante es que la emisión de partículas y la radiación alrededor del agujero
provocan una reducción en la masa del mismo y se empequeñece. Finalmente, parece
que el agujero negro llega a la masa cero y desaparece del todo. Pero, ¿qué
ocurre con todos los objetos que fueron lanzados al agujero y con toda la gente
que o bien saltó o fue empujada? No pueden volver a salir porque no existe la
suficiente masa o energía sobrante en el agujero negro para enviarlos fuera de
nuevo. Puede que pasen a otro universo pero eso nos da lo mismo a los que somos
lo suficientemente prudentes como para no saltar dentro de un agujero negro.
Incluso la información de lo que cayó dentro del agujero no podría salir de
nuevo cuando el agujero desaparezca por último. La información no se distribuye
gratuitamente como bien sabrán aquellos de ustedes que paguen facturas
telefónicas. La información necesita energía para transportarse, y no habrá
suficiente energía de sobra cuando el agujero negro desaparezca.
Lo que todo esto significa es que la información se perderá de nuestra
demarcación del universo cuando se formen los agujeros negros para después
desvanecerse. Esta pérdida de información implica que podemos predecir incluso
menos de lo pensamos, partiendo de la base de la teoría cuántica. En esta teoría
puede no ser factible predecir con certidumbre la posición y la velocidad de una
partícula al mismo tiempo. Hay sin embargo una combinación de posición y
velocidad que sí puede ser predicha. En el caso de un agujero negro, esta
predicción específica concierne a los dos miembros de un par de
partículas-antipartículas pero únicamente podemos detectar la partícula
expulsada. No hay modo alguno, incluso en un principio, de poner de manifiesto
la partícula que se precipita al agujero. Por lo tanto, por lo que sabemos,
podría estar en cualquier estado. Esto significa que no podemos hacer ninguna
predicción concreta acerca de la partícula que expulsa el agujero. Podemos
calcular la probabilidad de que la partícula tenga esta o aquella posición o
velocidad pero no podemos predecir con precisión una combinación de la posición
y velocidad de sólo una partícula porque su velocidad y posición van a depender
de la otra partícula, la cual no está bajo nuestra observación. Así que Einstein
estaba sin lugar a dudas equivocado cuando dijo, “Dios no juega a los dados”. No
sólo Dios juega definitivamente a los dados sino que además a veces los lanza a
donde no podemos verlos.
Muchos científicos son como Einstein en el sentido de que tienen un lazo
emocional muy fuerte con el determinismo pero al contrario que Einstein han
aceptado la reducción en nuestra capacidad para predecir que nos había traído
consigo la teoría cuántica. Pero ya era mucho. A estos no les gustó la
consiguiente reducción que los agujeros negros parecían implicar. Pensar que el
universo es determinista, como creía Laplace, es simplemente inocente. Presiento
que estos científicos no se han aprendido la lección de la historia. El universo
no se comporta de acuerdo a nuestras preconcebidas ideas. Continúa
sorprendiéndonos.
Podría pensarse que no importa demasiado si el determinismo hizo aguas cerca de
los agujeros negros. Estamos casi seguros de estar al menos a unos pocos años
luz de agujero negro de cualquier tamaño pero según el Principio de
Incertidumbre, cada región del espacio debería estar llena de diminutos agujeros
negros virtuales que aparecerían y desaparecerían una y otra vez. Uno pensaría
que las partículas y la información podrían precipitarse en estos agujeros
negros y perderse. Sin embargo, como estos agujeros negros virtuales son tan
pequeños (cien billones de billones más pequeños que el núcleo de un átomo) el
ritmo al cual se perdería la información sería muy bajo. Esto es por lo que las
leyes de la ciencia parecen deterministas, observándolas con detenimiento. Sin
embargo, en condiciones extremas, tales como las del universo temprano o las de
la colisión de partículas de alta energía, podría haber una significativa
pérdida de información. Esto conduce a la imprevisibilidad en la evolución del
universo.
En resumen, de lo que he estado hablando es de si el universo evoluciona de
manera arbitraria o de si es determinista. La visión clásica propuesta por
Laplace estaba fundada en la idea de que el movimiento futuro de las partículas
estaba determinado por completo, si su sabían sus posiciones y velocidades en un
momento dado. Esta hipótesis tuvo que ser modificada cuando Heisenberg presentó
su Principio de Incertidumbre el cual postulaba que no se podía saber al mismo
tiempo y con precisión la posición y la velocidad. Sin embargo, sí que era
posible predecir una combinación de posición y velocidad pero incluso esta
limitada certidumbre desapareció cuando se tuvieron en cuenta los efectos de los
agujeros negros: la pérdida de partículas e información dentro de los agujeros
negros dio a entender que las partículas que salían eran fortuitas.
Se pueden calcular las probabilidades pero no hacer ninguna predicción en firme.
Así, el futuro del universo no está del todo determinado por las leyes de la
ciencia, ni su presente, en contra de lo que creía Laplace. Dios todavía se
guarda algunos ases en su manga.
Es todo lo que tengo que decir por
el momento. Gracias por escucharme.
En esta charla, quisiera especular un poco, sobre el desarrollo de la vida en el
universo, y en particular, sobre el desarrollo de la vida inteligente. Haré esto
para incluir a la raza humana, aunque buena parte de su comportamiento a lo
largo de la historia, ha sido bastante estúpido, y no precisamente calculado
para ayudar a la supervivencia de las especies. Dos preguntas que discutiré son,
'¿Cuál es la probabilidad de que la vida exista en otras partes del universo?'
y, ' ¿Cómo podrá desarrollarse la vida en el futuro?'
Es cuestión de experiencia común, saber que las cosas tienden al desorden y al
caos a medida que pasa el tiempo. Esta observación puede elevarse al estado de
ley, la así llamada Segunda Ley de la Termodinámica. Esta dice que la cantidad
total de desorden, o entropía, en el universo, aumenta siempre con el tiempo.
Sin embargo, la ley se refiere solamente a la cantidad total de desorden. El
orden en un cuerpo puede aumentar, a condición de que la cantidad de desorden a
sus alrededor aumente en una cantidad mayor. Esto es lo que sucede con un ser
vivo. Podríamos definir a la vida como: sistema ordenado que puede sostenerse
contra la tendencia al desorden, y que puede reproducirse. Es decir, que puede
formar sistemas ordenados similares, pero independientes. Para hacer estas
cosas, el sistema debe poder convertir energía partiendo de una forma ordenada,
(por ejemplo: alimento, luz del sol, o energía eléctrica), en energía
desordenada, (en forma de calor). De esta manera, el sistema puede satisfacer el
requisito de que la cantidad total de desorden aumente, mientras que, al mismo
tiempo, aumenta el orden en sí mismo y en su descendencia. Un ser vivo tiene
generalmente dos elementos: un sistema de instrucciones que le dicen al sistema
cómo sostenerse y reproducirse, y un mecanismo para realizar estas
instrucciones. En biología, estas dos piezas se llaman genes y metabolismo. Pero
merece la pena acentuar que no es necesario una naturaleza biológica en ellos.
Por ejemplo, un virus de ordenador es un programa que hará copias de sí mismo en
la memoria de un ordenador, y se transferirá a otros ordenadores. Así, cabe en
la definición de sistema vivo que yo he dado. Al igual que un virus biológico,
ambos son formas algo degeneradas, porque solo contiene instrucciones o genes, y
no tienen ningún metabolismo propio. En su lugar, reprograman el metabolismo del
ordenador huésped o de la célula. Algunas personas se han cuestionado si
deberíamos contar a los virus entre los seres vivos, ya que son parásitos, y no
pueden existir independientemente de sus anfitriones. Pero entonces la mayor
parte de las formas de vida, nosotros mismos incluidos, son parásitos, ya que se
alimentan y dependen para su supervivencia de otras formas de vida. Creo que los
virus de ordenador deberían considerarse también como vida. Quizás esto dijera
algo sobre la naturaleza humana, ya que la única forma de vida que hemos creado
hasta ahora, es puramente destructiva. Dicho de otro modo, creamos vida a
nuestra imagen y semejanza. Volveré sobre las formas electrónicas de vida más
adelante.
Lo qué normalmente conocemos como ' vida ' se basa en cadenas de átomos de
carbono, enlazados con algunos otros átomos, tales como nitrógeno o fósforo.
Podríamos especular que se puede obtener vida a partir de otra base química, por
ejemplo el silicio, pero el carbono parece el caso más favorable, porque tiene
la química más rica. Que los átomos de carbono existan al fin, con las
características que tienen, requiere un fino ajuste de las constantes físicas,
tales como la escala QCD (Nota del traductor: escala cromo-dinámica cuántica),
la carga eléctrica, e incluso la dimensión espacio-tiempo. Si estas constantes
tuvieran valores perceptiblemente distintos, o bien el núcleo del átomo de
carbono se volvería inestable, o bien los electrones se colapsarían sobre el
núcleo. A primera vista, parece notable que el universo esté ajustado tan
finamente. Esta es quizá una evidencia, de que el universo fue diseñado
especialmente para producir la raza humana. Sin embargo, hay que tener cuidado
sobre tales discusiones, debido a lo que se conoce como el Principio Antrópico.
Este se basa en la verdad, de por si evidente, de que si el universo no hubiera
sido adecuado para la vida, nosotros no estaríamos ahora preguntándonos por qué
está ajustado tan finamente. Se puede aplicar el Principio Antrópico, en sus
versiones fuerte, o débil. Para el principio Antrópico fuerte, suponemos que hay
muchos y diversos universos, cada uno con distintos valores en sus constantes
físicas. En un número pequeño de ellos, estos valores permitirán la existencia
de objetos tales como los átomos del carbono, que pueden actuar como los
ladrillos para la construcción de sistemas vivos. Puesto que debemos vivir en
uno de estos universos, no debemos sorprendernos de que las constantes físicas
estén tan finamente ajustadas. Si no fuera así, no estaríamos aquí. La forma
fuerte del Principio Antrópico no es muy satisfactoria. ¿Qué sentido operativo
podemos dar a la existencia de esos otros universos? Y si están separados y al
margen de nuestro propio universo, cómo puede afectarnos lo que suceda en ellos.
En su lugar, adoptaré el que se conoce como Principio Antrópico débil. Es decir,
tomaré los valores de las constantes físicas, según nos vienen dados. Pero veré
qué conclusiones pueden extraerse, del hecho de que la vida exista en este
planeta, en esta etapa de la historia del universo.
