No es posible
filosofar con consistencia y verdad prescindiendo de la ciencia. Pero también
resulta necesario filosofar sobre esta misma ciencia y sobre el conocimiento
que ha develado. Esta necesidad demanda encontrar un principio unitario para el
universo para recuperar la visión sistemática de la realidad, perdida precisamente
con el advenimiento de la ciencia. Para ello analiza los conceptos de materia,
energía, tiempo, espacio, causa, efecto.
Patricio Valdés Marín
Registro de propiedad
Intelectual Nº 169.033
Prefacio a la colección El universo, sus cosas y el ser humano
El formidable desarrollo que ha experimentado la tecnología
relacionada con la computación, la informática y la comunicación electrónicas
ha permitido el acceso a un inmenso número de individuos de la cada vez más
gigantesca información. Por otra parte, existe bastante irresponsabilidad en
parte de esta información sobre su veracidad por parte de algunos de quienes la
emiten, tergiversando los hechos. Además, mucha de la información produce alarmas y temores, pues aquella gira
en torno a intrigas, conspiraciones, crisis y amenazas. Habría que preguntarse
¿hasta qué punto esta información refleja la compleja realidad? ¿Cuánta de toda
esa información es verdadera? ¿En qué nos afecta? Como resultado hemos entrado
en una era de desconfianza, relativismo y escepticismo. Sin embargo la raíz de
ello debe buscarse más profundamente.
Nuestras ideas son representaciones subjetivas y abstractas
de una realidad objetiva y concreta, pero la realidad es profundamente
misteriosa y nuestro intelecto es bastante limitado para aprehenderla. De este
modo se intentará reflexionar en forma
sistemática y unificada sobre los temas más trascendentales de la realidad. En
este discurrir, deberemos mantenernos críticos, en el sentido de análisis y
juicio referido a la realidad, pues dichas ideas no son “claras y distintas”,
como supuso Descartes. El filosofar que podemos emprender debe intentar
entender tanto el sentido último del universo, sus cosas y los seres humanos
como servirles de fundamento racional. Replanteándolo todo hasta querer
bosquejar un nuevo sistema filosófico, un nombre apropiado para esta obra de
diez libros podría ser simplemente El
universo, sus cosas y el ser humano.
Vivimos en un periodo histórico ya denominado posmodernismo,
que se caracteriza por el derrumbe de los dogmas religiosos y sistemas
filosóficos tradicionales a consecuencia del enorme progreso que ha tenido la
ciencia moderna y su método empírico, contra cuyo descubrimiento de la realidad
no pudieron sostenerse. Sin embargo, la antigua sabiduría respondía de alguna
manera a las preguntas más vitales de los seres humanos: su existencia, su
sentido, el cosmos, el tiempo, el espacio, la vida y la muerte, Dios, la verdad,
el pensamiento, el conocimiento, la ética, etc., pero la ciencia, que ocupó su
puesto, no ha podido responderlas, ya que no son esas preguntas su objeto de
conocimiento. Por la ciencia entramos en una época de enorme conocimiento y
certeza, pero si no se es fiel a la verdad que devela, es fácil caer en el relativismo: ahora todo es opinable y no se
respeta ninguna autoridad, en cambio se pide respetar a cualquiera por
cualquier sonsera que esté diciendo; existe poca o ninguna crítica; aparecen
gurúes, charlatanes y falsos profetas por doquier, mientras la gente permanece desorientada
y escéptica; se divulga falsedades por negocio, fama o intereses espurios.
No se trata de revivir los antiguos dogmas religiosos y
sistemas filosóficos, sin embargo, 1º las preguntas que responden al ¿qué es?
filosófico, más que el ¿cómo es? científico, que éstos intentaban responder
están tan plenamente vigentes hoy, ya que sin aquellas nuestra vida sería vacía
y que la filosofía emergió como un esfuerzo racional y abstracto para conferir
unidad y racionalidad al mundo, y 2º, la ciencia sigue con firmeza develando
esta tan misteriosa realidad, puesto que no fue hasta el desarrollo de aquella
que el mundo comenzó a ser entendido como sujeto a leyes naturales y
universales de relaciones causales. En consecuencia, esta obra requerirá llegar
a los grados de abstracción que demanda la filosofía y a partir de justamente
la ciencia intentará responder a las preguntas más vitales. El criterio de
verdad que la guiará son las ideas universales y necesarias de ‘energía’ para
lo cosmológico y la complementariedad ‘estructura-fuerza’ para el universo
material.
EL CONTEXTO CÓSMICO
DE LA OBRA
Parafraseando el inicio del Evangelio de s. Juan (Jn. 1, 1),
afirmaremos, “En el principio, estaba la infinita energía”. La energía, que no
se crea ni se destruye, solo se transforma —según reza el primer principio de
la termodinámica—, que no debe ser pensada como un fluido, ya que no tiene ni
tiempo ni espacio, que su efectividad está relacionada con su discreta
intensidad, que es tanto principio como fundamento de la materia, no puede
existir por sí misma y debe, en consecuencia, estar contenida o en dependencia.
Y Dios la causó y liberó en un instante, hace unos 13 mil setecientos millones
de años atrás, la codificó y la dotó de su infinito poder, creando el universo
entero. La cosmología llama “Big Bang” a esta ‘explosión’ y se puede definir
como un traspaso instantáneo, irreversible y definitivo de energía infinita a
nuestro material universo en el mismo instante de su nacimiento. La energía que
este agente suministró al universo, tal como si fuera un sistema, no termina en
desorden, sino sirve para generar y estructurar la materia. El Big Bang, que
sería el soplo divino, es también el instante del punto del comienzo de la
creación y es igualmente el manto que, desde nuestro punto de vista, envuelve
todo el universo. En el mismo grado
que el objeto que se aleja cercano a la velocidad de la luz del observador, que
de acuerdo con la contracción de FitzGerald se acorta en el eje común entre
objeto y observador, aseveramos que, con el fin de mantener la simetría, el
plano transversal del objeto a este eje se agranda recíprocamente hasta
identificarse con la periferia de nuestro universo. Inversamente, la
teoría especial diría que para un observador situado justo en el Big Bang, Dios
en este caso, el tiempo habría sido tan grande que ni una fracción
infinitesimal de segundo habría transcurrido. Una vez más, para este observador
la distancia se habría reducido a cero, como si el Big Bang fuese la base de un
tronco que sostiene la inmensidad del universo, dándole unidad a través de una
inmensa relación causa-efecto. Dado que todo el universo tuvo un origen único y
común, entonces las mismas leyes naturales gobiernan todas las relaciones de
causa-efecto entre sus cosas. Para la causa del universo entronizada en el Big
Bang, a pesar de estar a alrededor de 13,7 mil millones de años de distancia en
el pasado, cada parte del universo estaría en su propio tiempo presente,
mientras que la manifestación de causalidad estaría recíprocamente presente en
todo el universo.
El universo conforma una unidad en la energía que no admite
dualismos espíritu-materia, como los postulados por Platón, Aristóteles o
Descartes. Así, el universo, en toda su diversidad, está hecho de energía y
nada de lo que allí pueda existir puede no estar hecho de energía. Tales de
Mileto, considerado el primer filósofo de la historia, postuló al “agua” y sus
tres estados como clave para incluir la diversidad del universo; después de él
otros sugirieron diversos entes como fundamento de la cosas; tiempo después
Parménides inventó el concepto de “ser” para darle unidad a la realidad,
concepto que hechizó a toda la filosofía posterior; ahora proponemos la idea de
“energía” para este mismo efecto metafísico. Si desde Heráclito la filosofía
comenzó a especular sobre el cambio que ocurre en la naturaleza, la ciencia
observó por doquier a conjuntos relacionados causalmente como sistemas que se
transforman de modo determinista según las leyes naturales que los rigen y ella
los reconoció, más que cambios, como procesos. El tiempo y el espacio del
universo están relacionados con el proceso. Ambos no son categorías kantianas a priori que residen en nuestra mente.
El tiempo proviene de la duración que tiene un proceso y el espacio procede de
su extensión. La infinidad de interacciones originadas en el Big Bang
constituyen el espacio-tiempo del universo, donde cada ser u observador existe
en su tiempo presente y todo lo demás está entre su próximo y lejano pasado,
estando el Big Bang a la máxima distancia y siendo lo más joven del universo.
La velocidad máxima de las interacciones es la de la luz. La fuerza
gravitacional es el producto de la masa que se aleja con energía infinita de su
origen en el Big Bang a dicha velocidad y que forzadamente se va separando
angularmente del resto de la masa del universo, por lo cual el universo es una
enorme máquina que, por causa de su expansión radial (no como un queque en el
horno), genera la fuerza de gravedad, teniendo como consecuencia su pérdida
asintótica de densidad. Y esta fuerza más el electromagnetismo y las otras dos
que ellas causan dentro de la estructura atómica producen la incesante
estructuración y decaimiento de las cosas.
Algunos científicos creen observar un completo
indeterminismo en el origen del universo, pudiendo éste haber evolucionado
indistintamente y al azar en cualquier sentido. No consideran que el universo
haya seguido la dirección impresa desde su origen según las propiedades de la
energía primordial y la relativa estabilidad de lo que se estructura. De modo
que la energía primigenia se convirtió en el universo y fue desarrollándose y
evolucionando, auto-regulado por lo posible en cada posible escala estructural.
La energía comprende los códigos de la estructuración de las partículas
fundamentales de la materia. Estas partículas poseen máxima funcionalidad, ya
que adquirieron entonces energía infinita, lo que las llevó a viajar a la
máxima velocidad posible (la de la luz) desde el Big Bang. El universo que
percibimos es estructuración de
energía en materia en dos formas básicas, como masa según la famosa ecuación E
= m·c² y como carga eléctrica (positiva y negativa). La conversión en carga
eléctrica requirió también mucha energía. La fuerza para vencer la resistencia
entre dos cargas eléctricas del mismo signo es enorme. Se calcula que solamente
100.000 cargas (electrones) unipolares reunidas en un punto ejercerían la misma
fuerza que la fuerza de gravedad de toda la masa existente de la Tierra.
Infinitos y funcionales puntos o centros atemporales y adimensionales de energía
generan el espacio-tiempo del universo al interactuar entre sí y relacionarse
causalmente mediante también energía, estructurando enlaces relativamente
permanentes, generando la diversidad existente, que se rige por el principio
complementario de la estructura y la fuerza, y produciendo energía cinética y/o
ondulante que podemos sentir, que nos puede afectar y que mediante éstas
también podemos afectar a otras cosas.
El mundo aparecía naturalmente a nuestros antepasados como
caótico y desordenado, existiendo allí tanto nacimiento, gozo y regeneración
como sufrimiento, muerte y destrucción. Ellos se esforzaron en dar
explicaciones para dar cuenta de esta arbitraria situación y que resultaron ser
mayormente míticas. Ahora, por medio de la ciencia moderna, podemos entender
objetivamente este mundo y su evolución y desarrollo. El dominio de la ciencia
comprende las relaciones de causa-efecto que producen el cambio en la
naturaleza, determinadas según sus leyes naturales, siendo válido para todo el
universo, y que es virtualmente todo lo que sabemos con mayor, menor o total
certeza. Las hipótesis científicas concluyen en la definición de las leyes
naturales que rigen la causalidad del universo a través de la demostración
empírica y la observación. La ciencia devela que en el curso de su existencia
el universo ha ido evolucionando y se ha ido desarrollando hacia una
complejidad cada vez mayor de la materia, la que se ha venido estructurando en
escalas incluyentes cada vez más multifuncionales. Desde las estructuras
subatómicas, atómicas, moleculares y biológicas, hasta las psicológicas,
sociales, económicas y políticas, la estructuración en escalas mayores y más
complejas no ha cesado. Las estructuras, que se ordenan desde las partículas
fundamentales hasta el mismo universo, son unidades discretas funcionales que
componen estructuras de escalas mayores y cada vez más complejas (por ejemplo,
solo existe un centenar de tipos de átomos relativamente estables y unos 50.000
tipos de proteínas) y son formadas por unidades discretas funcionales de
escalas menores. La estructura más compleja y de mayor funcionalidad es el ser
humano, el homo sapiens del orden
mamífero de los primates.
Como todo animal con cerebro, que ha venido adaptativamente a relacionarse con
el medio a través del conocimiento, la afectividad y la efectividad y que
necesita satisfacer sus instintos primordiales, fijado por la especie, de
supervivencia y reproducción, el ser humano es capaz de generar estructuras
psíquicas (percepciones e imágenes) a partir de la materialidad biológica y
electro-química de este órgano nervioso central y de las sensaciones que
proveen los sentidos. Pero a diferencia de todo animal el más evolucionado
cerebro humano tiene capacidad de pensamiento racional y abstracto, pudiendo
estructurar en su mente todo un mundo lógico y conceptual, a partir de
imágenes, y que busca representar el mundo real que experimenta y comprender el
significado de las cosas y de sí mismo. Él estructura en su mente relaciones
lógicas, ontológicas y hasta metafísicas y también puede comprender las
relaciones causales de su entorno. Para ello se ayuda del sistema del lenguaje
que emplea primariamente para comunicarse simbólicamente con otros seres
humanos y también para acumular información y desarrollar aprendizaje y
cultura. La realidad que conoce es la sensible y, por tanto, material. Su
accionar más humano en el mundo es intencional y responsable, ya que emana de
su libre albedrío, que es producto de su razonar deliberado. En esta misma
escala su afectividad, más allá de sensaciones y emociones, se estructura
propiamente en sentimientos. Persiguiendo vivir la vida con la mayor plenitud
posible, los individuos humanos se organizan en sociedades que buscan la paz,
el orden, la defensa, el bienestar y la explotación de los recursos económicos
a través de la cooperación y la justicia, pero muy imperfectamente, ya que
algunos fuerzan satisfacer necesidades individuales de modo desmedido y otros
dominan y explotan al resto. Son objetos (no sujetos) de los derechos
reconocidos como fundamentales por la sociedad civil, y resguardados por sus
instituciones de poder político.