No había carbono, cuando el universo comenzó con el Big Bang, hace
aproximadamente 15 mil millones de años. Era tan caliente, que toda la materia
habría estado en forma de partículas, llamadas protones y neutrones. En un
principio habría protones y neutrones en cantidades iguales. Sin embargo, como
el universo se expandió, este se habría enfriado. Aproximadamente un minuto
después del Big Bang, la temperatura habría caído a alrededor de mil millones de
grados, equivalente a cientos de veces la temperatura del Sol. A esta
temperatura, los neutrones comenzaron a descomponerse en más protones. Si solo
hubiera sucedido esto, toda la materia en el universo habría terminado siendo
como el elemento más simple, el hidrógeno, cuyo núcleo consiste en un solo
protón. Sin embargo, algunos de los neutrones chocaron con los protones, y se
fusionaron para formar el siguiente elemento más simple, el helio, cuyo núcleo
consiste en dos protones y dos neutrones. Pero en el joven universo no se habría
formado ningún elemento más pesado, como el carbono o el oxígeno. Es difícil
imaginarse construir un sistema vivo, partiendo del hidrógeno y del helio, y de
todos modos el universo primigenio seguía siendo demasiado caliente como para
que los átomos se combinasen formando moléculas.
El universo habría continuado expandiéndose, y enfriándose. Pero algunas
regiones habrían tenido densidades algo más altas que otras. La atracción
gravitacional de la materia adicional en esas regiones, retrasaría su expansión,
y eventualmente la pararía. En su lugar, esas regiones se colapsarían para
formar galaxias y estrellas, hecho que empezó aproximadamente dos mil millones
de años después del Big Bang. Algunas de aquellas estrellas tempranas habrían
sido más masivas y calientes que nuestro Sol y habrían quemado el hidrógeno y
helio original, transformándolo en elementos más pesados, tales como carbono,
oxígeno, y hierro. Esto habría podido tomar solamente algunos cientos de
millones de años. Después de eso, algunas de las estrellas habrían estallado
como supernovas, y habrían dispersado los elementos pesados hacia el interior
del espacio, formando la materia prima para próximas generaciones de estrellas.
Otras estrellas están demasiado lejos, como para que podamos ver directamente,
si tienen planetas girando alrededor de ellas. Pero ciertas estrellas, llamadas
pulsars, emiten pulsos regulares de ondas de radio. Observamos una leve
variación en el índice de emisión de algunos pulsars, y esto se interpreta como
un indicador de que están siendo perturbados, por la presencia de planetas del
tamaño de la Tierra girando alrededor de ellas. Los planetas que giran alrededor
de pulsars tienen pocas probabilidades de albergar vida, porque cualquier ser
vivo habría muerto, en la explosión de la supernova que condujo a la estrella a
convertirse en un pulsar. Pero, el hecho de que se haya observado que varios
pulsars tienen planetas sugiere que una fracción razonable de las cientos de
miles de millones de estrellas de nuestra galaxia pueden también tener planetas.
Las condiciones planetarias necesarias para nuestra forma de vida pudieron por
lo tanto, haber existido a partir de cuatro mil millones de años después del Big
Bang.
Nuestro Sistema Solar se formó aproximadamente hace cuatro mil quinientos
millones de años, cerca de diez mil millones de años después del Big Bang, a
partir de gas contaminado con los restos de estrellas anteriores. La Tierra se
formó en gran parte a partir de los elementos más pesados, incluyendo el carbono
y el oxígeno. De algún modo, algunos de esos átomos llegaron a ordenarse en
forma de moléculas de ADN. Este tiene la famosa forma de doble hélice,
descubierta por Crick y Watson en un cuartucho situado en el Nuevo Museo, en
Cambridge. Enlazando las dos cadenas en la hélice, hay pares de ácidos
nucleicos. Hay cuatro tipos de ácidos nucleicos: adenina, citosina, guanina, y
tiamina. Me temo que mi sintetizador del voz no es muy bueno, pronunciando sus
nombres. Obviamente, no fue diseñado para biólogos moleculares. Una adenina en
una cadena se empareja siempre con una tiamina en la otra cadena, y una guanina
con un citosina. Así la secuencia de ácidos nucleicos en una cadena define una
secuencia única y complementaria, en la otra cadena. Ambas cadenas pueden
entonces separarse y cada una actúa como una plantilla para construir otras
cadenas. De este modo las moléculas de ADN pueden reproducir la información
genética, cifrada en sus secuencias de ácidos nucleicos. Algunas secciones de la
secuencia se pueden también utilizar para elaborar proteínas y otros productos
químicos, que pueden transportar las instrucciones codificadas en secuencia, y
montar la materia prima para que el propio ADN se reproduzca.
No sabemos cómo aparecieron las primeras moléculas de ADN. La probabilidad de
que una molécula de ADN se forme por fluctuaciones al azar es muy pequeña.
Algunas personas, por lo tanto, han sugerido que la vida llegó a la Tierra desde
alguna otra parte, y que hay semillas de vida flotando por los alrededores de la
galaxia. Sin embargo, parece inverosímil que el ADN pudiera sobrevivir durante
mucho tiempo a la radiación en el espacio. E incluso si pudiera, esto realmente
no ayudaría a explicar el origen de la vida, porque el tiempo que necesitó el
universo para lograr la formación del carbono es sólo un poco mas del doble que
la edad de la Tierra.
La posibilidad de formación de algo parecido al ADN, que pudiera reproducirse,
es extremadamente inverosímil. Sin embargo, en un universo con un número muy
grande, o infinito, de estrellas, cabría esperar que esto ocurriera en algunos
sistemas estelares, pero estarían tremendamente separados unos de otros. El
hecho de que la vida llegara a suceder en la Tierra, no es sin embargo algo que
nos sorprenda o inverosímil. Es solo una aplicación del Principio Antrópico
Débil: si en su lugar, la vida hubiera aparecido en otro planeta, estaríamos
preguntándonos por qué había ocurrido allí.
Si la aparición de vida en un planeta dado era muy inverosímil, se podía haber
esperado que el proceso se alargase en el tiempo. Más exactamente, se podía
haber esperado de la vida que apareciese justo a tiempo para la evolución
subsiguiente de seres inteligentes, como nosotros antes del apagón, es decir
antes del fin del proceso vital del Sol. Este es de cerca de diez mil millones
de años, tras lo cual el Sol se expandirá y engullirá a la Tierra. Una forma
inteligente de vida, podría haber dominado el viaje espacial, y podría por tanto
ser capaz de escaparse a otra estrella. Pero de otro modo, la vida en la Tierra
estaría condenada.
Hay evidencia fósil, de que existían ciertas formas de vida en la Tierra, hace
aproximadamente tres mil quinientos millones de años. Esto pudo haber sido
apenas 500 millones de años después de que la Tierra llegase a estabilizarse y a
enfriarse lo bastante como para que la vida apareciera. Pero la vida habría
podido tardar siete mil millones de años en desarrollarse, y todavía le sobraría
tiempo para el desarrollo de seres que como nosotros, podrían preguntarse sobre
el origen de la vida. Si la probabilidad del desarrollo de vida en un planeta
dado, es muy pequeña, por qué sucedió en la Tierra, en tan solo 1/14 del tiempo
total disponible.
La temprana aparición de vida en la Tierra sugiere que hay buenas opciones para
la generación espontánea de vida, en condiciones convenientes. Quizás existieran
ciertas formas más simple de organización, las cuales llegaron a construir el
ADN. Una vez que apareció el ADN, este habría tenido tanto éxito, que puede ser
que hubiera substituido totalmente las formas anteriores. No sabemos cuáles
habrían sido estas formas anteriores. Una posibilidad es el ARN. Este es como el
ADN, pero algo más simple, y sin la estructura de doble hélice. Las cortas
longitudes del ARN, podían reproducirse como el ADN, y pudieron eventualmente
transformarse en ADN. No se pueden crear ácidos nucleicos en el laboratorio a
partir de material no-vivo, ni siquiera ARN. Pero transcurridos 500 millones de
años, y contando con los océanos que cubrían la mayor parte de la Tierra, pudo
haber una probabilidad razonable de que el ARN, se formase por casualidad.
Mientras el ADN se reprodujo, habrían sucedido errores al azar. Muchos de estos
errores habrían sido dañinos, y habrían muerto. Otros habrían sido neutrales. Lo
cual significa que no habrían afectado la función de los genes. Tales errores
contribuirían a una deriva genética gradual, lo cual parece ocurrir en todas las
poblaciones. Y otros errores habrían sido favorables para la supervivencia de la
especie. Estos habrían sido escogidos por la selección natural Darwiniana. El
proceso de la evolución biológica fue muy lento al principio. Llevó dos mil
quinientos millones de años, desarrollar animales multicelulares a partir de las
células más tempranas, y otros mil millones de años más el desarrollo, a través
de peces y reptiles, de los mamíferos. Pero entonces la evolución pareció pegar
un acelerón. En solo unos cientos de millones de años, los primeros mamíferos
evolucionaron hasta nosotros. La razón es, que los peces ya contienen una gran
parte de los órganos importantes de los humanos, y los mamíferos, prácticamente
todos. Es decir, todo lo que se requería para el desarrollo humano a partir de
los primeros mamíferos, como los lemurs, era un poco de afinación y ajuste.
Pero con la raza humana, la evolución alcanzó un nivel crítico, comparable en
importancia con el desarrollo del ADN. Este hito fue el desarrollo del lenguaje,
y particularmente el del lenguaje escrito. Ello significó que existía otro tipo
de información que se podía pasar de generación en generación, además de la
genética a través del ADN. No ha habido cambios perceptibles en al ADN humano,
causados por la evolución biológica, en los diez mil años de historia
registrada. Pero la cantidad de conocimiento manejado de generación en
generación ha crecido enormemente. El ADN en los seres humanos contiene cerca de
tres mil millones de ácidos nucleicos. Sin embargo, mucha de la información
cifrada en esta secuencia, es redundante, o está inactiva. Por tanto la cantidad
total de información útil en nuestros genes, es probablemente algo que ocupa
unos cientos de millones de bits. Un bit de información es la respuesta a una
pregunta de rango: si ó no. Por el contrario, una novela impresa en papel puede
contener dos millones de bits de información. Así que un ser humano es el
equivalente a 50 novelas románticas de Mills & Boon (Nota del traductor:
Arlequín Mills & Boon es la empresa lider mundial en edición de novelas rosa)
.Una biblioteca nacional importante puede contener cerca de cinco millones de
libros, lo cual equivale a cerca de diez billones de bits. Por lo que la
cantidad de información recogida en los libros, es cientos de miles de veces
superior a la contenida en el ADN.
Aún más importante, es el hecho de que la información en los libros, puede
cambiarse y actualizarse, mucho más rápidamente. Hemos tardado varios millones
de años en desarrollarnos a partir de los monos. Durante ese tiempo, la
información útil en nuestra ADN, ha cambiado probablemente en solo algunos
millones de bits. De modo que el índice de evolución biológica en los seres
humanos, es aproximadamente de un bit por año. Por contra, se publican cerca de
50.000 nuevos libros en lengua inglesa cada año, conteniendo del orden de
cientos de miles de millones de bits de información. Por supuesto, la gran
mayoría de esta información es basura, y de ninguna utilidad para cualquier
forma de vida. Pero, incluso así, el ratio en el cual se puede agregar
información útil es de millones, si no miles de millones, más alto que el del
ADN.
Esto ha significado que hemos entrado en una nueva fase de la evolución. Al
principio, la evolución procedió por obra de la selección natural, a través de
mutaciones al azar. Esta fase Darwiniana, duró cerca de tres mil quinientos
millones de años, y nos produjo a nosotros, seres que desarrollaron el lenguaje
para intercambiar información. Pero en los últimos diez mil años, más o menos,
hemos atravesado lo que podemos llamar, una fase de transmisión externa. Durante
esta, el registro interno de información, manejado por las generaciones que
tuvieron éxito reproductivo, no ha cambiado perceptiblemente al ADN. Pero el
registro externo, mediante libros y otras formas duraderas de almacenaje, ha
crecido enormemente. Algunas personas utilizarían el término, evolución, sólo
para el material genético internamente transmitido, y se opondría a que dicho
término fuese aplicado a la información manejada externamente. Pero creo que
esto es también un problema de estrechez de miras. Somos más que simplemente
nuestros genes. Podemos no ser más fuertes, o intrínsecamente más inteligentes,
que nuestros antepasados los hombre de las cavernas. Pero lo que nos distingue
de ellos, es el conocimiento que hemos acumulado durante los últimos diez mil
años, y particularmente, durante los últimos trescientos. Pienso que es legítimo
tomar una visión de conjunto, e incluir la información transmitida externamente,
tanto como al ADN, en la evolución de la raza humana.
La escala de tiempo para la evolución de la información, durante el período de
transmisión externo, es la de la tasa de acumulación. Esta fase solía ser de
centenares, o aún de millares de años. Pero ahora este escala de tiempo se ha
reducido a cerca de 50 años, o menos. Por otro lado, los cerebros con los cuales
procesamos esa información se han desarrollado solamente en la escala de tiempo
Darwiniana, de cientos de miles de años. Esto está comenzando a causar
problemas. En el siglo XVIII, se decía que había un hombre que había leído cada
uno de los libros escritos. Pero hoy en día, si usted leyera un libro al día, le
llevaría cerca de 15.000 años leer todos los libros de una biblioteca nacional.
Y para cuando acabase, muchos más libros habrían sido escritos.
Esto ha significado que nadie puede ser maestro en más que una pequeña esquina
del conocimiento humano. La gente tiene que especializarse, en campos más y más
reducidos. Esto es probable que sea una limitación importante en el futuro. No
podemos continuar ciertamente, durante mucho tiempo, con el índice de
crecimiento exponencial de conocimiento que hemos tenido en los últimos
trescientos años. Una limitación y un peligro aún mayor para las generaciones
futuras, es que todavía conservamos los instintos, y en particular, los impulsos
agresivos, que teníamos en los días del hombre de las cavernas. Las agresiones,
tales como la subyugación o el asesinato de otros hombres para tomar sus mujeres
y su alimento, ha representado una ventaja definitiva para la supervivencia,
hasta el presente. Pero ahora podría destruir a la raza humana entera, y a gran
parte del resto de seres vivos de la Tierra. Una guerra nuclear, sigue
representando el peligro más inmediato, pero existen otros, tales como el
lanzamiento de virus rediseñados por ingeniería genética. O que el efecto
invernadero llegue a tornarse inestable.
No queda tiempo, para esperar a que la evolución Darwiniana, nos haga más
inteligentes, y mejore nuestra naturaleza. Pero ahora estamos entrando en una
nueva fase, que podría ser llamada, evolución de auto-diseño, en la cual
podremos cambiar y mejorar nuestra ADN. Existe un proyecto en marcha hoy en día
para trazar la secuencia entera del ADN humano. (Nota del traductor: La charla
es anterior a 1993, y el proyecto Genoma Humano empezó en 1990 y acabó en el
2000) Costará algunos miles de millones de dólares, pero eso es pecata minuta,
para un proyecto de esta importancia. Una vez que hayamos leído el libro de la
vida, comenzaremos a escribir las correcciones. Al principio, estos cambios
estarán confinados a la reparación de defectos genéticos, como la fibrosis
quística, y la distrofia muscular. Estas son controladas por genes sencillos,
así que son bastante fáciles de identificar, y de corregir. Otras cualidades,
tales como la inteligencia, son probablemente controladas por una gran cantidad
de genes. Será mucho más difícil encontrarlos, y descubrir las relaciones entre
ellos. Sin embargo, estoy seguro de que durante el próximo siglo, la gente
descubrirá cómo modificar tanto la inteligencia, como los instintos agresivos.
Se aprobarán leyes contrarias a la ingeniería genética en seres humanos. Pero
algunas personas no podrán resistirse a la tentación, de mejorar ciertas
características humanas, tales como el tamaño de la memoria, la resistencia a
las enfermedades, y el alargamiento de la vida. Una vez que aparezcan semejantes
super-seres humanos, va a haber problemas políticos importantes, con el resto de
seres humanos no mejorados, que no podrán competir. Probablemente, estos últimos
morirán, o perderán importancia. En su lugar, habrá una raza de seres
auto-diseñados, que irán mejorándose en un porcentaje cada vez mayor.
Si esta raza consigue reajustarse, hasta reducir o eliminar el riesgo de
autodestrucción, probablemente se expandirá, y colonizará otros planetas y
estrellas. Sin embargo, los viajes espaciales a través de grandes distancias,
serán difíciles para las formas de vida con base química, como el ADN. El curso
de vida natural para tales seres es muy breve, comparado con el tiempo del
viaje. Según la teoría de la relatividad, nada puede viajar más rápidamente que
luz. Por lo que el viaje de ida y vuelta a la estrella más cercana tomaría por
lo menos 8 años, y al centro de la galaxia, alrededor de cien mil años. En la
ciencia ficción, se superan estas dificultades, mediante deformaciones del
espacio, o viajando a través de otras dimensiones. Pero no creo que esto sea
posible jamás, no importa lo inteligentes que se vuelvan. En la teoría de la
relatividad, si algo puede viajar más rápidamente que luz, también puede viajar
hacia atrás en el tiempo. Esto nos conduciría a problemas con la gente que
vuelve desde el futuro, para cambiar el pasado. Cabría esperar además, haber
visto a una gran cantidad de turistas llegando desde el futuro, curiosos por
observar nuestras costumbres pintorescas y pasadas de moda. Puede que sea
posible utilizar la ingeniería genética, para hacer que la vida basada en ADN
sobreviva indefinidamente, o por lo menos durante cien mil años. Pero hay una
forma más sencilla, y que ya casi está dentro de nuestras posibilidades, que
sería la de enviar máquinas. Estas se podrían diseñar para que durasen el tiempo
suficiente para soportar el recorrido interestelar. Cuando llegasen a una nueva
estrella, podrían aterrizar en un planeta conveniente, y extraer material de las
minas para producir más máquinas, las cuales podrían ser enviadas hacia otras
estrellas. Estas máquinas serían una nueva forma de vida, basada en componentes
mecánicos y electrónicos, en lugar de macromoléculas. Podrían eventualmente
sustituir a la vida basada en ADN, tal y como el ADN pudo haber sustituido a
otras formas anteriores de vida.
Esta vida mecánica podría también ser auto-diseñada. Por ello, parece que el
período de transmisión externa de la evolución, habría sido solo un corto
interludio, entre la fase Darwiniana, y la fase (biológica o mecánica) de
auto-diseño. Esto se muestra en el diagrama siguiente, que no es a escala,
porque no hay forma alguna de representar un período de diez mil años en una
escala de miles de millones de años.
Cuánto tiempo durará la fase de auto-diseño, es algo discutible. Puede ser
inestable, y la vida podría destruirse a si misma, o llegar a un callejón sin
salida. Si no lo hace, debería poder sobrevivir a la muerte del Sol,
aproximadamente dentro de 5 mil millones de años, moviéndose a planetas situados
alrededor de otras estrellas. La mayoría de las estrellas se habrán quemado
dentro de otros 15 mil millones de años, más o menos, y el universo se acercará
a un estado de completo desorden, según la Segunda Ley de la Termodinámica. Pero
Freeman Dyson ha demostrado que, a pesar de esto, la vida podría adaptarse a la
fuente siempre decreciente de energía ordenada, y por lo tanto podría, en
principio, continuar su existencia para siempre.
¿Qué oportunidades tenemos de encontrar alguna forma de vida alienígena ,
mientras exploramos la galaxia?. Si la discusión sobre la escala de tiempo para
la aparición de vida en la Tierra es correcta, debe haber muchas otras
estrellas, cuyos planetas alberguen vida. Algunos de estos sistemas estelares
podrían haberse formado cinco mil millones de años antes que la Tierra. Luego,
¿por qué la galaxia no está bullendo de formas de vida auto-diseñadas, mecánicas
o biológicas? ¿Por qué la Tierra no ha sido visitada, o incluso colonizada?. No
tendré en cuenta las sugerencias de que los OVNIS transportan a seres del
espacio exterior. Creo que cualquier visita alienígena, sería mucho más obvia, y
probablemente también, mucho más desagradable.
¿Cuál es la explicación del por qué no nos han visitado? Una posibilidad es que
la discusión, sobre la aparición de vida en la Tierra, es incorrecta. Tal vez la
probabilidad de que la vida aparezca espontáneamente es tan baja, que la Tierra
es el único planeta en la galaxia, o en el universo observable, en el cual
sucedió. Otra posibilidad es que exista una probabilidad razonable para que se
formen sistemas de auto reproducción, como las células, pero que la mayoría de
estas formas de vida no desarrollaron la inteligencia. Solemos creer en la vida
inteligente, como una consecuencia inevitable de la evolución. Pero el Principio
Antrópico debería advertirnos para que fuéramos cuidadosos con tales argumentos.