Cuando el ser humano reflexiona sobre el por qué de sí
mismo, llegando a la convicción de su propia y radical singularidad, su multifuncionalidad
psíquica es unificada por y en su conciencia, o yo mismo, pero no de modo
mecánico, sino transcendente y moral. La transcendencia es el paso desde la
energía materializada, que se estructura a sí misma y es funcional, hasta la
energía desmaterializada que la persona estructura por sí misma. Si el
individuo se estructura a partir de partes que anteriormente pertenecieron a
otros individuos y pertenecerán en el futuro a nuevos individuos, la persona se
estructura a partir de energía que permanecerá en lo sucesivo estructurada. La
conciencia humana es el advertir que el yo (el sujeto) es único y que su
existencia transcurre en una realidad objetiva que su intelecto le representa
como verdadera. Pero transcendiendo esta materialidad que ella conoce, está lo
llamado “espiritual” y viene a ser la estructuración de la energía como
producto del intencionar, en lo que llamaremos conciencia profunda, forjándola
indeleblemente en sí de un modo desmaterializado. El punto de partida de este
tránsito a lo inmaterial es la acción intencional, que depende de la razón y
los sentimientos y que se relaciona al otro a través del amor o el odio; ésta
se identifica con el ejercicio de la libertad y con la autodeterminación,
siendo lo que caracteriza al ser humano. La conciencia profunda reconoce que la
realidad, no es solo material, sino que también es transcendente, y la puede
conocer con otros “ojos” que ven la experiencia sensible, los cuales podrían
abrirse completamente solo tras la muerte fisiológica del individuo. El alma no
preexiste en un mundo de las Ideas, al estilo de Platón, para unirse al cuerpo
en el momento de la concepción, sino que se fragua en el curso de la vida
intencional. Esta metempsicosis transforma lo inmanente de la cambiante materia
en lo transcendente de la energía inmaterial. La estructuración de una mismidad
singular como reflejo de la actividad psíquica de su particular deliberación es
el máximo logro de la evolución que, a partir de materia individual, produce
energía estructurada. Así, el ser humano puede definirse, más que como animal
racional, como un animal transcendente que transita de lo animal a la energía
personal. Desde esta perspectiva el sentido de la vida es doble: vivir plena y
conscientemente la vida y estar consciente de la vida eterna y sus demandas.
Estas explicaciones son especulativas y no se asientan ciertamente en
conocimiento científico alguno, pues están fuera del ámbito de lo material, ya
que solo conocemos lo sensible, pero está en sintonía con los sucesos místico y
parapsicológico reconocidos y surge de superar el dualismo del ser metafísico
por la energía que incluye tanto lo material como lo inmaterial.
Y cuando la muerte, propia de todo organismo biológico,
desintegra la estructura del individuo, subsiste la persona, que es propiamente
la estructura del yo mismo puramente de energías diferenciadas que se han
unificado en la conciencia profunda durante su vida. La muerte supone la
destrucción irreversible del vínculo de la energía estructurada del yo mismo,
inmortal, con su cuerpo de materia estructurada que la contenía,
manifiestamente incapaz ahora de existir. Considerando que ya no resulta
necesario satisfacer los instintos biológicos de supervivencia y reproducción,
como tampoco estar sujeto a ningún otro instinto, en su nuevo estado de
existencia el yo personal se libera del consumo de energía de un medio material
y, por tanto, de la entropía, lo que significa también que su acción ya no
puede tener efectos sobre la materia. Asimismo, desaparecen nuestros atesorados
conocimientos y experiencias de la realidad del universo material que
percibimos a través de nuestros sentidos animales como también nuestra forma de
pensamiento racional y abstracto y memoria basados en el cerebro biológico.
Surgiría una forma nueva, inmaterial, transcendental, de pura energía, pero
implícita en la conciencia profunda, incomparablemente más maravillosa para
conocer y relacionarnos que corresponde a esa insondable y misteriosa realidad
que se presentaría, todavía imposible de conocer en nuestra vida terrena. Pero
la persona, ahora reducida a lo esencial de su ser, necesitaría y buscaría
afanosamente un contenedor de su propia y estructurada energía para poder
manifestarse y expresarse en forma plena de conexión. La esperanza es que quien
en su vida ha reconocido de alguna manera a Dios y ha sido justo y bondadoso
según, por ejemplo, la enseñanza evangélica, estará finalmente, cuando muere,
en condiciones de acceder al Reino de misericordia, amor y bondad, que Jesús
conoció (¿a través del fenómeno EFC?) y anunció, y existir colmadamente. De ahí
que su condición en la “otra vida” sea un asunto de opción moral personal
durante su vida terrena. Al no estar inmerso en la materialidad, ya no se
interpone el espacio-tiempo que lo mantiene separado de Dios. Así, la energía
liberada originalmente por Dios retorna a Él estructurada en el amor.
Los libros de esta obra se enumeran y titulan como sigue:
Libro I, La materia y
la energía (ref. http://unihum1.blogspot.com/),
es una indagación filosófica sobre algunos de los principales problemas de la
física, tales como la materia, la energía, el cambio, las partículas
fundamentales, el espacio-tiempo, el big bang, la forma y el tamaño del
universo, la causa de la gravitación, agujeros negros, y llega a conclusiones
inéditas.
Libro II, El
fundamento de la filosofía (ref. http://unihum2.blogspot.com/),
analiza lo que relaciona y lo que separa a la filosofía y a la ciencia; expone
la concepción histórica de la relación entre la idea y la realidad, la razón y
el caos; critica a la filosofía tradicional en lo referente a la dualidad
espíritu y materia que proviene de la antigua antinomia de lo uno y lo
múltiple, y sienta nuevas bases para una metafísica a partir del conocimiento
científico.
Libro III, La clave
del universo (ref. http://unihum3.blogspot.com),
expone la esencia de la complementariedad de la fuerza y la estructura como el
fundamento del universo y sus cosas, que es coextensiva del ser, y que es el
tema tanto de la ciencia como de la filosofía, con lo que se supera toda
contradicción entre ambas ramas del saber objetivo.
Libro IV, La llama de
la mente (ref. http://unihum4.blogspot.com/),
se remite a una teoría del conocimiento que identifica las funciones
psicológicas del cerebro, en tanto estructura fisiológica, con generadores de
estructuras psíquicas, siendo ambas estructuras propias de nuestro universo de
materia y energía, y descubre que las imágenes y las ideas son estructuraciones
en escalas superiores que parten de las sensaciones y las percepciones de
nuestra experiencia.
Libro V, El
pensamiento humano (ref. http://unihum5.blogspot.com),
desarrolla una nueva epistemología que busca descubrir los fundamentos del
pensamiento abstracto y racional en las relaciones ontológicas y lógicas que
efectúa la mente humana a partir de las cosas y sus relaciones causales.
Libro VI, La esencia de la vida (ref. http://unihum6.blogspot.com/), se refiere principalmente al reino animal, del cual el ser humano es un miembro pleno, en cuanto es una estructuración de la materia en una escala superior.
Libro VI, La esencia de la vida (ref. http://unihum6.blogspot.com/), se refiere principalmente al reino animal, del cual el ser humano es un miembro pleno, en cuanto es una estructuración de la materia en una escala superior.
Libro VII, La decisión
de ser (ref. http://unihum7.blogspot.com/),
trata de una de las funciones de los animales, la efectividad, que
específicamente en el ser humano se estructura como voluntad, que proviene de
su actividad racional, que se manifiesta en su acción intencional, que es
juzgada por la moral, la ética y la norma jurídica, y que confiere sustancia y
sentido a su vida.
Libro VIII, La flecha
de la vida (ref. http://unihum8.blogspot.com/),
en las fronteras de la reflexión filosófica y aún más allá, intenta explicar la
relación de lo humano con lo divino, la que comienza por la capacidad natural del
ser humano para reconocer y alabar la existencia de lo divino, y la que termina
en una invitación divina a una existencia en su gloria.
Libro IX, La forja del
pueblo (ref. http://unihum9.blogspot.com/),
analiza una filosofía política que parte del ser humano como un ser tanto
social como excluyente para indicar que la máxima organización social debe
estar en función de los superiores intereses de la persona humana, finalidad
que se ve entorpecida por anteponer artificiosamente el derecho al goce
individual a los derechos de la vida y la libertad.
Libro X, El dominio
sobre la naturaleza (ref. http://unihum10.blogspot.com/),
estudia el contradictorio esfuerzo humano de supervivencia y reproducción para
conquistar y transformar su entorno a través de una asignación desequilibrada
de recursos económicos, entre los cuales la tecnología, como creación de la
mente humana, es una prolongación del cuerpo para reemplazar su esfuerzo, la
demanda por capital es proporcional a la oferta de trabajo, y la naturaleza
resulta demasiado limitada para las ilimitadas necesidades humanas que
satisfacer.
Deseo expresar mi reconocimiento y mis más vivos
agradecimientos a mi esposa Isabel Tardío de Valdés. Sin su paciencia, apoyo
moral y cariño esta obra no habría sido posible.
Patricio Valdés Marín
CONTENIDO
Prólogo
Introducción
Capítulo 1. Materia primordial
Mecánica
Termodinámica
Relatividad
Capítulo 2. Materia fundamental
Desentrañando lo ínfimo
Lo fundamental
Fuerzas forzadas
Espacio-tiempo cuántico
Capítulo 3. Materia cósmica
El big bang
El observador
Gravitación y expansión
Límites de la materia y la energía
La energía en evolución
PRÓLOGO
En la actualidad, en plena revolución del conocimiento
científico, no es posible filosofar con cierta consistencia y verdad
prescindiendo de la ciencia moderna. Pero también resulta necesario filosofar
sobre esta misma ciencia y sobre el conocimiento que ha develado. Esta
necesidad ha demandado de muchos científicos hacer de filósofos, y ellos han
filosofado sobre lo que han descubierto. Este libro sobre la ciencia es
filosófico y desde este enfoque estudia los hallazgos de ésta. A partir del
conocimiento científico el libro medita sobre temas como dinámica, mecánica
cuántica o cosmología, buscando un principio unitario para el universo en el
intento de recuperar la visión sistemática de la realidad, perdida precisamente
con el advenimiento de la ciencia moderna. De este modo se adentra en el
concepto de energía desde ideas como movimiento, cambio y fuerza.
A partir de la famosa ecuación de Einstein, de que la
energía es igual a la masa por la velocidad de la luz al cuadrado, se puede
concluir con algo que no es tan evidente: que la energía no existe por sí
misma, sino que está vinculada a algo. En nuestro universo ese algo es
material, como la masa o la carga eléctrica. Se podría afirmar también que
antes del big bang, toda la infinita energía que compone el universo, ya sea
como materia o vinculada a la materia, estuvo contenida en algo que muchos
denominan su creador, por lo que big bang se puede definir como un traspaso
instantáneo, irreversible y definitivo de energía infinita en nuestro material
universo en el mismo instante de su creación. Sigue a continuación la idea de
que la energía que se suministró al universo, tal como si fuera un sistema, no
termina en desorden, sino que es utilizada para estructurar la materia.
En referencia a la física cuántica este libro resalta varios
aspectos. Uno de éstos es que no existe un continuum
preexistente de espacio-tiempo, como Einstein supuso, sino que tanto el espacio
como el tiempo comienzan a existir a partir de dimensiones muy pequeñas y
discretas –las definidas por el número de Planck–, es decir, las que pueden
establecer dos o más partículas subatómicas cuando interactúan. En otras
palabras, la existencia del espacio y el tiempo está determinada por la
interacción causal de la materia, y la materia no es otra cosa que condensación
de energía, como explica la citada fórmula de Einstein. Otro aspecto relevante
es la conclusión de que las partículas fundamentales no son otra cosa que las
causas de las cuatro fuerzas fundamentales.
Por último, en la escala macroscópica de la cosmología este
libro describe por primera vez la forma y el tamaño del universo, tarea que los
astrónomos modernos, a pesar de todos sus sofisticados medios de telescopios y
satélites, no logran aún desentrañar. Además contiene una inédita explicación
de la fuerza de gravedad, la misma para la que Newton estableció su famosa
ecuación en función de la masa y la distancia.
En definitiva este libro sirve de prolegómeno para poder
filosofar con coherencia y realismo, pues si uno quiere explicar el ser de la
metafísica, no puede quedar en la tautología de “el ser es el ser”, ya que por
esa vía no se avanza nada. Es necesario entender primero qué son la materia y
la energía, conceptos que han resultado de la gigantesca revolución del
conocimiento humano que llamamos “ciencia moderna”, para permitirnos filosofar
más apegado a qué son en realidad las cosas del universo.