Es más probable que la evolución sea un proceso al azar, donde la inteligencia
es simplemente uno más entre una gran cantidad de resultados posibles. No está
claro que la inteligencia tenga un valor de supervivencia a largo plazo. Las
bacterias, y otros organismos unicelulares, seguirán viviendo, aún cuando el
resto de la vida en la Tierra fuese barrida por nuestras acciones. Hay por tanto
apoyos para la visión de que la inteligencia, es un desarrollo poco probable de
la vida en la Tierra, desde la cronología de la evolución. Tomó un tiempo muy
largo, dos mil quinientos millones de años, llegar a partir de las células hasta
los seres multicelulares, los cuales son precursores necesarios para la
inteligencia. Esta es una buena fracción del tiempo total disponible, antes de
que el sol se destruya. Lo cual daría consistencia a la hipótesis, de que la
probabilidad para que la vida inteligente se desarrolle, es baja. En ese caso,
cabe esperar que encontremos muchas otras formas de vida en la galaxia, pero es
poco probable encontrar vida inteligente. Otro modo, mediante el cual la vida
podría fracasar en su intento de desarrollarse hasta un escenario de
inteligencia, sería la de que un asteroide o cometa colisionase con el planeta.
Acabamos de observar la colisión de un cometa, el Schumacher-Levi, con Júpiter.
Esto produjo una serie de bolas de fuego enormes. Se cree que la colisión de un
cuerpo algo más pequeño, con la Tierra, hace cerca de 70 millones de años, fue
responsable de la extinción de los dinosaurios. Algunos pequeños mamíferos
tempranos sobrevivieron, pero cualquier cosa tan grande como un humano habría
sido aniquilada casi con toda certeza. Es difícil decir cuan a menudo ocurren
tales colisiones, pero una conjetura razonable sobre este promedio, puede ser
cada veinte millones de años. Si esta cifra es correcta, significaría que la
vida inteligente en la tierra ha aparecido, únicamente gracias al hecho
afortunado de que no ha habido colisiones importantes en los últimos 70 millones
de años. Otros planetas en la galaxia, en los cuales la vida hubiera aparecido,
pudieron no haber tenido un período libre de colisiones lo suficientemente largo
como para desarrollar seres inteligentes.
Una tercera posibilidad es que durante la fase de transmisión externa haya una
probabilidad razonable para que la vida se forme, y se desarrollen los seres
inteligentes. Pero en ese punto, el sistema llega a ser inestable, y la vida
inteligente se destruye. Esta sería una conclusión muy pesimista. Y en verdad
deseo mucho que no sea así. Prefiero una cuarta posibilidad: la de que hay otras
formas de vida inteligente ahí fuera, pero que se nos han pasado por alto.
Existía un proyecto llamado SETI, la búsqueda de inteligencia extra-terrestre.
Este implicaba la exploración de radiofrecuencias, para ver si podríamos captar
señales emitidas por civilizaciones extraterrestres. Creo que merecía la pena
apoyar este proyecto, aunque fue cancelado debido a una carencia de fondos. Pero
deberíamos ser cuidadosos y no contestar, hasta que nos hayamos desarrollado un
poquito más. Descubrir una civilización más avanzada, en nuestra actual etapa,
puede ser un poco como cuando los habitantes originales de América se
encontraron con Colón. Creo que estaban mejor antes de ello.
Eso es todo lo que tengo que decir. Gracias por escuchar.
En ciencia ficción, la
curvatura del espacio y del tiempo son eventos comunes. Se les utiliza para
viajes rápidos alrededor de la galaxia, o para viajes en el tiempo. Pero a
menudo, la ciencia ficción de hoy es la ciencia empírica del mañana. De modo que
¿cuáles son las posibilidades de curvar el espacio y el tiempo?.
La idea de que el espacio y el tiempo pueden sufrir torsiones o curvarse, es
bastante reciente. Durante más de dos mil años, los axiomas de la geometría
Euclídea fueron considerados verdades evidentes. Como todos aquellos que se han
visto forzados a estudiar geometría Euclídea en el colegio recuerdan, una de las
consecuencias de estos axiomas es, que los ángulos de un triángulo, sumados en
conjunto, dan como resultado 180 grados.
Sin embargo, durante el último siglo, la gente comenzó a darse cuenta de que
existían otras formas posibles de geometría, en la que los ángulos de un
triángulo, no necesariamente suman 180 grados. Considere, por ejemplo, la
superficie de la Tierra. Lo más cercano a una línea recta en la superficie de la
Tierra es lo que llamamos, un gran círculo. Estos son los caminos más cortos
entre dos puntos, por eso las compañías aéreas los emplean como rutas de vuelo.
Considere ahora el triángulo en la superficie de la Tierra compuesto por el
ecuador, la línea de 0 grados de longitud que atraviesa Londres, y la linea de
90 grados longitud este que atraviesa Bangladesh. Las dos líneas de longitud
cortan el ecuador formando un ángulo de 90 grados. Las dos líneas de longitud se
encuentran también en el polo norte formando otro ángulo de 90 grados. Por ello,
tenemos un triángulo con tres ángulos rectos. Los ángulos de este triángulo
sumados en conjunto dan como resultado 270 grados. Esto supera a los 180 grados
de un triángulo sobre una superficie plana. Si dibujamos un triángulo con una
superficie en forma de silla de montar, descubriremos que la suma de sus ángulos
da un resultado menor a 180 grados. La superficie de la Tierra, es lo que
conocemos como espacio bidimensional. Lo cual significa que puedes moverte a
través de la superficie de la Tierra en dos direcciones, las cuales forman un
ángulo recto entre si: puedes moverte norte-sur, o este-oeste. Pero por
supuesto, hay una tercera dirección que forma ángulos rectos con las otras dos,
y esa dirección es arriba-abajo. Lo que es tanto como decir que la superficie de
la Tierra existe en un espacio tridimensional. El espacio tridimensional es
plano. Lo cual significa que obedece a la geometría Euclídea. La suma de los
ángulos de un triángulo es de 180 grados. Sin embargo, podríamos imaginar una
raza de criaturas bidimensionales que pudiesen moverse sobre la superficie de la
Tierra, pero que no pudiesen experimentar la tercera dirección, es decir
arriba-abajo. Ellos no conocerían el espacio plano tridimensional sobre el que
se apoya la superficie de la Tierra. Para ellos, el espacio sería curvo, y la
geometría no sería Euclídea.
Sería muy difícil diseñar un ser viviente que pudiese existir en solo dos
dimensiones.
La comida que la criatura no podría digerir, debería escupirla por el mismo
sitio por el que entró. Si hubiese un pasaje que atravesase al animal a lo
largo, tal y como nosotros tenemos, el pobre animal acabaría deshecho en dos
partes.
De modo que tres dimensiones, parecen ser las mínimas exigibles para la vida.
Pero así como se puede pensar en seres de dos dimensiones viviendo sobre la
superficie de la Tierra, también cabria imaginar que el espacio tridimensional
en el que vivimos, era la superficie de una esfera, en otra dimensión que
nosotros no vemos. Si la esfera fuese muy grande, el espacio parecería ser casi
plano, y la geometría Euclídea sería una estupenda aproximación sobre distancias
pequeñas. Pero nos daríamos cuenta de que la geometría Euclídea no funcionaría
para grandes distancias. Como ilustración de esto, imaginemos un equipo de
pintores, dando capas de pintura sobre la superficie de una enorme bola. A
medida que el grosor de las capas de pintura se incrementa, el área de la
superficie crece. Si la bola estuviese en un espacio plano tridimensional, se
podría seguir añadiendo pintura indefinidamente, y la bola se haría más y más
grande. Sin embargo, se el espacio tridimensional fuera realmente la superficie
de una esfera en otra dimensión, su volumen sería enorme pero finito. A medida
que se añaden más capas de pintura, la bola llegaría eventualmente a llenar la
mitad de la superficie del espacio. Después de eso, los pintores descubrirían
que están atrapados en un región cuyo tamaño siempre decrece, y casi la
totalidad del espacio, estaría ocupado por la bola, y sus capas de pintura. De
modo que descubrirían que viven en un espacio curvado, y no plano.
Este ejemplo demuestra que no se puede deducir la geometría del mundo partiendo
de sus primeros principios, tal y como los antiguos griegos pensaban. En lugar
de eso, hay que medir el espacio en el que vivimos, y descubrir su geometría
experimentalmente. Sin embargo, aunque en 1854 el alemán George Friedrich
Riemann, desarrolló un modo para describir espacios curvos, permaneció como una
parte incompleta de las matemáticas durante 60 años. Podía describir espacios
curvos que existiesen en el abstracto, pero no había razones por las que creer
que el espacio físico en el que vivimos pudiese ser curvo. Esa idea llegó solo
en 1915, cuando Einstein presentó la Teoría General de la Relatividad.
La Relatividad General fue una revolución intelectual fundamental que ha
transformado la forma en que pensamos sobre el universo. Es una teoría no solo
sobre la curvatura del espacio, sino también sobre la curvatura del tiempo. En
1905, Einstein había comprendido que el espacio y el tiempo están íntimamente
conectados el uno con el otro. Se puede describir la localización de un evento
con cuatro números. Tres de ellos describen la posición del mismo. Podrían ser,
por ejemplo, millas al norte y al este de Oxford, y altura sobre el nivel del
mar. En una escala mayor, podrían representar la latitud y la longitud
galácticas, y la distancia desde el centro de la galaxia. El cuarto número, es
el tiempo del evento. Así, uno puede pensar sobre el espacio y el tiempo en
forma conjunta, como una entidad tetradimensional llamada espacio-tiempo. Cada
punto del espacio tiempo está determinado por cuatro números que especifican su
posición en el espacio y en el tiempo. Combinar de esta forma el espacio y el
tiempo resultaría bastante trivial, si uno pudiera descombinarlos de una manera
única, es decir, si hubiera una única forma de definir el tiempo y la posición
de cada evento. Sin embargo, en un importantísimo artículo escrito en 1905,
cuando era un empleado de la Oficina Suiza de Patentes, Einstein demostró que el
tiempo y la posición en los cuales uno piensa que ocurrió un evento, dependían
de cómo uno se estaba moviendo. Esto significaba que el espacio y el tiempo
estaban indisolublemente ligados el uno con el otro. Los tiempos que diferentes
observadores le asignarían a los eventos estarían de acuerdo si los observadores
no se estaban moviendo en relación de unos con los otros. Pero diferirían en
forma creciente de acuerdo a cuanto mayor fueran sus velocidades relativas. Así
que uno puede preguntarse cuán rápido debe moverse para que el tiempo de un
observador pudiera marchar hacia atrás con relación al tiempo de otro
observador. La respuesta se da en la siguiente jocosa quintilla:
Había una jovencita en Granada Que más rápido que la luz viajaba, Un día inició su partida De una forma relativa Y regresó en la previa alborada.
Así que todo lo que necesitamos para viajar en el tiempo es una astronave que
vaya más rápido que la luz. Desafortunadamente, en el mismo artículo Einstein
demostró que la energía necesaria para acelerar a una astronave crecía cada vez
más y más, a medida que se acercaba a la velocidad de la luz. Así que se
necesitaría una cantidad infinita de energía para acelerar más allá de la
velocidad de la luz.