INTRODUCCION
Nuestra época ha sido fecunda en revolucionarios
descubrimientos sobre la composición y el comportamiento de la materia y la
energía. Estos han alterado profundamente la concepción tradicional de las
cosas y el universo, dejando definitivamente obsoleta la clásica concepción
dualista que sostiene que el universo está constituido por entes compuestos de
forma y materia, donde una cosa adquiere existencia cuando su “materia prima”
es actualizada por la “forma”, y que, en el caso del ser humano, se trata de
una forma espiritual. En nuestros días, estos milenarios conceptos se han
vuelto irrelevantes cuando intentamos compatibilizarlos con las nuevas ideas
desarrolladas por la ciencia.
Por el contrario, el universo que la ciencia descubre es
únicamente material, y está hecho de materia y energía, elementos que explican
el cambio, su estructuración y su evolución. La alternativa al dualismo no es
uno de los dos monismos (materia o espíritu), sino la incorporación de la
noción de energía a la idea tradicional de materia. Con ello dejan de ser
necesarios los vitalismos, por ejemplo, Henri Bergson (1859-1941), que necesitan
postular conceptos supuestamente ajenos a la materia, tales como ánima, élan vital, esprit, Idea, Razón, etc. para explicar el movimiento y el cambio
de lo material. En efecto, las cosas poseen una fuerza interna que proviene de
la capacidad de cada una de ellas para utilizar energía y ser específicamente
funcional. Ellas no son entes pasivos movidos por fuerzas externas.
Ya en el ámbito de la física contemporánea, por lo material
se entiende tanto la materia y la energía como el tiempo y el espacio, realidades
estas últimas que derivan de las primeras; y también la masa y la carga
eléctrica como concreciones de la relación materia y energía. Debemos superar
la errónea concepción de atribuir únicamente a la masa la calidad de materia,
suponiendo que la materia es únicamente masa. De este modo, la masa viene a ser
sólo una de las formas como la materia se ha “condensado” a partir de la
energía primigenia. Además de la masa está también la carga eléctrica.
La materia condensada a partir de la energía tiene también
otras propiedades: tiene extensión y volumen, y, a escala subatómica, posee
simetría, estados cuánticos, niveles de energía, spin, onda, etc. Algunos
hablan de cuerpo antes que de masa para indicar tanto la masa como las demás
propiedades mencionadas. Pero un cuerpo es también una abstracción en
consideración a que no nos dice nada sobre sus componentes a distintas escalas
ni de qué cosas forma parte. La idea que mejor define la materia es la de
estructura y fuerza. Entre ambas otorgan a la materia y la energía la capacidad
para constituir estructuras funcionales en cualquier escala, explicar la
causalidad y conformar el tiempo y el espacio.
La ciencia se ha desarrollado sobre los mencionados conceptos
que están, no obstante, muy lejos del ideal cartesiano de las ideas claras y
distintas. Nociones como fuerza, masa, energía, carga eléctrica,
espacio-tiempo, que desde Galileo Galilei (1564-1642) han ido surgiendo
lentamente en brillantes mentes científicas tras experimentar y observar el
comportamiento de las cosas, no son en absoluto claros, aunque sí se les puede
asignar valores muy precisos. Muchas de estas nociones son extraordinariamente
complejas y abstractas, por lo que cuesta mucho llegar a entenderlas y
explicarlas. Sin embargo, son estos conceptos, propios de una filosofía de la
naturaleza, moderna y renovada, los que con mayor exactitud llegan a reflejar
la realidad, en comparación con aquellos de la filosofía tradicional, como
materia y forma, sustancia y accidente, esencia y existencia, potencia y acto.
La materia se basta a sí misma desde el instante que comenzó
a existir o, mejor dicho, desde el instante que Dios la creó. La primera parte
de la afirmación indica que la materia contiene en sí misma la capacidad para
desarrollarse, evolucionar, estructurarse, no necesitando para ello de
causalidad externa al universo alguna. Pero su segunda parte está señalando que
la materia no pudo llegar a existir por sí misma.
Mientras para explicar la primera parte, “que se baste a sí
misma”, podemos analizar la complementariedad de la estructura y la fuerza, la
segunda afirmación, “que Dios la creó”, es indudablemente extracientífica y
hasta extrafilosófica, pues corresponde a una realidad que está más allá de
nuestras capacidades cognoscitivas, pero se hace necesaria si consideramos que
si la materia tuvo un comienzo, requirió, tal como ya Aristóteles había
concluido, de una causa incausada, de un primer motor, puesto que por ella
misma jamás pudo comenzar a existir. Así, dicho motor debe ser considerado
extrauniversal. Precisaré que posiblemente este primer motor sería más bien un
contenedor de la energía primigenia “anterior” al big bang, considerando que la
energía no tiene existencia por sí misma, y que confirió a esta energía la
capacidad para condensarse en determinadas partículas fundamentales
específicamente funcionales de masa y carga eléctrica. En consecuencia, la
existencia del universo y de lo que contiene no puede explicarse por sí misma,
sino que debe depender de una entidad fuera de éste.
Las anteriores dos afirmaciones se comprenden con una
tercera afirmación: la capacidad de la materia para desarrollarse, evolucionar
y estructurarse está ligada a las leyes naturales que rigen su comportamiento
de modo absolutamente necesario, y estas leyes naturales son de origen divino,
como divino es el origen de la materia.
Aceptar estas afirmaciones que pertenecen a un orden
extracientífico parece imperdonable para muchos que, siguiendo a Bertrand
Russell (1872-1970), pretenden que toda verdad proviene del conocimiento
científico. Pero negar la dependencia de la existencia del universo de una
entidad meta universal es aún más imperdonable, máxime considerando la
evidencia científica de que el universo tuvo su inicio en un “big bang”, o gran
explosión, y que no es, por tanto, eterno e infinito. El problema de la ciencia
es que limita con Dios, y los científicos rehúsan considerar a Dios en el saber
científico. También rehúsan considerar lo infinito y lo eterno en sus cálculos.
Y sin embargo, lo infinito y lo eterno son aspectos de la realidad del
universo.
Además, por el supuesto de que el universo haya sido
creación de Dios, es decir, que haya tenido un origen único y esté compuesto
por los mismos elementos fundamentales, aquél se nos muestra precisamente como
inteligible. Ésta fue la idea del autor del capítulo primero de libro del Génesis y sobre la cual toda la cultura
occidental se ha erigido. En consecuencia, diré que aquello meta universal
podemos identificarlo con Dios, que el universo es la expresión del poder de
Dios y que en su evolución se ha ido estructurando en infinitas diversidades a
partir de la simpleza natural de las partículas fundamentales, específicamente
funcionales, que se formaron a partir de la condensación de la energía
primigenia que dio origen al universo.
Aunque Dios está al comienzo de la existencia del universo,
su acción posterior sobre éste proviene de haberlo creado con capacidad para
evolucionar y estructurarse en formas cada vez más complejas a partir de lo más
simple: la energía primigenia. Esta idea difiere radicalmente del pensamiento
tradicional, anevolutivo y fundamentalista, que ha sido influenciado por el Génesis, del que se deduce que la
creación consistió en un conjunto de actos divinos efectuados en el principio
de los tiempos y para todos los tiempos. Pero Dios no creó cosas por etapas. Lo
que podríamos decir es que en un instante dado de esta entidad meta universal,
que podemos llamar Dios, emanó una energía infinita que contenía el código de
todas las leyes naturales y que estuvo condicionada para condensarse en
determinadas partículas fundamentales tan específicamente funcionales que
conforman una materia con capacidad para, en el curso del tiempo, estructurarse
indefinidamente y evolucionar en infinitas formas a través de una multiplicidad
de escalas. Desde luego, esta idea contradice la afirmación de San Agustín
(354-430) de que Dios creó el universo ab
nihilo, es decir, de la nada.
Si al universo le suponemos un comienzo, como se desprende
con fuerza cada vez mayor de todos los descubrimientos cosmológicos que se han
ido efectuando, para comenzar a existir, la materia necesitó de un acto de
creación por parte de un agente externo a ella, como se ha dicho más arriba.
Aunque sostengamos con Stephen W. Hawking (1942- ) que la materia salió de la
nada a través de una separación de ella y su contraria, la antimateria, debió
necesitar de todos modos de un agente externo al universo que de la nada haya,
en un momento dado y con gran traspaso de energía, producido o separado estas
dos existencias mutuamente extinguibles, pero generadoras a su vez de energía.
Algo similar puede decirse de Ernst Pascual Jordan (1902-1980), quien postuló
que no existe diferencia energética alguna entre el universo de cosas y el
universo vacío, pues a la energía ligada a la masa se podría restar la energía
gravitacional, ambas supuestamente de un mismo valor equivalente.
Una explicación a esta correlación energética puede residir
en la posibilidad de que la fuerza gravitacional esté vinculada a la energía
primigenia del acto creativo del big bang que propulsó radialmente la masa a la
velocidad de la luz, siendo la masa misma condensación de la energía
primigenia. Según esta teoría, el big bang sería una especie de tronco o base
para toda la masa del universo, uniendo dicho acto al comienzo del universo con
el momento presente. En un segundo punto de vista, la de cada observador en
particular, o la de cada cosa existente, el big bang envuelve su propio
universo. Así, pues, el big bang, que no otra cosa que el soplo divino, es el
instante del comienzo de la creación y es igualmente el capullo que envuelve
todo el universo. Estas ideas parecen menos fantásticas e inverosímiles que
muchas de las postuladas por eminentes cosmólogos, quienes, fieles a sus
principios científicos, no han querido tal vez introducir factores meta
universales en una realidad que forzosamente limita con lo divino (siendo
quizás el otro límite con lo divino la posible vida después de la muerte de
cada ser humano).
Pero el ulterior desarrollo y evolución del universo no
necesita ni de una causa extranatural ni de una causa final para ser explicado.
Reeditando en parte la noción deísta dieciochesca del Deus ex machina, los procesos materiales prescinden de la
causalidad divina y adquieren autonomía inmanente en razón del determinismo de
la causalidad y de la capacidad inmanente de la materia para estructurarse. La
estructuración que la materia en definitiva actualiza es aquella que le es
posible según las leyes que la rigen y según la capacidad de subsistencia que
la funcionalidad resultante de una estructuración particular le confiere.
Cabría agregar que si el curso de la evolución del universo
tiene algún sentido más allá de la estructuración histórica que ha
experimentado la materia, no es resorte de la ciencia para determinarlo. Por
parte de la finalidad, si acaso la evolución y la estructuración del universo
tienen un propósito, una intención, una causa final, es algo que es imposible
inferir por su solo conocimiento. Y el hecho comprobable de su progresiva
complejificación, en términos de Pierre Teilhard de Chardin (1881-1955), es
insuficiente para concluir que existe necesariamente una intencionalidad
divina, aunque no lo es ciertamente para concluir sobre su imposibilidad.
Simplemente, el conocimiento objetivo no puede determinarlo.
Sin embargo, el hecho de que el universo ha estado
evolucionando desde su inicio y que seguirá haciéndolo hasta el final de los
tiempos nos indica que la creación es energía que emana permanentemente desde
el principio y es fuerza que continua estructurando la materia.
Las anteriores nociones son las que separan abruptamente la
mentalidad científica de la mítica. En la actualidad podemos pensar que desde
el primer instante de su existencia la materia tuvo las características que no
sólo le permitieron adquirir infinitas formas, sino también la energía para ir
conformando estructuras cada vez más complejas y funcionales. Es maravilloso
saber que la materia que compone el universo surgió con una capacidad
intrínseca para desarrollarse y evolucionar ilimitadamente, pero según leyes y
relaciones de causa-efecto muy determinadas.
Ahora bien, el universo, considerado después del acto de
creación, es el objeto de estudio tanto de la ciencia como de la filosofía,
disciplinas que han encontrado en el análisis de las relaciones y de las causas
la posibilidad del conocimiento objetivo. Las anteriores afirmaciones, de
carácter más bien filosófico, pueden ser hechas ahora y después de decisivos
descubrimientos y desarrollos científicos. Estos descubrimientos y desarrollos
están relacionados con la energía, la masa, la carga eléctrica y, sobre todo,
con la naturaleza de la luz y su velocidad.
El propósito de este ensayo no es servir de introducción a
la física, sino que procura tener una perspectiva más afín con la filosofía de
la naturaleza que con la ciencia, pues intenta meterse en lo más fundamental de
las ideas que han surgido de la ciencia para explicar su sentido y razón de
ser. Persigue recapitular materias de la ciencia que en la actualidad se
encuentran innecesariamente de modos indeterminados e indefinidos, como con
excesivo respeto tanto a las tradiciones de escuelas de pensamiento científico
como al pensamiento de científicos eminentes.
CAPÍTULO 1 - MATERIA PRIMORDIAL
El universo es
material y la materia es universal, identificándose ambos mutuamente. Tuvieron
un origen en una causa extrauniversal e inmaterial que puede ser postulada,
pero no conocida naturalmente. Tampoco la finalidad que pueda tener su
evolución puede ser conocida, aunque la materia en sí misma puede explicar el
cambio y la evolución de las cosas del universo. La materia (la masa y la carga
eléctrica) y la energía que contiene el universo se encuentran tras la
estructura y la fuerza de las cosas, estando la funcionalidad de las partículas
fundamentales en el origen de toda estructuración y de toda fuerza, y siendo el
empleo de la energía, no fuente de desorden, sino que de mayor complejidad y
estructuración.
Mecánica
El fenómeno más evidente de la naturaleza es el movimiento
de todos los cuerpos. Un cuerpo se mueve cuando cambia de lugar respecto a
otros. El movimiento nos da la idea del espacio y el tiempo. De hecho, por
aquél estos parámetros se relacionan entre sí. Un automóvil se desplaza, por
ejemplo, a 90
kilómetros (espacio) por hora (tiempo) con respecto a la
carretera. El movimiento es materia de estudio de la mecánica, que significa
precisamente estudio del movimiento. Así, las mecánicas de Isaac Newton
(1642-1727) y de Alberto Einstein (1879-1955) describen los movimientos de
corpúsculos y cuerpos que están sometidos a la fuerza de gravedad, como las
órbitas de los planetas en torno al Sol, la oscilación del péndulo de un reloj
o el desplazamiento de los fotones. La mecánica cuántica, por su parte,
describe movimientos de partículas que están sometidas a la influencia de la
fuerza electromagnética, permitiendo el cálculo de estados de energía de
electrones ligados a átomos. Esta descripción es necesaria para la comprensión
tanto de la naturaleza cuántica de la radiación magnética como de la valencia
química. Si lo primero que aparece de la naturaleza a un observador es el
movimiento, el problema que sigue es qué lo produce. La respuesta que se ha
dado desde la antigüedad es la fuerza.
Fuerza y masa
La idea moderna de fuerza se originó en el principio de
inercia de Galileo Galilei (1564-1642), que dice: “un cuerpo sobre el cual no
actúa ninguna fuerza conservará indefinidamente su estado de movimiento”. Dicho
principio contradecía la enorme autoridad de Aristóteles, para quien hacía
falta una fuerza permanente para mantener el movimiento. Así, mientras para
Aristóteles un cuerpo permanece naturalmente en reposo en tanto una fuerza no
lo mueva de su estado, para Galileo un cuerpo permanece naturalmente en
movimiento en tanto una fuerza no cambie su estado. Así, pues, Galileo
introdujo también la distinción entre movimiento y cambio. El movimiento es el
desplazamiento de un cuerpo relativo a otro, mientras el cambio es la
modificación de su movimiento. Es el cambio el que requiere la aplicación de
una fuerza.
Newton incorporó a las ideas de movimiento, fuerza y cambio
de Galileo el concepto de masa. Con la precisión que caracteriza su Dinámica
Newton definió, en consecuencia, la fuerza en función del cambio del movimiento
de la masa. Además de introducir el concepto de masa, le confirió dos funciones
distintas: gravitación e inercia. La función de gravitación se refiere a la
fuerza de atracción mutua que existe entre dos cuerpos. Esta fuerza es
proporcional al producto de las masas de ambos cuerpos e inversamente
proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.
Por su parte, la función de inercia está relacionada con la
tendencia de la masa a resistir al cambio de movimiento. Arriba vimos que según
Galileo, es el cambio de movimiento, y no el movimiento mismo, el que requiere
aplicación de una fuerza. Newton describió el movimiento, definido como el
desplazamiento de un cuerpo en el espacio y el tiempo, a través de sus
sencillas y ahora famosas tres leyes: 1. Un cuerpo se mueve en una dirección a
menos que actúe una fuerza. 2. La fuerza aplicada a un cuerpo es igual a su
masa tantas veces su aceleración. 3. Para cada acción hay una reacción igual y
opuesta. Así, si un cuerpo está bajo la acción de un sistema equilibrado de
fuerzas, permanecerá en reposo, o bien se moverá uniformemente en línea recta.
Solamente las fuerzas no equilibradas modifican el movimiento de un cuerpo. El
cambio de movimiento a causa de una fuerza constituye la ley fundamental de la
mecánica y supone que la única propiedad de los cuerpos que interesa en la
relación fuerza-cambio de movimiento es la masa.
Para Newton, todo cuerpo contiene masa y al cuerpo se le puede
abstraer la extensión y convertirlo, en nuestra imaginación, en un punto
geométrico sin extensión. Así, la trayectoria del movimiento de un cuerpo
considerado como punto geométrico es una línea geométrica. Pero también Newton
anotó en Principia, su célebre libro:
“La cantidad de masa es la medida de la misma que se establece
proporcionalmente a una densidad y a su volumen”. Este principio debería ser
considerado por quienes postulan singularidades y agujeros negros sin espacio.
El nuevo enfoque de Newton, que explica el movimiento de una
masa con doble función, implicó un profundo cambio de mentalidad. Las cosas ya
no pertenecen a estados distintos del universo por naturaleza, sino que el
movimiento común entre las cosas les confiere una unidad en el universo y
también otorga una unidad al mismo universo. Tanto la Luna como una manzana, y
cualquier otra cosa del universo, son afectadas por la fuerza de gravedad y por
la inercia. Las ideas del cambio de movimiento a causa de una fuerza y de la
gravitación universal en función de una masa, junto con su explicación mediante
la creación del cálculo diferencial, fueron los principales aportes científicos
de Newton. La mecánica clásica, tal cual fue desarrollada por Galileo y Newton,
con sus principios tan sencillos como universales, fue el fundamento de la
filosofía que emergió en el siglo XVIII.
Energía
A los anteriores conceptos de cambio de movimiento y fuerza,
es decir, el principio de inercia de Galileo y al concepto de masa de Newton,
la dinámica moderna incorporó el concepto de energía. Este concepto tiene una
data relativamente reciente. Fue desarrollado a mediados del siglo pasado,
principalmente por William Thomson (1824-1907), más tarde lord Kelvin, y W. J.
Macquorn Rankine (1820-1872). Comprende mucho de lo que se tuvo anteriormente
por fuerza. Por consiguiente, es preciso diferenciarlo del concepto fuerza. Una
cosa tiene energía si es capaz de ejercer una fuerza sobre una distancia, lo
que en física se denomina trabajo. De este modo, la energía no es una cosa,
sino que una capacidad o facultad de la cosa, y se distingue de la fuerza en el
sentido de que la primera es un poder que tiene una cosa o un cuerpo, y la
segunda es ejercida por una cosa o cuerpo en uso precisamente de ese poder.
La fuerza se ejerce por el traspaso de energía entre dos
cuerpos. El traspaso de energía se verifica a través de la fuerza y produce el
cambio, con lo que se explicita la relación entre la causa y el efecto. La
fuerza es la propiedad de la materia que permite que sus partes se relacionen
causalmente en sus distintas manifestaciones a través de la energía.
Específicamente, la energía es la medida de la fuerza que
puede ejercer una cosa o cuerpo y está relacionada con su masa a través de la
velocidad. La energía es la capacidad para efectuar trabajo, y éste, que es un
estado del movimiento, corresponde a una fuerza desarrollada a lo largo de un
espacio determinado. Así, un trabajo realizado por un cuerpo en posesión de
energía lo efectúa cuando aplica una fuerza, moviendo el punto de aplicación
sobre un segundo cuerpo. El trabajo es el producto de la fuerza por la
proyección sobre ella del desplazamiento de su punto de aplicación y depende de
la dirección y sentido de la fuerza, siendo el trabajo máximo cuando la proyección
del desplazamiento sobre el punto de aplicación tiene su dirección y su
sentido. El trabajo es evidentemente nulo si el desplazamiento y la proyección
de la fuerza son perpendiculares. La energía es, por lo tanto, una cantidad
conservada, producto de la fuerza y la distancia a través de la cual una fuerza
actúa provocando un cambio del movimiento. Luego, la fuerza es, en palabras de
Miguel Faraday (1791-1867), la causa de una acción, siendo la fuente de todas
las posibles acciones de y sobre los cuerpos y corpúsculos del universo. Por su
parte, el concepto de potencia se refiere al índice temporal al que es gastada
la energía.
En mecánica la energía está en función de la masa y la
velocidad. Por masa se entiende el peso de un cuerpo relativo a la gravedad y
se conserva invariante a través de los procesos físicos y químicos. Por una
parte, la energía de un cuerpo depende de la cantidad de masa. Por la otra, la
energía de un cuerpo depende de su velocidad. Pero la velocidad de un cuerpo es
siempre relativa a otro cuerpo; está siempre referida a otro cuerpo. Luego, la
energía de un cuerpo está en función de la velocidad que tenga respecto a este
otro cuerpo. De este modo, la energía de un cuerpo depende de su masa, la cual
se mantiene sin modificación, y de su velocidad que es siempre relativa a otro
cuerpo.
Específicamente, la energía se relaciona con la masa en dos
formas distintas: como energía potencial y como energía cinética. Esta
distinción nos ayudará a comprender mejor la idea de una energía variable en
razón de la velocidad y relativa a un segundo cuerpo. La cantidad de energía
potencial que un cuerpo puede acumular en sí mismo depende primariamente de la
cantidad de masa que contenga. Secundariamente, la energía potencial es una
medida del efecto que un cuerpo es capaz de ejercer sobre un segundo cuerpo en
virtud de sus respectivas posiciones, direcciones y velocidades relativas.
Para ser utilizada, la energía potencial debe transformarse
en energía cinética. Más aún, para volverse en otras formas de energía la
energía potencial debe transformarse primero en energía cinética. Pero la
transformación de la energía potencial en energía cinética es sólo un asunto de
perspectiva. Conforme se relaciona un cuerpo con otro en función del movimiento,
la cantidad de masa específica que el primero contiene adquiere una energía
cinética determinada por el movimiento relativo de ambos cuerpos. Luego, la
energía cinética es la medida del efecto que la masa de un cuerpo puede ejercer
sobre la masa de otro por obra de la velocidad.
Termodinámica
Prolegómenos
La fuerza se ejerce por el traspaso de energía entre dos
cuerpos, y este traspaso se verifica a través de la fuerza y produce el cambio,
con lo que se explicita la relación entre la causa y el efecto. La fuerza es la
propiedad de la materia que permite que sus partes se relacionen causalmente en
sus distintas manifestaciones a través de la energía. Toda relación de
causa-efecto significa cambio y el vínculo entre una causa y un efecto es la
fuerza. Una causa es el ejercicio de una fuerza que tiene por término un
efecto. En la relación causal la causa genera una fuerza que el efecto absorbe
y, en esta acción, ambos son modificados de alguna manera. La fuerza genera la
relación causal al actualizar la energía. Un efecto es producido por la fuerza,
recibiendo la energía que ésta porta. El ejercicio de una fuerza requiere
contener energía en alguna forma, ya sea acumulada, como portadora (energía
potencial), ya sea en movimiento, como transmisora (energía cinética). La
fuerza es el vehículo de la energía que transita a lo largo de un
acontecimiento entre una causa y un efecto. El cambio es el producto de la
transferencia de energía por medio de la fuerza que produce estructuraciones y
desestructuraciones en los cuerpos durante un acontecimiento o proceso.
Puesto que en toda relación causal se produce una secuencia
temporal, la fuerza es aquello que se interpone entre el “antes” y el “después”
de tal acontecimiento; ella constituye el “ahora” del acontecimiento. En todo
cambio hay traspaso de energía de acuerdo a la primera ley de la termodinámica;
todo cambio es irreversible, según su segunda ley. Por lo tanto, podemos
subrayar que la fuerza genera el devenir y desarrolla el tiempo. Los
acontecimientos conforman un proceso que genera un tiempo y un espacio para
efectuarse. Una relación causal es el proceso, y depende de la cantidad de
energía que se transfiere y de la velocidad de la transferencia. Un cambio
puede ser tan imperceptible como la evaporación del agua en un vaso en el
ambiente de una pieza o tan explosivo como la oxidación de un volumen de
hidrógeno. También entre la causa y su efecto se genera un tiempo y un espacio,
siendo la relación más rápida la que alcanza la velocidad de la luz. El espacio
generado en una relación causal adquiere significación sólo cuando la causa y
su efecto se relacionan entre sí; antes son solo campos de fuerza de ambos,
causa y efecto, que no se relacionan aún.
Un solo acontecimiento, una sola relación causa-efecto, no
logra decirnos mucho acerca del espacio-tiempo: tan sólo que un acontecimiento
separa un antes de un después en algún lugar. La dimensión espacio-temporal es
el conjunto de los múltiples acontecimientos particulares que están
sucesivamente relacionados en un proceso, porque se van actualizando en un
tiempo determinado, que es el presente para un determinado lugar del espacio.
Pero esta dimensión no puede ser únicamente lineal, ni tampoco unidimensional.
El tiempo no es independiente del espacio, pues la sucesión de acontecimientos
no se da únicamente en un punto espacial, sino que abarca un tejido
interdependiente de distintos acontecimientos cuya correlación es asunto de la
posición en el espacio no sólo del observador, que es un referente particular,
sino del big bang, que es el referente absoluto del universo. El universo es el
conjunto de las interrelaciones causales que tiene su origen en el big bang. Y
a causa de este origen común y estar compuesto por la misma energía, aquél
tiene unidad y sus leyes naturales se cumplen en todo tiempo y lugar.