El artículo de Einstein de 1905 parecía eliminar la posibilidad de viajar hacia
el pasado. También indicaba que el viaje espacial hacia otras estrellas sería un
asunto lento y tedioso. Si uno no podía viajar más rápido que la luz, el viaje
de ida y vuelta hasta la estrella más cercana tomaría por lo menos ocho años, y
hasta el centro de la galaxia un mínimo de ochenta mil años. Si la nave viajara
muy cerca de la velocidad de la luz, podría parecerle a la tripulación abordo de
la misma que el viaje al centro galáctico hubiera durado solamente unos pocos
años. Pero eso no sería de mucho consuelo, si cuando volvieran a casa todos los
que hubieran conocido hubieran estado muertos y olvidados hace miles de años.
Eso no era muy bueno para los “westerns” espaciales, así que los escritores de
ciencia-ficción tuvieron que buscar en otros lados para soslayar esta
dificultad.
En un artículo de 1915, Einstein mostró que los efectos de la gravedad podrían
ser descritos, suponiendo que el espacio-tiempo era curvado o distorsionado por
la materia y la energía que contenía. Podemos observar realmente esta curvatura
producida por la masa del Sol, en la ligera curvatura sufrida por la luz o las
ondas de radio que pasan cerca del Sol. Esto ocasiona que la posición aparente
de la estrella o de la fuente de radio-ondas se traslade ligeramente, cuando el
Sol se encuentra entre la Tierra y el objeto observado. El cambio de posición es
muy pequeño, de alrededor de una milésima de grado, equivalente a un
desplazamiento de una pulgada a la distancia de una milla. No obstante, puede
ser medido con mucha precisión, y concuerda con las predicciones de la
Relatividad General. Tenemos evidencia experimental de que el espacio y el
tiempo están curvados. La combadura en nuestro vecindario espacial es muy
pequeña, porque todos los campos gravitacionales en el sistema solar son
débiles. Sin embargo, sabemos que pueden ocurrir campos muy fuertes, por ejemplo
durante el Big Bang, o en los agujeros negros. Así, el espacio y el tiempo
pueden ser lo suficientemente curvados como para satisfacer las demandas de la
ciencia-ficción, en cosas tales como impulsos hiper-espaciales, agujeros de
gusano, o viajes en el tiempo. A primera vista, todo esto parece ser posible.
Por ejemplo, en 1948, Kurt Goedel halló una solución a las ecuaciones de campo
de la Relatividad General que representa un universo en el que toda la materia
está rotando. En este universo, sería posible partir hacia el espacio en una
astronave y regresar antes del despegue. Goedel estaba en el Instituto de
Estudios Avanzados en Princeton, donde Einstein pasó también sus últimos años.
Era más conocido por probar que no se podía probar nada como verdadero, aún en
un asunto aparentemente tan simple como la aritmética. Pero lo que probó acerca
de que la Relatividad General permitía el viaje en el tiempo realmente conmovió
a Einstein, quien había pensado que eso era imposible.
Ahora sabemos que la solución de Goedel no puede representar al universo en el
cual vivimos, ya que el suyo no está en expansión. También contiene un valor
bastante alto para una cantidad llamada constante cosmológica, el cual
generalmente se cree que es de cero. Sin embargo, desde entonces se han
encontrado otras aparentemente más razonables soluciones que permiten el viaje
en el tiempo. Una que es particularmente interesante contiene dos cuerdas
cósmicas, moviéndose una con respecto a la otra a una velocidad muy cercana,
aunque ligeramente más pequeña, a la de la luz. Las cuerdas cósmicas son una
destacada idea de la física teórica, a la cual los escritores de ciencia-ficción
aparentemente no han comprendido. Como lo sugiere su nombre, son como cuerdas,
en el sentido de que tienen longitud, pero una muy pequeña sección transversal.
En realidad, son más como bandas elásticas, porque se encuentran bajo una enorme
tensión, algo así como cien mil cuatrillones de toneladas. Una cuerda cósmica
unida al sol lo aceleraría de cero a sesenta en un trigésimo de segundo.
La teoría de las cuerdas cósmicas puede sonar como algo descabellado, pura
ciencia-ficción. Pero existen buenas razones científicas como para creer que se
pueden haber formado en el universo muy temprano, muy poco después del Big Bang.
Ya que se encuentran bajo tan enorme tensión, uno podría suponer que acelerarían
hasta casi la velocidad de la luz. Lo que el universo de Goedel y el raudo
espacio-tiempo de las cuerdas cósmicas tienen en común, es que ambos comienzan
tan distorsionados y curvados que el viaje hacia el pasado fue siempre posible.
Dios puede haber creado un universo tan combado, pero no tenemos ninguna razón
para pensar que lo haya hecho. Toda la evidencia apunta a que el universo
comenzó con un Big Bang, sin el tipo de curvatura necesario para permitir el
viaje hacia el pasado. Ya que no podemos cambiar la forma en que comenzó el
universo, la cuestión de si el viaje en el tiempo es posible, es la de si
podemos hacer que el espacio-tiempo se curve tanto como para que podamos viajar
al pasado. Creo que esto es un importante tema de investigación, pero uno tiene
que tener cuidado de no ser etiquetado como excéntrico. Si uno solicitara una
subvención para investigar sobre el viaje en el tiempo, sería descartado
inmediatamente. Ninguna agencia gubernamental podría permitirse ser vista
dilapidando el dinero público en algo tan descabellado como el viaje en el
tiempo. En cambio, uno debería utilizar términos técnicos, como curvas cerradas
tempo-similares, que son un código para el viaje en el tiempo. Aunque esta
conferencia trata parcialmente sobre el viaje temporal, sentí que debía darle un
título científicamente más respetable, como el de “El Espacio y el Tiempo se
curvan”. Aún así, es una cuestión muy seria. Ya que la Relatividad General
permite el viaje temporal, ¿lo permite en nuestro universo?. Y en caso de que
no, ¿por qué no?.
Cercanamente emparentada con el viaje en el tiempo, se encuentra la habilidad de
moverse rápidamente de una posición en el espacio hacia otra. Como dije antes,
Einstein demostró que sería necesaria una cantidad infinita de energía para
acelerar una astronave más allá de la velocidad de la luz. Así que la única
manera de llegar desde un extremo de la galaxia al otro en un tiempo razonable,
parecería ser la de que pudiéramos curvar tanto al espacio-tiempo que pudiéramos
crear un pequeño tubo o agujero de gusano. Esto podría conectar los dos lados de
la galaxia, y actuar como un atajo, para llegar del uno al otro y volver
mientras los amigos de uno todavía están vivos. Tales agujeros de gusano han
sido seriamente sugeridos como para estar dentro de las posibilidades de una
civilización futura. Pero si uno puede viajar de un extremo al otro de la
galaxia en una o dos semanas, también podría volver a través de otro agujero y
arribar antes de haber partido. Incluso se podría viajar hacia atrás en el
tiempo a través de un solo agujero de gusano, si los dos extremos del mismo
estuvieran en movimiento relativo uno con respecto al otro.
Se puede demostrar que para crear un agujero de gusano, es necesario curvar el
espacio-tiempo en la forma opuesta a la que lo hace la materia normal. La
materia ordinaria curva el espacio-tiempo alrededor de sí mismo, tal como la
superficie de la Tierra.
Sin embargo, para crear un agujero de gusano es necesario curvar el
espacio-tiempo en la dirección opuesta, como la superficie de una silla de
montar. Lo mismo es verdad sobre cualquier otra forma de curvar el
espacio-tiempo que pueda hacer posible el viaje en el tiempo, si el universo no
comenzó tan curvado como para permitirlo. Lo que uno requeriría sería materia
con masa negativa, y una densidad de energía negativa, para lograr la curvatura
espacio-temporal necesaria.
La energía es como el dinero. Si se tiene un balance bancario positivo, uno
puede distribuirlo de varias maneras. Pero de acuerdo con las leyes clásicas en
las que se creía hasta hace muy poco tiempo, no estaba permitido tener un
descubierto energético. Así, estas leyes clásicas descartaban la posibilidad de
curvar el espacio-tiempo en la forma requerida para permitir el viaje en el
tiempo. Sin embargo, estas leyes clásicas fueron desplazadas por la Teoría
Cuántica, que es la otra gran revolución en nuestra imagen del universo, además
de la Relatividad General. La Teoría Cuántica es más relajada, y permite los
números rojos en una o dos cuentas. ¡Si tan sólo los bancos fueran tan
complacientes!. En otras palabras, la Teoría Cuántica permite que la densidad
energética sea negativa en algunos lugares, siempre y cuando sea positiva en
otros
La razón por la cual la Teoría Cuántica permite que la densidad energética sea
negativa, es que está basada en el Principio de Incertidumbre.
Esto quiere decir que ciertas cantidades, como la posición y la velocidad de una
partícula, no pueden tener un valor bien definido. Cuanto más precisamente sea
definida la posición de una partícula, más grande es la incertidumbre en la
velocidad y viceversa. El principio de incertidumbre también se aplica a los
campos, como por ejemplo el campo electromagnético o el campo gravitacional.
Esto implica que estos campos no pueden anularse exactamente, incluso en lo que
pensamos que es espacio vacío. Si fuera exactamente nulo, ambos valores tendrían
una posición bien definida en cero, y una velocidad también bien definida, que
sería también cero. Esto sería una violación del principio de incertidumbre. Sin
embargo, los campos deberían tener una cantidad mínima de fluctuaciones. Uno
podría interpretar estas fluctuaciones, que son llamadas fluctuaciones en el
vacío, como parejas de partículas y antipartículas que repentinamente aparecen
juntas, se separan y posteriormente vuelven a juntarse y aniquilarse mutuamente.
Estas parejas de partículas y antipartículas se dice que son virtuales, porque
no pueden ser medidas directamente con un detector de partículas. De cualquier
modo, se pueden observar sus efectos indirectamente. Una manera de realizarlo es
utilizando el llamado efecto Casimir. Se tienen dos discos de metal, separados
por una pequeña distancia. Los discos actúan como espejos para las partículas y
antipartículas virtuales. Esto quiere decir que las regiones entre los discos es
algo así como el tubo de un órgano, y solo admitiría ondas de luz de ciertas
frecuencias resonantes. El resultado es que hay ligeramente menos fluctuaciones
en el vacío o partículas virtuales entre los discos que fuera de ellos, donde
las fluctuaciones en el vacío pueden tener cualquier longitud de onda. La
reducción del número de partículas virtuales entre los discos implica que no
colisionarán con ellos tan a menudo, y por lo tanto no ofrecerán tanta presión
en los discos como las partículas virtuales de fuera. Consecuentemente hay una
pequeña fuerza empujando los discos el uno contra el otro. Esta fuerza ha sido
medida experimentalmente. Así, las partículas virtuales de hecho existen, y
producen efectos reales.