La acción de la materia no ocurre en el espacio-tiempo, sino
que produce el espacio-tiempo. La relación de causalidad se da tanto
directamente, mediante el contacto entre corpúsculos y cuerpos, como indirectamente,
mediante los campos de fuerzas gravitacionales y electromagnéticos. Einstein
descubrió que el fotón es la partícula encargada de las relaciones de
causalidad electromagnética a distancia. De modo distinto, sin intervención de
una supuesta partícula gravitacional, pero a causa de la funcionalidad
gravitacional de la masa se produce la causalidad de la gravitación, y ello es
efecto de la expansión del universo.
El espacio es propio de la estructura, y el tiempo, de la
fuerza. Entonces, nuestro universo no es el campo espacio-temporal donde juegan
fuerzas y estructuras, sino que el juego mismo es el espacio-tiempo
desarrollado por la interacción fuerza-estructura. Si su origen primigenio fue
una energía infinita contenida en un no-espacio, su evolución en el curso del
tiempo ha seguido el transcurso de una continua y cada vez más compleja
estructuración, la cual ha ido desarrollado el espacio. En el universo existen
un límite inferior y un límite superior para la acción de la causalidad. El
límite inferior es la dimensión del cuanto de energía, dado por el número de
Planck, y que determina la escala más pequeña para la existencia de la relación
causal. El límite superior para la relación causal se refiere a la velocidad
máxima que puede tener el cambio, que es la de la luz.
La explicación de las anteriores afirmaciones se encuentra
en dos consideraciones que son importantes. Por una parte, la energía no tiene
existencia en sí misma, sino que a través de la materia. La materia en sí misma
es condensación de energía. Pero también la materia es el medio a través del
cual la energía fluye de un lugar a otro. Por la otra, la materia no es un algo
indiferenciado, sino que estructurado. Al decir estructurado se refiere a dos
características. En primer lugar, una estructura está compuesta por estructuras
de escalas menores y forma parte de estructuras de escalas mayores, y en
segundo término, toda estructura es específicamente funcional, es decir, emplea
la energía para ejercer fuerza de manera específica. Las leyes de la
termodinámica se refieren a la cantidad de energía. Evidentemente, la energía
puede medirse por la cantidad, pero en la energía convertida en fuerza gracias
a la funcionalidad específica de cada estructura se mide más bien la calidad.
Por ejemplo, la energía contenida en el azúcar que la sangre lleva al cerebro
es transformada por las neuronas en complejos pensamientos, tales como
relacionar conceptos tan abstractos como materia, energía, estructura y fuerza.
Así, en este ejemplo se pueden distinguir la física, la química, la biología,
la psicología y la filosofía.
Transformaciones
La termodinámica, disciplina que analiza los procesos
físicos que operan en cualquier sistema en términos de estado, y en oposición a
la mecánica, describe la energía con gran brillo. Sus dos primeras leyes tienen
una significación análoga: la energía de un sistema aislado es constante y su
entropía tiende a un máximo. Su primera ley, enunciada primeramente por Hermann
von Helmholtz (1821-1894) a partir del experimento de James Joule (1818-1889)
que probaba la equivalencia del calor y del trabajo mecánico, es la de la
conservación de la energía. Esta afirma que todo cambio en la materia debe ser
compensado exactamente por la cantidad de energía: “la energía no puede ser
creada ni destruida, sólo se transforma”. Vimos más arriba que la energía pasa
desde una causa hacia un efecto. La energía total de un sistema aislado es
siempre constante, a pesar de las transformaciones que haya sufrido.
Del mismo modo como toda estructura está constituida, en
último término, por partículas fundamentales, los diversos tipos fundamentales
de fuerza asociados a las estructuras son también limitados. Estas fuerzas
transfieren un conjunto limitado de energías y también se disuelven en el mismo
conjunto. Podemos distinguir entre estas energías la térmica, la química, la
radiante, la eléctrica, la mecánica y la atómica. Únicamente la energía
radiante puede darse en ausencia de masa o de carga eléctrica, pues existe en
los fotones. Estas diversas formas de energía pueden transformarse unas en
otras mediante un motor, el cual relaciona lo que tienen en común, que es la
fuerza. Ésta se expresa en el cambio del movimiento de los cuerpos, desde
partículas subatómicas hasta galaxias. Observemos que las estructuras no pueden
interactuar si las fuerzas correspondientes no están relacionadas a energías
del mismo tipo para que puedan sumarse, restarse o anularse.
El siguiente ejemplo puede ilustrar el caso: la reacción
nuclear del Sol, asociada a las estructuras de los núcleos de hidrógeno,
produce luz, la que es transmitida por radiación a la Tierra. Esta
radiación produce la fotosíntesis, fenómeno químico asociado a una estructura
molecular y que produce una estructura con un cierto contenido energético
aprovechable. En su estado leñoso o de combustible fósil esta estructura puede
combustionarse químicamente para generar calor. El calor, transmitido por
radiación infrarroja, conducción y convección, excita los átomos de la
estructura cristalográfica del receptor, logrando elevar su temperatura. Si es
agua, puede transformarse en vapor, alterando su propia estructura
intramolecular, y adquirir presión, esto es, conservar en sí la energía
inicial. La presión del vapor puede mover un mecanismo asociado con una
estructura mecánica, como un pistón o una turbina, y hacer girar un eje. Su
movimiento, transmitido a un rotor, puede, en combinación con un estator,
generar electricidad, energía asociada a la estructura del manto electrónico de
los átomos. Mediante una resistencia eléctrica esta energía puede transformarse
en calor y proseguir por un ciclo diferente y así sucesivamente ad in aeternum de acuerdo a la primera
ley de la termodinámica o ley de conservación de energía.
Entropía o desorden
La segunda ley de la termodinámica, enunciada por primera
vez por Nicolás Carnot (1796-1832), nos señala no obstante que cada
transformación efectuada es irreversible si no hay aporte adicional de energía,
siendo la irreversibilidad una característica fundamental de la naturaleza. La
energía tiende a fluir desde el punto de mayor concentración de energía al de
menor concentración, hasta establecer la uniformidad. Esto es, el flujo tiene
un solo sentido y, por tanto, demuestra la irreversibilidad del tiempo, rompiendo
la simetría entre el antes y el después y estableciendo la diferencia entre la
causa y el efecto. La obtención de trabajo a partir de energía consiste
precisamente en aprovechar este flujo.
Más tarde, Rudolf J. E. Clausius (1822-1888) aportó la idea
de que “en toda transformación que resulte irreversible en un sistema aislado,
la entropía aumenta con el tiempo”. Entropía, palabra griega que significa
transformación, es el término que Clausius empleó para representar el grado de
uniformidad con que está distribuida la energía. Cuanto más uniforme, mayor es
la entropía. Cuando la energía está distribuida de manera perfectamente
uniforme, la entropía es máxima para el sistema en cuestión. Las
concentraciones de energía tienden a igualarse y la entropía aumenta con el
tiempo.
Usualmente la entropía se la representa figurativamente, a
partir de Ludwig Boltzmann (1844-1906), como una medida de desorden. A pesar de
que esta imagen ha ganado popularidad, frecuentemente ella se presta a gran
confusión y muchos equívocos, pues el desorden se lo representa en forma
estructural y, por lo tanto, estático, en circunstancias de que la entropía se
trata de un fenómeno dinámico y se refiere únicamente a la energía. El error es
explicar lo que ocurre con la energía recurriendo a la estructura. Y así,
algunos (en realidad, muchos), expresando figurativamente la segunda ley al
modo de Boltzmann, afirman que el desorden, imaginado como homogeneización
estructural, siempre aumenta con cualquier proceso que ocurra en un sistema aislado,
lo cual es un error.
Entropía o
transformación
A pesar de la difusión que ha tenido la identificación de la
idea de homogeneización, propia del desorden estructural, con el concepto de
uniformidad con que se describe la entropía a partir de Clausius y Boltzmann,
sugiero no obstante que por entropía debe entenderse genéricamente
transformación, tal como es su etimología. Ahora bien, desde el punto de vista
de la energía, por entropía debe entenderse específicamente una medida de
disponibilidad de energía o de la probabilidad del estado de un sistema físico;
si un sistema se ha desviado de su estado de equilibrio estadístico, la
probabilidad de que vuelva a dicho estado es mucho más grande que la de que se
aleje aún más.
En palabras no cuánticas, lo decisivo de esta segunda ley es
que afirma simplemente que en un sistema cerrado, en el que la energía
permanece constante, disminuye la cantidad de energía disponible para realizar
trabajo; se puede convertir todo trabajo en calor, pero no se puede convertir
todo el calor en trabajo. Así, aunque se mantiene el haber total de energía, no
toda ella puede ser convertida en trabajo, puesto que éste siempre fluye del
cuerpo caliente al frío o, más genéricamente, desde el que tiene mayor energía
potencial hacia el que tiene menos. En consecuencia, el trabajo aprovechable en
cualquier proceso concreto ocurre entre dos estados determinados de energía
potencial. Una vez agotada la energía disponible cesará el proceso. Si se
quisiera efectuar nuevo trabajo útil habría que abrir temporalmente el sistema
cerrado y suministrarle energía adicional.
Tiempo después, el mismo Clausius introdujo el
interesantísimo concepto de “disgregación” a manera de una medida de la
ordenación de las moléculas de un cuerpo, dándole una explicación mecánica.
Contrario a esta nueva formulación de la segunda ley de la termodinámica, James
Clerk Maxwell (1831-1879) argüía que ésta es una ley esencialmente estadística
que describe el comportamiento de un gran número de moléculas y que no puede
ser explicada mediante una teoría de los movimientos moleculares individuales.
Pero para Clausius la disgregación es más fundamental que la entropía, y desde
nuestra perspectiva, él andaba por el camino correcto, pues la segunda ley, más
que entenderse como cambio y transformación, o desorden, se refiere
principalmente al efecto de la aplicación de trabajo.
Así, en todo sistema en que la energía se convierte en
trabajo, existe tanto desestructuración como estructuración de la materia. Pero
puesto que toda estructura es funcional en toda escala a partir de la
estructura más fundamental de todas, el resultado neto de la aplicación de
trabajo, que termina en entropía, es recíprocamente una mayor estructuración de
la materia. Más que un simple ordenamiento de moléculas, partículas o cualquier
otro tipo de unidades, como pensaba Clausius, la disgregación es en realidad
estructuración. Si lo que antes era y ahora aparece disgregado, la disgregación
es en efecto la estructuración de otra cosa probablemente más compleja. De éste
modo, todo trabajo se emplea en el proceso de estructuración, y toda
transformación produce nuevas estructuras, incluso de escalas superiores.
Boltzmann sólo era capaz de ver desorden como resultado del
ingreso de energía en un sistema. Si un tarro de pintura recién abierto, que
contiene un conjunto heterogéneo de materiales, tales como pigmentos diversos,
aceites, disolventes, etc. en estratos, lo revolvemos, es decir, traspasamos la
energía de nuestro brazo al sistema del tarro, al cabo de unos minutos los
compuestos quedarán homogeneizados y podremos aplicar el compuesto a una
superficie para que quede de un solo color. Boltzmann hubiera dicho que el
desorden es completo y la entropía máxima. No obstante él habría estado en un
error. Para explicar este dilema, podríamos considerar esta aplicación de
energía como una condición del sistema. Entonces, al cabo de días o semanas de
revolver, y si la pintura se encuentra además expuesta a la sequedad del aire,
sin duda aparecerán algunos pequeños conglomerados y grumos en ella, hasta que
se produzca algún tipo de estructuración nueva, probablemente no tan funcional
a nuestras necesidades como para cubrir de color alguna superficie.
Sin embargo, la estructuración que resulta de la entropía no
se limita unilinealmente a la sola escala del sistema considerado, como ocurre
cuando una sustancia, junto a otra (u otras) se transforma en una tercera. Así,
por ejemplo, algunos seguidores de Boltzmann debieran “lamentar que cristales
de sacarosa deban disolverse irreversiblemente en, digamos, un determinado
volumen de leche de vaca. Pero si tras aplicar calor y revolver la mezcla por
un tiempo obtenemos una nueva estructura caracterizada por un color, textura,
sabor y hasta aroma que nos deleita y que llamamos “manjar blanco”, ya no
tendríamos razón para lamentarnos. Incluso, aquellos seguidores quedarían
perplejos si esta nueva estructura se transformara en subestructura de otra
extraordinaria estructura que llamamos torta de panqueque con nuez.
Entropía y
estructuración
Lo que indica el ejemplo anterior es que las fuerzas
exógenas que intervienen en un sistema producirán ciertamente grados de
desestructuración y de homogeneización. Si estas fuerzas exógenas son
consideradas como condiciones del sistema, como por ejemplo, la fuerza de
gravedad, la radiación solar, la presión atmosférica, la humedad relativa,
etc., no sólo las fuerzas endógenas de las partículas fundamentales, sino que
también la capacidad funcional de las estructuras para transformar energía
exógena y para relacionarse mutuamente, conseguirán nuevas estructuraciones de
la materia.
El punto que se debe destacar es que la energía que ingresa
en un sistema no lo hace en forma indiferenciada, sino que mediante algún tipo
específico de fuerza o de fuerzas. Ciertamente, a una causa determinada sigue
un efecto también determinado. Este efecto puede ser una estructuración a
escala superior, como cuando se juntan dos átomos de hidrógeno con uno de
oxígeno. La estructuración resulta virtualmente impredecible, no pudiendo
establecerse el efecto específico que sigue, cuando una pluralidad de causas
actúa en forma aleatoria y variable.