Ya que hay menos partículas virtuales, o fluctuaciones en el vacío, entre los
discos, estos tienen una densidad energética menor que en la región externa.
Pero la densidad energética del espacio vacío lejos de los discos debe ser cero.
De otra manera curvaría el espacio-tiempo y el universo no sería casi plano. Por
tanto la densidad energética de la región entre los discos debe ser negativa.
También se tiene evidencia de la curvatura de la luz, de que el espacio-tiempo
es curvo y la confirmación por parte del efecto Casimiro, de que se puede curvar
en sentido negativo. Entonces parece posible, tal como se avanza en la ciencia y
tecnología, que quizás sea posible construir un agujero de gusano, o curvar el
espacio y el tiempo de alguna otra manera, tal que se nos permita viajar a
nuestro pasado. Si este fuera el caso, provocaría una multitud de preguntas y
problemas. Una de ellas es el motivo por el cual, si en algún momento futuro
aprendemos a viajar en el tiempo, no ha vuelto ya alguien del futuro para
decirnos como se hace.
Incluso si hubiera razones lógicas para mantenernos en la ignorancia, siendo
como es la naturaleza humana, es difícil de creer que nadie se asomaría, y nos
diría a nosotros ignorantes paisanos, el secreto del viaje en el tiempo. Por
supuesto, alguna gente puede afirmar que ya hemos sido visitados desde el
futuro. Podrían decir que los platillos volantes vienen del futuro, y que los
gobiernos están involucrados en una gigantesca trama para encubrirlos, y
guardarse para ellos mismos todo el conocimiento científico que traen esos
visitantes. Todo lo que puedo decir es que si los gobiernos estuvieran
escondiendo algo, están haciendo un trabajo un poco tonto extrayendo información
útil de los alienígenas. Soy un poco escéptico con las teorías conspiratorias,
creer la teoría de que lo han arruinado todo es más probable. Los informes de
avistamientos de platillos volantes no pueden haber sido todos causados por
extraterrestres, porque son mutuamente contradictorios. Pero una vez que admites
que algunos son errores, o alucinaciones, ¿no es más probable que lo sean todos
o que se nos esté visitando por gente del futuro o del otro lado de la galaxia?.
Si realmente quieren colonizar la Tierra, o avisarnos de algún peligro están
siendo un poco ineficaces. Una vía posible para reconciliar el viaje en el
tiempo con el hecho de que no parece que hayamos tenido ninguna visita del
futuro, podría ser que dijéramos que solo puede ocurrir en el futuro. Bajo este
punto de vista se podría decir que el espacio-tiempo en nuestro pasado era fijo,
porque lo hemos observado, y parece que no está lo suficientemente curvado como
para permitir el viaje al pasado. Pero ya que si sólo se podrá curvar el
espacio-tiempo en el futuro, no seremos capaces de viajar atrás al tiempo
presente o un tiempo anterior.
Esto explicaría por qué no hemos sido invadidos por turistas del futuro.
Aún así esto dejaría un montón de paradojas. Supongamos que te fuera posible
despegar en un cohete espacial y volver antes del despegue. ¿Que te impediría
reventar el cohete en su plataforma de lanzamiento, o por otro lado prevenir que
partas la primera vez?. Hay otras versiones de esta paradoja, por ejemplo ir al
pasado, y matar a tus padres antes de que nacieras, pero son esencialmente
equivalentes. Parece haber dos resoluciones posibles.
Una es la que debo llamar la aproximación de las historias consistentes. Dice
que uno debe encontrar una solución consistente en las ecuaciones de la física,
incluso si el espacio-tiempo esta tan curvado como para hacer posible el viaje
al pasado. Según esta perspectiva, no podrías hacer que el cohete hubiera
viajado al pasado a menos de que ya hubieras venido y hubieras fallado al
reventar la plataforma de despegue. Eso es un escenario consistente, pero
implicaría que estamos completamente determinados: no podríamos cambiar nuestra
opinión. Demasiado para el libre albedrío. La otra posibilidad es lo que llamo
la aproximación de las historias alternativas. Ha sido defendida por el físico
David Deutsch, y parece que era lo que tenía en mente Stephen Spielberg cuando
rodó Regreso al Futuro (Back to the Future).
Según este punto de vista, en una historia alternativa, no habría ninguna vuelta
del futuro antes de que el cohete despegara, y por lo tanto no habría
posibilidad de reventarlo. Pero cuando el viajero vuelve del futuro, entra en
una historia alternativa distinta. En este caso, la raza humana hace un tremendo
esfuerzo para construir una nave espacial, pero justo cuando va a ser lanzada,
una nave similar aparece desde otro punto de la galaxia y la destruye.
David Deutsch apoya la aproximación de historias alternativas desde el concepto
de "suma de historias" introducido por el físico Richard Feinman, que murió hace
unos pocos años. La idea es que según la Teoría Cuántica, el universo no tiene
una única historia.
En vez de eso, el universo tiene cada una de las historias posibles, cada una
con su propia probabilidad. Debe haber una posible historia en la que exista una
paz duradera en el Medio Oriente, aunque quizás la probabilidad sea baja. En
algunas historias, el espacio-tiempo estará tan curvado que objetos como los
cohetes serán capaces de viajar a su pasado. Pero cada historia es completa y
auto contenida, describiendo no solo el espacio-tiempo curvado, sino también los
objetos en ella. Por lo tanto un cohete no puede transferirse a otra historia
alternativa cuando vuelve de nuevo. Es todavía la misma historia, que tiene que
ser auto consistente. Por lo tanto, a pesar de lo que afirma Deutsch, creo que
la idea de la "suma de historias" apoya la hipótesis de las historias
consistentes, más que la idea de historias alternativas.
Parece por consiguiente, que estamos encerrados en el escenario de las historias
consistentes. De cualquier manera, esta necesidad no implica que existan
problemas con el determinismo o libre albedrío si las posibilidades de que el
espacio-tiempo esté tan curvado que el viaje en el tiempo sea posible sobre una
región macroscópica son muy pequeñas. Esto es lo que llamo la Conjetura de la
Protección Cronológica: las leyes de la física conspiran para prevenir el viaje
en el tiempo a una escala macroscópica.
Parece que lo que ocurre es que cuando el espacio-tiempo se curva casi lo
suficiente para permitir el viaje al pasado, las partículas virtuales, y su
energía, se incrementan mucho. Esto quiere decir que la probabilidad de esas
historias es muy baja. Por lo tanto parece haber una Agencia de Protección
Cronológica trabajando, haciendo el mundo seguro para los historiadores. Pero
este tema de la curvatura del espacio y el tiempo está aún en su infancia. Según
la teoría de cuerdas, que es nuestra mayor esperanza para unificar la
Relatividad General y la Teoría Cuántica en la Teoría del Todo, el
espacio-tiempo debería tener diez dimensiones, no solo las cuatro que
experimentamos. La idea es que seis de esas diez dimensiones están enrolladas en
un espacio tan pequeño que no nos damos cuenta de ellas. Por otro lado las
cuatro que quedan son bastante planas, y son lo que llamamos espacio-tiempo. Si
este escenario es correcto, quizás sería posible mezclar las cuatro direcciones
planas con las otras direcciones que están altamente curvadas. A que podría
conducir esto, no lo sabemos aún. Pero abre un abanico de posibilidades
interesantes.
La conclusión de este discurso es que el viaje rápido en el espacio, o el viaje
atrás en el tiempo no tiene reglas, según nuestra compresión actual. Ambos
causarían muchos problemas lógicos, por lo que esperemos que existe una Ley de
Protección Cronológica que impida a la gente ir atrás y que maten a nuestros
padres. Pero los fans de la ciencia ficción no pierden su entusiasmo. Hay
esperanza en la teoría de cuerdas.
Y como no hemos roto aún la barrera del viaje en el tiempo, me he quedado sin
tiempo. Muchas gracias por su atención.
En esta charla, me gustaría discutir sobre si el tiempo en si mismo tuvo un
principio, y sobre si tendrá un final. Todas las evidencias parecen indicar que
el universo no ha existido desde siempre, sino que tuvo un principio,
aproximadamente hace 15.000 millones de años. Este es probablemente el
descubrimiento más notable de la cosmología moderna. Aún no está completamente
demostrado. Todavía no sabemos con certeza si el universo tendrá un final.
Cuando yo daba una charla en Japón, me pidieron que no mencionase el posible
re-colapso del universo, porque podría afectar al mercado de valores. Sin
embargo, puedo re-asegurar a cualquiera que se sienta nervioso por sus acciones,
que es un poco pronto para vender: incluso si el universo esta destinado a
finalizar, no sucederá antes de al menos 20.000 millones de años. Para ese
tiempo, tal vez el acuerdo de comercio GATT haya alcanzado sus objetivos.
N. del T.: GATT = General Agreement on Tariffs and Trade (Acuerdo General sobre
Aranceles y Comercio) firmado en 1947, persigue la igualdad comercial entre
países. La escala de tiempo del universo en muy grande comparada con la vida humana. Por
ello no fue ninguna sorpresa que hasta hace poco, se pensase que el universo era
esencialmente estático, e invariable a lo largo del tiempo. Por otro lado, ha
debido ser obvio que la sociedad evoluciona cultural y tecnológicamente. Esto
indica que la fase presente de la historia de la humanidad no puede haber
empezado antes de unos pocos miles de años. De otro modo estaríamos más
avanzados de lo que lo estamos. Por ello es natural que creamos que la especie
humana, y quizás el universo completo, comenzaron justamente en un pasado
reciente. Sin embargo, mucha gente estaba descontenta con la idea de que el
universo tuviera un principio, ya que esto parecía implicar la existencia de un
ser sobrenatural que lo creó. Ellos preferían creer que el universo y la especie
humana han existido desde siempre. Su explicación sobre el progreso humano se
basaba en la existencia de inundaciones periódicas, u otro desastre natural, que
devolvía repetidamente a los humanos a un estado primitivo.