En consecuencia, se puede sugerir que entropía no significa
sólo homogeneización, sino que su resultado es la estructuración, y que lo que
la segunda ley de la termodinámica expresa realmente es que en un sistema
cualquiera la energía disponible empleada para realizar trabajo no produce
necesariamente uniformidad y menos desorden. Por el contrario, esta energía se
utiliza para estructurar la materia según la funcionalidad de las estructuras y
dependiendo de sus distintas escalas, desde las más simples hasta las más
complejas. Además, las estructuras creadas obtienen un equilibrio energético y
una conservación molecular, situación que tiende a mantenerse mientras el
sistema no entregue ni absorba energía, esto es, que no sea ni causa ni efecto.
La propuesta redefinición de la segunda ley fundamenta aún más la teoría de la
complementariedad estructura-fuerza.
La explicación de las anteriores afirmaciones se encuentra
en dos consideraciones que son importantes. Por una parte, la energía no tiene
existencia en sí misma, sino que a través de la materia. La materia en sí misma
es condensación de energía. Pero también la materia es el medio a través del
cual la energía fluye de un lugar a otro. Por la otra, la materia no es un algo
indiferenciado, sino que estructurado. Al decir estructurado me refiero a dos
características. En primer lugar, una estructura está compuesta por estructuras
de escalas menores y forma parte de estructuras de escalas mayores, y en
segundo término, toda estructura es específicamente funcional, es decir, emplea
la energía para ejercer fuerza de manera específica. Las leyes de la
termodinámica se refieren a la cantidad de energía. Evidentemente, la energía
puede medirse por la cantidad, pero en la energía convertida en fuerza gracias
a la funcionalidad específica de cada estructura se mide más bien la calidad.
Por ejemplo, la energía contenida en el azúcar que la sangre lleva al cerebro
es transformada por las neuronas en complejos pensamientos, tales como
relacionar conceptos tan abstractos como materia, energía, estructura y fuerza.
Así, en este ejemplo se pueden distinguir la física, la química, la biología,
la psicología y la filosofía.
Límites
Prosiguiendo con la física, si se deseara aumentar al máximo
la entropía, el estado final del proceso debiera tener la temperatura más baja
posible. La entropía máxima que se puede esperar es que toda la energía haya
sido empleada en el proceso de estructuración. Sin embargo, la entropía tiene
un límite que es expresado por una tercera ley de la termodinámica: “conforme
nos acercamos al cero absoluto, las energías libres y totales llegarán a
hacerse iguales”. Esta ley implica que nunca un cuerpo puede llegar a la
temperatura de cero absoluto, punto en el cual los procesos transcurren sin
pérdida de energía. El cero absoluto no puede ser alcanzado; es inaccesible. A
la temperatura de cero absoluto simplemente deja de haber movimiento. De este
modo, mientras la velocidad finita de la teoría de la relatividad fija el
límite máximo a los cambios de energía posible, la energía de punto cero de la
termodinámica les fija el límite mínimo. Esta limitación de un proceso natural
--el alejamiento asintótico de un ideal propuesto por las nociones matemáticas
de infinito y cero-- condiciona la realidad del universo. Todos los cambios
reales de energía son finitos y todo cambio de energía, por pequeña que sea,
implica pérdida. Jamás se puede alcanzar la estructuración absoluta.
Todo sistema, en cuanto estructura, pertenece a un sistema
de escala mayor, siendo el mayor de todos, límite absoluto de todo, el mismo
universo. En este sentido, ningún sistema puede ser considerado absolutamente
cerrado, pues forma parte del universo de una u otra manera. Y el universo, en
tanto sistema, no es cerrado, pues sus límites se van expandiendo en forma
continua y permanente a la misma velocidad que la máxima que puede alcanzar la
causalidad, que es la de la luz.
En el curso de la historia del universo, cuyo origen estuvo
en una cantidad infinita de energía contenida en un punto espacial
infinitamente pequeño, se puede suponer que la condensación de energía, en la
medida que el espacio se fue expandiendo a la velocidad de la luz, ha tenido
como resultado una creciente estructuración de la materia que ha tenido como
principio la conversión de energía en masa y carga eléctrica. Todas las cosas
del universo no han emergido con diferentes grados de estructuración, sino que
han surgido a partir de las partículas fundamentales que han sido el inicio de
la estructuración de la materia para proseguir a través de escalas sucesivas
cada vez más complejas. Toda estructura es una forma de contener energía, y la
masa y la carga eléctrica se han ido estructurando en formas cada vez más
eficientes de contener y utilizar energía.
Relatividad
Precursores
Para la física clásica, un cuerpo en reposo respecto a otro
no tiene energía, sino sólo masa. Recibe energía sólo cuando se pone en
movimiento respecto a otro cuerpo. La energía aumenta con la velocidad de la
masa. El cuerpo gana en inercia. Sin embargo, para el físico holandés Hendrick
Antoon Lorentz (1853-1928), la masa del cuerpo crece si su velocidad aumenta,
pero no de modo proporcional según el aumento de la velocidad, sino
exponencialmente hasta el límite de la velocidad de la luz. A la velocidad de
la luz la masa de un cuerpo sería infinita.
Lorentz había deducido su ecuación de la idea del físico
irlandés George Francis Fitzgerald (1851-1901), quien, en 1893, expresó una
hipótesis para explicar los resultados del experimento de Michelson-Morley
respecto a la velocidad de la luz, aduciendo que toda materia se contrae en la
dirección del movimiento y que esa contracción aumenta exponencialmente según
la velocidad de la masa. Según su propia ecuación, a velocidades muy elevadas
la contracción es sustancial. Por ejemplo, una regla de 30 cm de longitud que pasara
ante nuestra vista a 262.000 km/s nos parecería que mide sólo 15,24 cm , y a la velocidad
de la luz su longitud en la dirección del movimiento sería cero. Este fenómeno
recibió el nombre de “contracción de FitzGerald”.
Teoría especial de la
relatividad
Para la teoría especial de la relatividad, producto del
genio del citado Einstein, el acrecentamiento de la energía cinética de un
cuerpo ocurre simultáneamente con el de su masa, y llega a ser enorme para
velocidades próximas a la de la luz, llegando a ser infinita si la masa alcanzara
dicha velocidad, cosa que lógicamente es imposible experimentar, indicando que
la velocidad de la luz es una barrera infranqueable. Einstein dedujo que la
energía de un cuerpo en reposo es el producto de su masa por el cuadrado de la
velocidad de la luz, relación que se escribe en la famosa fórmula E = m c².
Así, la energía contenida en la masa es enorme (1 gramo de masa contiene 9
billones de julios, ó 25 millones de kilovatios hora). Esta realidad es de gran
importancia y significa que la energía y la masa son interconvertibles, siendo
la masa un enorme acumulador de la energía y siendo ambas dos aspectos de una
misma realidad. Si en el comienzo del universo sólo hubo energía, la masa
existente ha sido el producto de la conversión de parte de dicha energía.
Así, pues, la teoría de la relatividad resulta ser un
perfeccionamiento de la teoría de la gravitación universal, y surgió para
compatibilizar la idea newtoniana de que toda velocidad, incluida la de la luz,
depende del movimiento del observador, con la idea de que la velocidad de la
luz es la misma para todos los observadores. Esta teoría, publicada por
Einstein en 1905, se denomina “especial” o “restringida” porque se refiere al
movimiento a velocidad constante respecto al observador, y se distingue de la
teoría “general”, publicada diez años después, que se refiere al movimiento
uniformemente acelerado. Analizaremos a continuación el fundamento de esta
primera teoría.
Newton supuso que para las leyes físicas de la inercia y la
gravitación debe existir un sistema de referencia absoluto. Este sistema lo
atribuyó a un tiempo y un espacio absolutos, donde los acontecimientos son
simultáneos. Esta idea probó ser una abstracción, o una simplificación de la
realidad. Así, pues, mientras los parámetros de tiempo y espacio fueron
considerados absolutos, se pudo pensar en la simultaneidad de los sucesos para
distintos observadores. Pero, a partir del descubrimiento realizado por Albert
A. Michelson (1852-1931) y Edward Morley (1838-1923) de que la velocidad del
movimiento tiene un límite absoluto de 299.793 kilómetros
por segundo en el espacio vacío, Einstein revolucionó la concepción euclidiana
respecto a la infinitud y la eternidad del universo. En primer término, si la
velocidad máxima del movimiento es la de la luz y tiene un valor absoluto, ella
constituye una constante universal. Esta velocidad máxima para la propagación
de una causa se refiere tanto a los fenómenos electromagnéticos, por ejemplo la
luz, como a los fenómenos gravitacionales, y es el tope absoluto para el
movimiento de la masa.
En segundo lugar, si la velocidad del movimiento tiene un
límite máximo absoluto, entonces el tiempo y el espacio tienen que ser
relativos para un observador con relación al cuerpo observado que se mueve, ya
que la velocidad de la luz es enteramente independiente del movimiento tanto de
la fuente luminosa como del observador. Así, dos sucesos acaecidos en lugares
diferentes son o no simultáneos dependiendo de la posición del observador. El
universo no tiene un sistema de referencia absoluto, diría Einstein. Me
atrevería a agregar que los únicos referentes absolutos para el universo son su
inicio en el big bang, la gran explosión que estuvo en el origen del universo,
y el tiempo presente del observador. El hecho de que el tiempo y el espacio son
en sí mismos relativos y que se relacionan entre sí a través de la velocidad de
la luz, único parámetro absoluto, llevó a Einstein a hablar, no de tiempo y
espacio, sino de espacio-tiempo.
La teoría de la relatividad parte, como hipótesis
fundamental, de que las acciones no pueden propagar sus efectos con una
velocidad mayor que la de la luz. La propagación de la fuerza no puede superar
la velocidad de la luz. Esta velocidad es el límite de la propagación del
efecto en el cono de luz, que comprende los puntos espacio-temporales que son
alcanzados por la onda lumínica emitida por el punto activo. Puesto que el
campo de fuerza, cuya velocidad máxima es la de la luz, determina las
relaciones espacio-temporales entre los sucesos, no puede existir un sistema de
referencia absoluto. Todos los sistemas inerciales son equivalentes, y la
contracción de las longitudes y la dilatación de las duraciones observadas son
recíprocas.
En el espacio-tiempo newtoniano podemos suponer que entre el
pasado y el futuro se intercala un momento infinitamente breve, al que llamamos
el instante actual. Einstein descubrió que lo que se intercala es un intervalo
temporal finito cuya amplitud depende de la distancia espacial entre el
acontecimiento y el observador, y, en último término, entre la causa y el
efecto, pues lo percibido por el observador es el efecto del acontecimiento.
Al aceptar que la velocidad de la luz es constante, se debe
aceptar también una serie de fenómenos inesperados que salen de nuestra
experiencia cotidiana. Famosos son los ejemplos de Einstein empleando trenes en
marcha, varas de medida y relojes para dar a entender que para un observador
los objetos tienden a acortarse en la dirección del movimiento hasta llegar a
una longitud nula en el límite de la velocidad de la luz (contracción de
FitzGerald). En dichos objetos, para el observador, el paso del tiempo tiende a
hacerse más lento, hasta detenerse en el límite de la velocidad de la luz. Para
el mismo observador la masa de aquellos objetos en movimiento tiende a aumentar
con la velocidad hasta hacerse infinita con la velocidad de la luz
(transformación de Lorentz).
El corolario que sigue es que la energía que se debe
imprimir a un cuerpo tendría que ser infinita para que llegara a alcanzar la
velocidad máxima límite; o, desde el punto de vista complementario, la masa de
tal cuerpo que alcance la velocidad de la luz llegaría a ser infinita en la
perspectiva del observador ubicado ya sea en el punto de partida o en el de
llegada; toda la energía que se le transfiera se va convirtiendo en masa a
medida que el cuerpo se va desplazando cada vez más cercano a la velocidad de
la luz, desde el punto de vista de dicho observador. Por ello, a la velocidad
máxima absoluta, o de la luz, no puede haber masa. De ahí que tan solo los
neutrinos y los fotones, las únicas partículas que se desplazan a esa
velocidad, no tienen masa ni carga eléctrica, y de éstos, sólo los fotones
tienen únicamente energía.
La energía que contendría la masa de un cuerpo que viajara a
la velocidad de la luz es más que el suplemento de masa que se agrega a la masa
de un cuerpo cuando es sacado del reposo y que proviene de la transformación,
proporcional al cuadrado de la velocidad, de su energía cinética en masa, según
lo establecido por Newton. Según la teoría de la relatividad, ese suplemento es
infinito. El suplemento de masa no es proporcional a la velocidad, sino que se
va haciendo asintóticamente infinito a medida que la masa se acerca a la
velocidad de la luz.
Einstein dedujo que la masa y la energía son
interconvertibles a la velocidad de la luz. A esta velocidad la masa adquiere
una nueva función, además de las establecidas por Newton de inercia y gravedad.