Este argumento acerca de si el universo tuvo o no un principio, persistió
durante el siglo XIX y XX. Se basó principalmente en tesis teológicas y
filosóficas, con muy pocas consideraciones sobre evidencias observables. Esto
pudo haber sido razonable, dada la notoria falta de fiabilidad de las
observaciones cosmológicas, hasta hace bien poco. El cosmólogo, Sir Arthur
Eddington, dijo una vez, “No se preocupe si su teoría no casa bien con las
observaciones, ya que probablemente estas son erróneas.” Pero si su teoría esta
en desacuerdo con la segunda ley de la Termodinámica, entonces está usted metido
en problemas. De hecho, la teoría de que el universo ha existido desde siempre
entra en serias dificultades con la segunda ley de la Termodinámica. La segunda
ley establece que el desorden siempre se incrementa a medida que transcurre el
tiempo. Al igual que con el argumento del progreso humano, esto indica que debió
haber existido un comienzo. De otro modo, el universo se hallaría hoy en día en
un estado de desorden completo, y todo estaría a la misma temperatura. En un
universo infinito y eterno, cualquier rastro visible acabaría en la superficie
de las estrellas. Esto significaría que el cielo nocturno sería tan brillante
como la superficie del Sol. El único modo de evitar este problema sería si, por
alguna razón, las estrellas no brillasen durante cierto tiempo.
En un universo que fuese esencialmente estático, no habría ninguna razón
dinámica por la que las estrellas debiesen súbitamente encenderse, en un momento
dado. Cualquiera de estos “períodos de luces encendidas” tendría que venir
impuesto por una intervención desde el exterior del universo. La situación, sin
embargo, fue diferente, cuando se comprobó que el universo no era estático, sino
que se expandía. Las galaxias se están apartando constantemente unas respecto a
las otras. Esto significa que en el pasado estaban más juntas. Se puede
representar gráficamente la distancia entre dos galaxias en función del tiempo.
Si no hubiese aceleración causada por la gravedad, el gráfico sería una línea
recta. Descendería hacia el punto de separación cero, aproximadamente hace
20.000 millones de años. Se podría esperar que la gravedad causase una
aceleración de unas galaxias contra las otras. Esto implicaría que el gráfico de
la separación se doblaría hacia abajo, a un nivel inferior al de la línea recta.
Por lo que el momento de separación cero, sería inferior a 20.000 millones de
años.
En ese momento, el Big Bang, toda la materia del universo, se encontraría en la
superficie de si misma. La densidad habría sido infinita. Sería lo que a menudo
es nombrado como singularidad. En una singularidad, todas las leyes de la física
se rompen. Esto significa que el estado del universo, tras el Big Bang, no
dependía de ninguna cosa que hubiese pasado con anterioridad, ya durante el Big
Bang las leyes determinísticas que gobiernan el universo se incumplían. El
universo evolucionó a partir del Big Bang, de manera completamente
independientemente a como lo hacía antes de este suceso. Hasta la cantidad de
materia del universo puede ser distinta a la existente antes del Big Bang, ya
que en ese momento la Ley de Conservación de Materia, no se cumplía.
Ya que no contemos con consecuencias observables anteriores al Big Bang, se
podrían extraer a partir de la teoría, y decir que el tiempo comenzó con el Big
Bang. Los sucesos anteriores al Big Bang, simplemente no están definidos, ya que
no hay modo alguno de medir lo que en ellos sucedió. Este tipo de comienzo del
universo, y del tiempo en si, difiere mucho de los anteriormente considerados.
En estos el universo se veía bajo la imposición y acción de un agente externo.
No hay ninguna razón dinámica que impida extrapolar el movimiento de los cuerpos
en el sistema solar al pasado, hasta más allá de los 4.004 años antes del
nacimiento de Cristo, la fecha de la creación del universo según el libro del
Génesis. Por tanto, si el universo comenzase en esa fecha, se requeriría la
intervención directa de Dios. Sin embargo, el Big Bang es un comienzo que viene
requerido por las leyes de la dinámica que gobiernan el universo. Es, por ello,
algo intrínseco al universo, y no viene impuesto desde el exterior.
Pese a que las leyes de la ciencia parecían predecir que el universo tuvo un
comienzo, también parecían predecir que no pueden determinar como comenzó el
universo. Esto era obviamente muy insatisfactorio. Por lo tanto hubo una serie
de intentos de dar un rodeo a la conclusión de que hubo una singularidad de
densidad infinita en el pasado. Una propuesta fue modificar la ley de la
gravitación, de tal manera que se volviera repulsiva. Esto podía llevar a que la
gráfica de la separación entre dos galaxias sea una curva que se aproxima a
cero, pero que no pasa de hecho por él, en ningún tiempo finito del pasado. En
lugar de eso, la idea era que según las galaxias se separaban, se creaban nuevas
galaxias en medio a partir de la materia que se suponía que era creada
continuamente. Esta era la teoría del “Estado Estable” (Steady State), propuesta
por Bondi, Gold, y Hoyle.
La teoría del “Estado Estable”, era lo que Karl Popper llamaría una buena teoría
científica: hacia predicciones definidas, que se podían comprobar mediante una
observación, y era posible falsificarlas. Desafortunadamente para la teoría,
fueron falsificadas. El primer problema apareció con las observaciones de
Cambridge sobre el numero de fuentes de ondas de radio de diferentes potencias.
En media, uno esperaría que las fuentes más débiles fueran a su vez las más
distantes. Además uno esperaría también que fueran más numerosas que las fuentes
brillantes, que tienden a estar cerca nuestra. Sin embargo, la gráfica del
número de fuentes de ondas de radio con respecto a su fuerza crecía de manera
mucho más accidentada en las fuentes de baja potencia de lo que predecía la
teoría del “Estado Estable”.
Hubo intentos de explicar las cifras de esta gráfica, recurriendo a que algunas
de las fuentes más débiles de ondas de radio estaban en nuestra propia galaxia,
y por lo tanto no nos decían nada sobre cosmología. Este argumento no aguantó
las observaciones posteriores. Pero el golpe definitivo que envió a la teoría
del “Estado Estable” a la tumba ocurrió con el descubrimiento de la radiación de
microondas de fondo, en 1965. Esta radiación es la misma en todas las
direcciones. Ésta tiene el espectro de radiación en un equilibrio termal de 2
coma 7 grados sobre el Cero Absoluto. No hay ninguna manera de explicar esta
radiación en la teoría del “Estado Estable”.
Otro intento de evitar un comienzo del tiempo, fue la sugerencia de que quizás
todas las galaxias no se encontraban en un único punto en el pasado. Aunque en
media las galaxias se alejan unas de otras con una tasa constante, también
tienen pequeñas velocidades adicionales, relativas a la expansión uniforme.
Estas llamadas “velocidades peculiares” (peculiar velocities) de las galaxias
podían direccionarse lateralmente a la expansión principal. Se argumentó que si
se dibujaba la posición de las galaxias atrás en el tiempo, las “velocidades
peculiares” laterales habrían provocado que las galaxias no se encontraran todas
juntas. En lugar de eso, debería haber una fase previa de contracción del
universo en la cual las galaxias se moverían unas hacia las otras. Las
velocidades laterales provocarían que las galaxias no chocaran, pero que se
precipitaran a pasar unas al lado de otras y que entonces comenzaran a
separarse. Esto no habría provocado ninguna singularidad de densidad infinita,
ni ninguna rotura de las leyes de la física. Por lo tanto no habría necesidad de
que el universo tuviera un comienzo, y que el tiempo en si mismo tuviera un
principio. De hecho, uno debería suponer que el universo habría oscilado, a
pesar de que no se podría solucionar el problema de la Segunda Ley de la
Termodinámica: se esperaría que el universo se iría desordenando cada vez más
con cada oscilación. Es por consiguiente difícil ver como el universo podría
haber estado oscilando durante un tiempo infinito.
Esta posibilidad de que las galaxias se hubieran esquivado las unas a las otras
fue sostenida por dos rusos. Argumentaban que no habría singularidades en una
solución en el campo de las ecuaciones de la relatividad general que fuera
totalmente general, en el sentido de que no tuviera ninguna simetría exacta. De
cualquier manera su argumento se probó que era erróneo utilizando unas serie de
teoremas de Roger Penrose y míos. Estos demostraban que la relatividad general
predecía singularidades, siempre que estuviera presente al menos una cantidad de
masa determinada en una región. Los primeros teoremas estaban diseñados para
demostrar que el tiempo llega a un final, dentro de un agujero negro, formado
por el colapso de una estrella. No obstante, la expansión del universo es como
darle la vuelta en el tiempo al colapso de una estrella. Por consiguiente quiero
mostrarles que la evidencia de las observaciones indica que el universo tiene
suficiente materia como para que sea como el colapso de una estrella, pero al
revés, y que por tanto contenga una singularidad.
Para discutir las observaciones en cosmología estamos mirando atrás en el
tiempo, porque la luz debió partir de los objetos lejanos hace mucho tiempo para
llegar a nosotros en el presente. Esto significa que los eventos que observamos
se encuentran en lo que se llama nuestro “cono de luz pasada”. El vértice del
cono se encuentra en nuestra posición, en el tiempo presente. Conforme uno se
desplaza hacia atrás en el diagrama temporal, el cono de luz se expande a
distancias cada vez mayores, y su área se incrementa. En cambio, si hay
suficiente materia en nuestro “cono de luz pasada”, ésta curvaría los rayos de
luz unos contra otros. Esto significaría que tal como uno se dirige hacia atrás
en el pasado, el área de nuestro “cono de luz pasada” alcanzaría un máximo para
posteriormente comenzar a disminuir. Este enfoque de nuestro “cono de luz
pasada”, provocado por el efecto gravitatorio de la materia en el universo es la
señal de que el universo es dentro de su horizonte, como un agujero negro
invertido en el tiempo. Si se puede determinar que existe suficiente materia en
el universo para enfocar nuestro “cono de luz pasada”, entonces se pueden
aplicar los teoremas de las singularidades para demostrar que el tiempo debió
tener un comienzo.
¿Cómo podemos decir a partir de las observaciones, si hay suficiente materia en
nuestro cono de luz pasado, para poder enfocarlo? Podemos observar un cierto
número de galaxias, pero no podemos medir directamente cuánta materia contienen.
Ni estamos seguro de que cualquier línea de visión que parta de nosotros pase a
través de una galaxia. Así que daré un argumento diferente, para mostrar que el
universo contiene suficiente materia para enfocar nuestro cono de luz pasado. El
argumento se basa en el espectro de la radiación de fondo de microondas. Este es
característico de una radiación que ha estado en equilibrio térmico, con materia
a igual temperatura. Para alcanzar tal equilibrio, es necesario que la radiación
sea dispersada muchas veces por la materia. Por ejemplo, la luz que recibimos
del Sol tiene un espectro térmico característico. Este no es debido a las
reacciones nucleares que tienen lugar en el centro del Sol, que también producen
radiación con espectro térmico. Más bien, se debe a que la radiación ha sido
dispersada, por la materia del Sol, muchas veces en su camino desde el centro.