Su sencilla fórmula E = mc² afirma que la masa es una forma muy concentrada de
energía, pues el valor de la velocidad de la luz al cuadrado es realmente
grande. Esta relación fue experimentalmente comprobada en 1932 por Cockroft y
Walton, en su acelerador de partículas, al descomponer en dos núcleos de helio
un núcleo de litio, bombardeado con protones de hidrógeno. La famosa fórmula
significa que la masa es condensación de energía y que puede también
convertirse en energía.
Teoría general de la
relatividad
A fines de 1915 y diez años después de enunciar su teoría especial de la relatividad, Einstein
publicó su teoría general. Esta se
hacía necesaria para él en vista de que su teoría especial daba cuenta únicamente de sistemas inerciales de
movimiento rectilíneo y uniforme, mientras que en el universo real de las
fuerzas gravitacionales existen no sólo sistemas de movimientos acelerados,
sino que también existirían sistemas de movimiento curvilíneos.
Lo primero que hizo fue formular el principio de
equivalencia de los efectos del movimiento acelerado y los del campo
gravitacional, las dos funciones distintas de la masa de Newton, es decir,
inercia y gravitación. Una persona que estuviera sobre la superficie de la Tierra tendría el mismo
peso relativo que si estuviera en un ascensor que mantuviera un movimiento
uniformemente acelerado de 1 G .
A ella le sería imposible distinguir el movimiento producido por fuerzas
inerciales (aceleración, reculado, fuerza centrífuga, etc.) del producido por
la fuerza de gravedad. Este principio es la clave de la teoría de la relatividad
general, y también su debilidad.
En su propia concepción cosmológica Einstein sustituyó el
campo de gravitación por sistemas de referencia de carácter acelerado,
descartando el concepto clásico de la fuerza gravitatoria que atrae. La
gravitación deja de ser una fuerza, y no atrae nada. La idea de que los cuerpos
se atraen entre sí sería una ilusión causada por erróneos conceptos mecánicos
de la naturaleza. El universo no sería una máquina que produce fuerzas
gravitatorias. En cambio, la gravitación sería una propiedad geométrica que el
continuo espacio-temporal adquiriría en las cercanías de las masas. La masa,
por simple presencia, intervendría en la estructura geométrica del espacio y en
el ritmo del transcurrir del tiempo, acortando las distancias y prolongando las
duraciones. La gravitación sería una perturbación métrica que la presencia de
la masa provocaría en el espacio-tiempo.
El comportamiento de los cuerpos en un campo gravitacional
no estaría en función de atracciones, sino en función de las trayectorias que
siguen. La gravitación sería simplemente parte de la inercia. El movimiento de
los cuerpos (cometas, planetas, estrellas, etc.) dependería de su inercia y los
cursos respectivos que siguen estarían determinados por las propiedades
métricas del continuo espacio-temporal. La gravitación daría la medida de la
deformación que experimentan la distancia y la duración en torno a grandes
masas. Esta deformación tendría su valor propio en cada punto del continuo
espacio-temporal.
Critica a la teoría
general de la relatividad
El problema fundamental de la teoría de la relatividad general está en haber hecho
equivalentes las dos funciones de la masa que Newton descubrió: la inercia y la
gravedad. En su teoría especial
Einstein había tenido un acierto extraordinario cuando correlacionó la energía
con la masa en función de la velocidad de la luz. Sin embargo, en el caso de su
teoría general él no tenía
justificación alguna para identificar la inercia y la gravedad. Éstas son dos
funciones completamente distintas de la masa sin relación alguna entre sí,
excepto por la existencia de la masa. Adicionalmente, los escasos fenómenos que
han sido observados y que podrían sustentar esta teoría pueden ser en realidad
efectos de otras causas. En el fondo, existen dos problemas básicos en la
teoría general de la relatividad: 1º
Concibe la existencia del espacio-tiempo como anterior a la masa-energía, y no
como una condición de la causalidad entre las cosas en las que intervienen la
masa y la carga eléctrica. 2º Supone que el espacio-tiempo es un continuo, en
circunstancias de que fundamentalmente está dividido cuánticamente.
Si bien la teoría especial
de la relatividad es efectivamente una teoría científica por cuanto relaciona
la energía con la masa a la velocidad de la luz, que son hechos totalmente
verificables, no se puede decir lo mismo de la teoría general. En el caso de ésta, por ser una descripción de la realidad
basada en supuestos principios, no es propiamente una teoría, sino que una
concepción filosófica del universo. Toda concepción filosófica tiene la función
de proveer un marco de comprensión más abstracto que la realidad propiamente
causal. Sin embargo, ella no tiene un sustento teórico, pues la correlación de
la inercia con la gravedad no es verificable, sino que es una analogía para
casos específicos.
La gravedad es el efecto de la tendencia a la separación que
tiene la masa que se desplaza radialmente a la velocidad de la luz desde el
punto original en el big bang y que, por tanto, posee energía infinita respecto
a su origen. La inercia es la energía que obtiene la masa respecto al
movimiento de otro cuerpo masivo.
No se puede concluir que dos causas de origen distinto deban
identificarse entre sí por tener un mismo efecto aparente. Una persona puede
tener el mismo peso de 80
kilogramos cuando está parada en la vereda que cuando
está parada en el piso de un ascensor que se desplaza en el espacio y fuera de
cualquier efecto gravitatorio a una velocidad acelerada de 9,8 m/s². La
diferencia es que para dar dicho efecto el ascensor depende de un motor que
consumiría constantemente una cierta cantidad de energía para dar al movimiento
una determinada aceleración, considerar su peso y el de sus cables y pasajeros,
y contrarrestar al mismo tiempo el efecto de un roce cada vez mayor, mientras
que la gravedad de la Tierra
depende de otro tipo de energía.
CAPÍTULO 2 - MATERIA FUNDAMENTAL
En la escala más
fundamental la energía se transmite en forma discontinua e indeterminista
mediante cuantos. En la escala superior este indeterminismo se transforma en
determinismo al ser comprendido como un fenómeno estadístico. Esta relación de
indeterminación propia de una escala a determinación en una escala superior,
mediada por al estadística, puede extenderse a todos los sistemas y procesos de
todas las escalas del universo. La estructuración de la materia tiene su
principio en las partículas fundamentales, las más pequeñas unidades de la
materia. Por su parte, estas partículas son la condensación de la energía
primigenia y son centros y orígenes de las fuerzas fundamentales y del
espacio-tiempo. En esta escala no funciona la geometría. Tampoco existe un
continuo espacio-temporal, puesto que el espacio-tiempo no es preexistente a
las cosas, sino que es consecuencia de la interacción de las partículas.
Aquellas partículas son tan funcionales que no se encuentran solas, sino que
como unidades discretas de las estructuras subatómicas. A partir de ellas la
totalidad del universo se ha ido estructurando.
Desentrañando lo ínfimo
Energía discreta
Cinco años antes de que Albert Einstein (1879-1955)
enunciara su notable teoría, la de la relatividad especial, y a días de
comenzar el siglo XX, el 14 de diciembre de 1900, Max Planck (1858-1947), a
pesar de sus propias convicciones, pero a consecuencia de los porfiados hechos
empíricos, se había visto obligado a emitir la otra gran teoría que, en el
siglo XX, conmocionó la física hasta sus cimientos. Había concluido que contra
toda lógica la energía de la radiación de un cuerpo negro está cuantificada y
es emitida de forma discontinua, como unidades discretas, es decir, que la
energía que se intercambia entre dos cuerpos es en forma celular e indivisa.
Aunque supuso que la discontinuidad reside únicamente en el
intercambio de energía entre el cuerpo y la radiación, se comprobó más tarde
que el cuerpo no sólo está conformado por unidades discretas que generan
lugares espaciales, sino que estas unidades, por el hecho de ser discretas,
emiten o reciben energía también como unidades discretas o cuantos de energía,
es decir, sin continuidad alguna. Es como una llave de agua: abierta
completamente sale un chorro, el que va disminuyendo en la medida que la llave
se va cerrando; pero en un punto dado del cierre el agua no seguirá fluyendo
como un hilillo cada vez más fino, sino que como gotas muy uniformes y cuya
frecuencia irá disminuyendo con cada apriete para cerrar la llave. Tal como la
teoría de la relatividad había puesto límite a la velocidad de la relación causal,
la mecánica cuántica afirmaba que la relación causal no es continua. El cambio
en la escala más pequeña se producía por saltos y no en forma continua. De este
modo, se concluía que la energía se transmite en “paquetes” o cuantos (de la
palabra latina quantum).
A partir de la mecánica cuántica, el mismo Einstein explicó,
en 1918, el fenómeno fotoeléctrico, o más bien, el fenómeno fotoeléctrico
explica la mecánica cuántica mejor que el de las radiaciones del cuerpo negro
empleado por Planck. Fue por esta contribución, y no por su revolucionaria
teoría de la relatividad, que él recibió el premio Nobel. El proceso de
absorción de la luz y emisión de electrones es un proceso estadístico, en el
cual el átomo captura cuantos luminosos, granos de luz, o “fotones” como él los
designó, de cierta frecuencia, y expulsa electrones, y la velocidad de los
electrones expulsados no depende de la intensidad de la luz, sino de su
frecuencia.
El modelo atómico
La mecánica cuántica se aplicó al estudio de la estructura del
átomo, y en el lapso de 17 años –desde 1913 hasta 1930–, se llegó a formular un
modelo de átomo que explicaba todos lo fenómenos naturales conocidos
relacionados con la física atómica, desde la tabla periódica de Mendeléiev
hasta las relaciones de las líneas espectrales de la serie de Balmer. Este
esfuerzo de un grupo de notables físicos es un extraordinario ejemplo de
deducir la estructura por sus fuerzas y funciones. Así, a partir de las fuerzas
fundamentales que se iban observando y midiendo y de los modos como se
ejercían, fue posible ir construyendo modelos de la estructura del átomo hasta
obtener un modelo final que explica perfectamente bien el comportamiento de
dichas fuerzas.
En 1913, Ernest Rutherford (1871-1937), a partir de los
datos atómicos del peso, la densidad y volumen del núcleo, y también de la
carga eléctrica del núcleo y los electrones, había deducido un modelo
planetario, donde el núcleo, mucho más pesado, es orbitado por electrones que
giran en su torno, al modo de planetas, y en cantidad igual al número atómico.
Sin embargo, el hecho de que la estabilidad de los electrones no pudiera ser
explicado por este modelo derivado de la mecánica clásica inspiró a Niels Bohr
(1885-1962), ese mismo año, a formular un modelo cuantificado del átomo a
partir de la hipótesis de la mecánica cuántica de Planck. Así, a diferencia del
planeta, un electrón es una carga eléctrica. Cualquier órbita es concebible
alrededor del Sol; en cambio, a los electrones les son permitidas sólo aquellas
órbitas que satisfacen, como condición, que el momento de la cantidad de su
movimiento con respecto al núcleo sea igual a un número entero del cuanto.
Luego, cada órbita electrónica está caracterizada por un número cuántico, y
cuando los electrones son perturbados, sólo pueden saltar desde su órbita hacia
otra órbita determinada cuánticamente.
Pero el modelo de Bohr no estaba completo. En 1915, Arnold
Sommerfeld (1868-1951) probó que las órbitas descritas por los electrones son
elípticas. Después, en 1920, George Eugene Uhlenbeck (1900-1988) y Samuel
Abraham Goudsmit (1902-1978) encontraron que el electrón tiene un momento
rotatorio que es tanto cinético como magnético y que denominaron “spin”. Más
tarde, en 1925, Wolfgang Pauli (1900-1958) postuló el principio de exclusión:
la presencia de un electrón en su estado cuántico excluye la presencia de todo
otro electrón en el mismo estado.
Onda o corpúsculo
A todo esto, la mecánica cuántica de Planck contradecía la
mecánica ondulatoria de la luz de Maxwell. Para aquélla, la luz está
constituida por corpúsculos, puesto que puede ser localizada por medio de una
observación, y explica fenómenos como los efectos fotoeléctrico (emisión de
electrones de un metal cuando incide sobre éste radiación electromagnética),
comptiano (aumento de la longitud de onda de los rayos dispersados por átomos
livianos) y ramaniano (el choque de fotones de luz visible contra moléculas o
átomos de un medio difusor está acompañado de una variación de frecuencia), en
tanto que la mecánica ondulatoria había demostrado que la luz se desplaza en
forma de ondas, puesto que posee un conjunto de velocidades y posiciones
posibles, y explica los fenómenos de interferencia, difracción y polarización.
Sin embargo, esta contradicción, onda versus corpúsculo, es
solamente aparente. Para Louis de Broglie (1875-1960), en 1924, no se trató de
“corpúsculos u ondas”, sino de
“corpúsculos y ondas”. La onda
representa el aspecto continuo de los fenómenos naturales; el corpúsculo, en
cambio, representa su aspecto discreto. En el átomo de Bohr las órbitas
permitidas son las únicas órbitas para las que las descripciones del electrón
como onda y partícula son consistentes. Una órbita “no permitida” puede ser una
en que la onda encaje, pero el corpúsculo se mueva demasiado rápido para
permanecer en órbita. A la inversa, puede ser que el corpúsculo sea estable,
pero la onda no encaje un número parejo de veces. La trayectoria de una onda es
pareja si su perímetro es igual a un múltiplo entero de la longitud de onda,
permitiendo a la onda asociada al electrón encontrarse después de cada
recorrido en la misma fase. Sólo cuando los dos puntos de vista son
consistentes, es decir, cuando la órbita del corpúsculo es estable y la onda es
pareja, se consigue una órbita permitida. Así, las órbitas de Bohr son aquellas
para las que no constituyen ninguna diferencia si el electrón es un corpúsculo
o una onda. Es precisamente este carácter estacionario que permite la
coexistencia de los dos fenómenos aparentemente irreductibles: el estático del
corpúsculo y el vibratorio de la onda.