En el caso del universo, el hecho de que el fondo de microondas tenga
exactamente ese espectro térmico indica que debe de haber sido dispersada en
muchas ocasiones. El universo debe por consiguiente contener suficiente materia
para hacerlo opaco en cualquier dirección en que nosotros miremos, puesto que el
fondo de microondas es el mismo en cualquier dirección en que miremos. Más aún,
esta opacidad debe ocurrir a una gran distancia de nosotros, dado que podemos
ver galaxias y quásares a grandes distancias. Por tanto ha de haber mucha
materia a gran distancia de nosotros. La mayor opacidad sobre una amplia banda
de ondas, para una densidad dada, proviene del hidrógeno ionizado. Se sigue por
tanto que si hay suficiente materia para hacer el universo opaco, debe ser
suficiente también para enfocar nuestro cono de luz pasado. Podemos aplicar el
teorema de Penrose y mío, para mostrar que el tiempo ha de tener un comienzo.
El enfoque de nuestro cono de luz pasado implica que el tiempo debe de tener un
inicio, siempre que la Teoría General de la Relatividad sea correcta. Pero
tenemos que plantear la cuestión de si la Teoría General de la Relatividad es
correcta. Ciertamente concuerda con todas la pruebas observacionales que se han
llevado a cabo. Sin embargo éstas prueban la Relatividad General sólo sobre
distancias suficientemente grandes. Sabemos que la Relatividad General no es
correcta para distancias muy cortas, porque se trata de una teoría clásica. Es
decir, no tiene en cuenta el Principio de la Indeterminación de la Mecánica
Cuántica, que dice que un objeto no puede tener a la vez una posición bien
definida y una velocidad bien definida: cuanto más precisión se tenga al medir
la posición, menos precisión se tendrá al medir la velocidad, y viceversa. Por
lo tanto, para comprender el estado de muy alta densidad, cuando el universo era
muy pequeño, se necesita una teoría cuántica de la gravedad, que combine la
Relatividad General con el Principio de Incertidumbre.
Mucha gente esperaba que los efectos cuánticos pudieran de alguna manera
corregir la singularidad de la densidad infinita, y permitir que el universo
rebotara, continuando atrás hacia una fase contractiva previa. Esto podría ser
algo mejor que la idea anterior de galaxias perdiéndose entre sí, pero el rebote
ocurriría a una densidad mucho más elevada. Sin embargo, pienso que no es esto
lo que ocurre: los efectos cuánticos no eliminan la singularidad, y permiten que
el tiempo continúe hacia atrás indefinidamente. Pero parece que los efectos
cuánticos pueden eliminar la cuestión más objetable, la de las singularidades en
la clásica Relatividad General. Esto es que la teoría clásica no nos permite
calcular lo que podría ocurrir en una singularidad, puesto que las Leyes de la
Física se rompen allí. Esto podría significar que la ciencia no es capaz de
predecir cómo el universo puede haberse iniciado. En vez de eso, debemos
recurrir a un agente externo al universo. Este puede ser el motivo por el que
numerosos líderes religiosos se apresuraron en aceptar el Big Bang y los
teoremas de las singularidades.
Parece que la Teoría Cuántica, por otro lado, permite predecir cómo el universo
puede empezar. La Teoría Cuántica introduce una nueva idea, el tiempo
imaginario. El tiempo imaginario puede sonar a ciencia ficción, y nos recuerda
al Doctor Who. Pero a pesar de ello, se trata de un genuino concepto científico.
Podemos representarlo del siguiente modo. Pensemos en el tiempo ordinario, real,
como una línea horizontal. A la izquierda tenemos el pasado, a la derecha el
futuro. Pero existe otra clase de tiempo en la dirección vertical. Se le llama
tiempo imaginario porque no es la clase de tiempo que normalmente
experimentamos. Pero en cierto sentido es tan real como el que llamamos tiempo
real.
Las tres direcciones del espacio y la dirección adicional del tiempo imaginario
forman lo que se denomina espacio-tiempo euclidiano. No creo que haya nadie
capaz de dibujar una curva espacial de cuatro dimensiones. Pero no es demasiado
difícil imaginar una superficie de dos dimensiones, como una silla de montar o
la superficie de un balón de fútbol.
De hecho, James Hartle de la Universidad de Santa Barbara, California, y yo
hemos propuesto que el espacio y el tiempo imaginario en su conjunto, son sin
duda finitos en extensión, pero sin límites. Son como la superficie de la
Tierra, pero con dos dimensiones más. La superficie terrestre es finita en
extensión, pero no tiene límites ni fronteras. Yo he dado la vuelta al mundo, y
no me he caído por el borde.
Si el espacio y el tiempo imaginario son de hecho como la superficie de la
Tierra, no podría haber ninguna singularidad en la dirección del tiempo
imaginario, ya que entonces las leyes de la física se romperían. Y no habría
ninguna frontera al espacio- tiempo, tal como no hay fronteras para la
superficie de la Tierra. Esta ausencia de fronteras indica que las leyes de la
física determinarían el estado del universo de manera unívoca, en el tiempo
imaginario. Pero si se conoce el estado del universo en el tiempo imaginario, se
puede calcular el estado del universo en el tiempo real. Se esperaría por tanto
algún tipo de singularidad del Big Bang en el tiempo real. Por lo tanto el
tiempo real tendría un comienzo. Pero no se tendría que apelar a algo que esté
fuera del universo para determinar como comenzó el universo. Al contrario, la
manera en la cual el universo comenzó con el Big Bang estaría determinada por el
estado del universo en el tiempo imaginario. Y por tanto, el universo sería un
sistema completamente auto contenido. No estaría determinado por nada fuera del
universo físico, que nosotros observamos.
La condición de no frontera es el enunciado que mantienen las leyes de la física
en todas partes. Claramente es algo que a uno le gustaría creer, pero es solo
una hipótesis. Se debe probar, comparando con el estado del universo que
predeciría, con las observaciones de como es de hecho el universo. Si las
observaciones discreparan con las predicciones de la hipótesis de no frontera,
tendríamos que concluir que la hipótesis era falsa. Tendría que haber algo fuera
del universo que diera cuerda al mecanismo de relojería, y que pusiera el
universo a funcionar. Por supuesto, incluso si las observaciones concuerdan con
las predicciones, eso no prueba que la proposición de no frontera sea correcta.
Pero la confianza depositada en ella se incrementaría, en concreto porque no
parece haber otra propuesta natural para el estado cuántico del universo.
La propuesta de no frontera predice que el universo debería empezar en un punto
único, como si fuera el Polo Norte de la Tierra. Pero ese punto no tiene por que
ser una singularidad, como el Big Bang. Al contrario, podría ser un punto
ordinario del espacio y del tiempo, tal como el Polo Norte es un punto ordinario
en la Tierra, o al menos tal y como me han contado. Yo no lo he visto en
persona.
De acuerdo con la proposición de no frontera, el universo se habría expandido de
manera suave desde un punto inicial. Conforme se expandía, habría tomado
prestada energía del campo gravitatorio para crear materia. Tal como cualquier
economista habrá predicho, el resultado de dichos prestamos, fue la inflación.
El universo se expandía y cogía prestada energía incluso a una tasa creciente.
Afortunadamente, la deuda de energía gravitacional no tendría que ser devuelta
hasta el final del universo.
Eventualmente, el periodo de inflación podría haber acabado, y el universo se
habría establecido en un estado de crecimiento o expansión más moderado. Aún
así, la inflación habría dejado su marca en el universo. El universo podría
haber sido suave casi por completo, pero con pequeñísimas irregularidades. Estas
irregularidades son tan pequeñas, solo una parte de cada cien mil, que han sido
buscadas durante años en vano. Pero en 1992, el satélite de Exploración del
Fondo Cósmico (Cosmic Background Explorer), COBE, encontró dichas
irregularidades en la radiación de fondo de microondas. Fue un momento
histórico. Vimos hacia atrás el comienzo del universo. La forma de las
fluctuaciones en el fondo de microondas concordaban estrechamente con las
predicciones de la proposición de no frontera. Estas pequeñísimas
irregularidades en el universo habrían causado que algunas regiones se hubieran
expandido menos rápido que otras. Eventualmente, habrían cesado su expansión, y
se habrían colapsado en ellas mismas, para formar estrellas y galaxias. Por
tanto, la proposición de no frontera puede explicar la rica y variada estructura
del mundo en el que vivimos. ¿Que es lo que predice la proposición de no
frontera para el futuro?. Ya que requiere que el universo sea finito tanto en el
espacio, como en el tiempo imaginario, implica que el universo se re-colapsará
eventualmente. A pesar de todo, no se re-colapsará en mucho tiempo, mucho más
tiempo que los 15 miles de millones de años que se ha estado expandiendo. Por
tanto aún tienen tiempo de vender sus bonos del tesoro antes de que el final del
universo esté cerca. En que vas a invertir entonces, no se.
Originariamente, pensaba que el colapso sería el reverso del tiempo de la
expansión. Esto habría significado que la flecha del tiempo habría apuntado en
el sentido contrario en la fase de contracción. La gente se habría hecho más
joven conforme el universo se hubiera hecho más pequeño. Eventualmente la gente
habría desaparecido en la matriz materna.
Sin embargo ahora me doy cuenta de que estaba equivocado, tal y como estas
soluciones demuestran. El colapso no es el reverso del tiempo de la expansión.
La expansión comenzará con una fase de inflación, pero el colapso no acabará en
general con una fase anti-inflación. Lo que es más, las pequeñas discordancias
de la densidad uniforme continuarán creciendo en la fase de contracción. El
universo se volverá más y más grumoso e irregular conforme se haga más pequeño,
y el desorden se incrementará. Esto significa que aquella flecha del tiempo no
se invertirá. La gente continuará haciéndose vieja, incluso después de que el
universo haya comenzado a contraerse. Por lo tanto no es bueno esperar hasta que
el universo se re-colapse para volver a la juventud. Estarías un poco en el
pasado, de cualquier manera, para entonces.
La conclusión de esta conferencia es que el universo no ha existido desde
siempre. Lo que es más, el universo, y el tiempo en sí mismo, tuvieron un
comienzo en el Big Bang, hace más o menos 15 mil millones de años. El comienzo
del tiempo real podría haber sido una singularidad, en la cual las leyes de la
física podrían haberse roto, si el universo satisficiera la condición de no
frontera. Esto quiere decir que en la dirección del tiempo imaginario, el
espacio-tiempo es finito en extensión, pero no tiene ninguna frontera o borde.
Las predicciones de la proposición de no frontera parecen concordar con las
observaciones. La hipótesis de no frontera también predice que el universo se
colapsará otra vez de manera eventual. Sin embargo, la fase de contracción no
tendrá una flecha del tiempo opuesta a la fase de expansión. Por lo tanto
continuaremos haciéndonos viejos, y no volveremos a nuestra juventud. Y porque
el tiempo no va a volver hacia atrás, creo que mejor paro ya.