Puesto que no existe en el universo ningún corpúsculo en
reposo, en todas partes donde hay materia hay también ondas. Afirmar que la
energía de un corpúsculo es proporcional a su frecuencia (para Einstein) es lo
mismo que afirmar que tal energía es inversamente proporcional a su longitud de
onda (para de Broglie). Diríamos que la energía es una magnitud cuantificable
únicamente como producto de ella por el espacio-tiempo, pues lo que es
cuantificado es el intercambio de energía en el espacio-tiempo. Luego la
energía se comporta en el tiempo y el espacio respectivamente como corpúsculo
de una particular frecuencia o como onda de una particular longitud. En
consecuencia (y esto es importante), diríamos que el tiempo y el espacio no son
magnitudes continuas como se tiende en general a suponer.
Erwin Schrödinger (1887-1961), en 1926, imaginó el cuanto de
luz, o fotón, ya no como una partícula, ni como una partícula en el seno de una
onda, como De Broglie supuso, sino únicamente como una onda. Al fin y al cabo
Planck había ya identificado la energía con la onda con la expresión E = h v,
donde h es la constante universal de Planck y v es la frecuencia de la onda. El
problema que Schrödinger dejó sin resolver se refiere a que una onda sin
partícula es irreal.
Probabilidad y
estadística
Ese mismo año de 1926, Max Born (1882-1970) apuntó a una
salida para este problema. Supuso que la onda carece de realidad y que, por lo
tanto, no es portadora de energía. La onda es simplemente un medio de describir
el movimiento corpuscular. La amplitud de onda, que mide la intensidad de la
luz, se relaciona con una cantidad de fotones, de modo que mide la cantidad de
fotones presentes en un punto dado. La probabilidad determinada por la onda de
la presencia de una cantidad de fotones es la que se propaga en forma de onda
en el espacio-tiempo. La función de las ondas asociadas a los corpúsculos no es
la de transportar cualquier cosa que sea, incluida la energía, pero sí la de
medir la probabilidad más o menos grande de la presencia en el tiempo y el
espacio de los corpúsculos. Su única realidad es figurar en las ecuaciones de
Schrödinger y las matrices de Heisenberg. La interpretación probabilística de
Born a la mecánica ondulatoria modificó las nociones de onda y partícula y le
dio un nuevo sentido. La onda carece de realidad física y sólo es el símbolo de
lo que sabemos sobre el corpúsculo. En tanto éste ha dejado de tener una
posición bien definida y sólo posee una probabilidad de presencia. Las nociones
de velocidad y trayectoria, características del clásico corpúsculo, se
esfumaron.
El hecho de que la energía, en su forma fundamental, no se
transmite en forma continua y la interpretación probabilística de Born
condujeron a continuación a Werner Heisenberg (1901-1978) a formular, en 1927,
la hipótesis de que la emisión de radiaciones es un fenómeno estadístico. Una
vez conocido el estado de una partícula, sólo cabe definir la probabilidad para
su ubicación, pues en la escala microscópica del átomo cualquier medición que
se haga implica perturbar el objeto medido. La imposibilidad de determinar
simultáneamente y con precisión la posición y la velocidad de una partícula
subatómica es conocida como “el principio de indeterminación de Heisenberg”.
Siguiendo a Heisenberg, sugiero que en un esquema
fenomenológico los sistemas y procesos son descritos en términos de hechos a
una escala mayor, y medibles directamente; en un esquema cuántico los
acontecimientos son particulares y requieren, para su formulación, la noción de
cuantos. Para pasar del segundo esquema al primero se debe utilizar la
estadística; pero mediante ésta se pasa de una escala a otra mayor, desde un
conjunto de unidades discretas separadas o cuantos hasta un proceso continuo.
El indeterminismo ocurre en todas las escalas, pero su determinación se
resuelve el una escala superior mediante la estadística. El problema de la
mecánica cuántica es que en su propia escala, la más fundamental de todas, no
existe una resolución estadística de fenómenos cuánticos de escala inferior.
Esta conclusión obliga a abandonar el indeterminismo en las situaciones
particulares, pues, si la transmisión de energía, que es la forma cómo se
produce la relación entre causa y efecto, no es a través de un flujo continuo,
sino de cuantos, en la escala de los cuantos no hay necesidad de que a tal o
cual cuanto deba en tal o cual momento ser transmitido.
En las coordenadas tetradimensionales (las tres dimensiones
espaciales más el tiempo como cuarta dimensión) la longitud de onda de una
partícula de energía es inversamente proporcional a su frecuencia si la
velocidad no varía. Pasando a una escala mayor, una cantidad de partículas
individuales y discontinuas se aúnan en flujos que a ese nivel superior aparecen
como continuos al ser la probabilidad de que cada partícula actúe de una cierta
manera incluida en una estadística del comportamiento de numerosas partículas.
Partiendo de la relación entre la energía y el impulso de
una partícula, Paul Dirac (1902-1984), en 1930, formuló una ecuación de la onda
asociada al electrón que satisface la teoría de la relatividad que exige una
simetría de las coordenadas espacio-temporales. Trabajando en los spines no
relativistas de Pauli, encontró una ecuación relativista que describe al
electrón, explicando su spin como un fenómeno relativista.
Con ello termina un capítulo histórico para desentrañar la
estructura del átomo. Este proceso de develamiento significó apartarse de las
descripciones propias de la escala macroscópica de la mecánica clásica de
corpúsculos, velocidades y posiciones, reconocer la imposibilidad de observar
directamente aquel mundo microscópico y simbolizar matemáticamente toda aquella
realidad inescrutable. El paso siguiente dado por la física fue desentrañar la
estructura del núcleo atómico y determinó que sus unidades discretas son las
partículas fundamentales, estructuras básicas que ya no están compuestas por
unidades discretas de energía, sino que son condensaciones de energía.
Lo fundamental
Tensiones científicas
Einstein había establecido en su teoría de la relatividad,
como un hecho principal de ella, la convertibilidad entre masa y energía. Los
experimentos posteriores demostraron que cuando la energía se condensa en masa
y carga eléctrica, toma la forma de partículas subatómicas. Los físicos
atómicos y nucleares, trabajando con detectores de rayos cósmicos y con
poderosos aceleradores de partículas para romper núcleos atómicos, han llegado
a encontrar un nutrido y creciente espectro de más de doscientas partículas
subatómicas distintas, constituyendo un complejo sistema de combinaciones y de
estados con diferentes grados de estabilidad. La descripción de esta estructura
extraordinariamente compleja es una tarea en la que están empeñados una
multitud de científicos, quienes, aunque cuentan con enormes recursos
económicos suministrados por las potencias económicas y militares que buscan el
poder y el prestigio, son los dignos sucesores de una brillante tradición. Lo
que merece ser destacado es que la estructura del complejo espectro de
partículas subatómicas apunta a la estructura fundamental del universo, a
partir de la cual todas las estructuras de escalas superiores derivan,
incluyendo algunas escalas más pequeñas que el átomo, considerado erróneamente
en la antigüedad (por Leucipo y Demócrito) como la partícula fundamental e
indivisible de la materia.
El desarrollo del conocimiento más básico de la materia no
ha estado desprovisto de graves tensiones entre los científicos. La mecánica cuántica
es muy distinta de la teoría de la relatividad. Las ideas de Heisenberg,
publicadas en 1927, de que la emisión de radiaciones es un fenómeno
estadístico, produjeron desasosiego en el mundo científico, y actualmente ellas
siguen oponiéndose a un entendimiento unificado del universo en cuanto a
emplear una sola concepción de campo. Bohr prefirió reemplazar la noción de
incertidumbre de Heisenberg por la de ambigüedad, cosa que Einstein no pudo
aceptar, pues para él los conceptos deben tener una relación no ambigua con la
realidad si se quiere ser objetivo. Ha llegado a ser un lugar común su
afirmación de que “Dios no juega a los dados con el universo” para indicar que
no podría haber indeterminismo en la causalidad del universo. También es muy
conocida la réplica Bohr: “¡Alberto! ¡Deja de decirle a Dios lo que tiene que
hacer!”
Para entrar en esta discusión se deben aceptar dos aspectos
del principio de incertidumbre. Por una parte, una partícula subatómica no debe
ser considerada simplemente como un minúsculo corpúsculo ni tampoco es
elemental. Por otra parte, como ya señaló Heisenberg, en la diminuta escala de
las partículas subatómicas, en forma alguna disponemos de los medios para
observar directamente una partícula sin afectarla, y sólo las conocemos por sus
efectos. Si a escala cuántica, donde se produce el fenómeno del electrón,
decimos que existe incertidumbre o ambigüedad, o como quiera llamárselo, es por
la imposibilidad de aplicar la óptica de la escala humana. Pero admitiendo que
nuestra óptica es limitada para penetrar en estas minúsculas escalas, el
conocimiento del electrón y de las otras unidades discretas en la misma escala
permitiría ser objetivo y tener certeza, aunque no directo.
Simetría y
estabilidad
Los experimentos han comprobado que las partículas
subatómicas, respecto a la carga eléctrica, se dan en pares simétricos y
contrarios. En 1928, Dirac había predicho que el electrón debía tener una
antipartícula correspondiente, el positrón. Poco después se demostró
experimentalmente la existencia de los positrones. En el curso de
investigaciones posteriores se descubrieron los pares eléctricos de numerosas
partículas, con lo que la estructura de las partículas apareció simétrica, al
menos en lo referente a las cargas eléctricas. Al margen de consideraciones
estéticas, la importancia de la simetría es doble: primero, cuando se une una
partícula con su antipartícula éstas se aniquilan mutuamente, disolviéndose en
la nada, pero liberando una enorme cantidad de energía, y segundo, cuando una
cantidad de energía semejante llega a condensarse, se crea un nuevo par de
partículas. Así, los electrones y los positrones pueden crearse y aniquilarse
mediante absorción o liberación de energía, respectivamente. Pertenece a la
ciencia ficción la creencia de que la antimateria puede incluir la masa en
calidad de antimasa.
En cuanto a la estabilidad de las partículas, ésta varía
desde lo indeterminado para algunas hasta lo extraordinariamente efímero para
otras, de modo que unos pocos tipos de partículas extraordinariamente estables
existen corrientemente en nuestro más frío universo del presente. Las
partículas estables en el tiempo son el fotón, los neutrinos, el electrón y el
protón. El neutrón, que sufre una desintegración beta a los 1013 segundos en
promedio de su conformación, permanece sin embargo estable mientras permanezca
a buen recaudo formando parte de algún núcleo atómico. Gracias a la estabilidad
de estas partículas, las cosas del universo tienen existencia como cosas y de
ahí podemos hablar del ser.
Partículas
subatómicas
Lo que las partículas tienen generalmente en común son dos
condiciones: 1. Tener una serie de propiedades: masa, carga eléctrica,
simetría, junto con los cuatro índices o cifras cuánticas reconocidas por la
mecánica cuántica: extensión, forma, orientación y spin (movimiento angular que
posee la partícula cuando está en reposo). 2. Respecto a la carga eléctrica,
crearse, junto con su par, a partir de energía, y aniquilarse, junto con su
par, disolviéndose en energía.
A la fecha, son más de doscientas las partículas subatómicas
que han sido descubiertas por el análisis de los rayos cósmicos y a través de
los aceleradores de partículas que tienen por objeto destruirlas y, en una
cámara de burbujas, observar y medir los restos de las colisiones, muchos de
los cuales son extraordinariamente efímeros. En esta actividad que consume
tanto gran cantidad de energía como enormes recursos económicos los físicos han
descubierto muones, piones, hiperones, mesones, mesones K, bosones, bariones,
taquiones, conformando un complejo y caótico sistema de partículas.
Ya en 1964, Murray Gell-Mann (1929-), buscado dar un
panorama más unificado y ordenado en este enorme caos, sugirió que las
partículas se reducen a quarks y leptones. Ahora se cree que se reducen a seis
quarks (arriba, abajo, extraño, encantado, superior e inferior, nombres que
evocan una era psicodélica), seis leptones (electrón, mesón mu, mesón tau y
tres neutrinos) y tres de las cuatro fuerzas físicas: las fuerzas nucleares
fuerte y débil y el electromagnetismo. Asimismo se cree que los quarks son los
bloques de construcción fundamentales de la materia. Éstos se mantienen unidos
por unas partículas denominadas gluones. Los quarks y los gluones unidos formas
hadrones, habiendo dos tipos: protones y neutrones. Ambos conforman el núcleo
de los átomos. También son hadrones los bariones (partículas cuyos productos de
desintegración incluyen un protón), como los mesones (pión y kaón), de masa 2.
Esta agrupación de partículas es llamada el Modelo Estándar y distingue a tres
grandes familias: electrónica, muónica y tauónica. Cada una comprende cuatro
miembros: dos quarks y dos leptones. Uno de estos leptones es un neutrino. Los
neutrinos, en particular, no tienen ni masa ni carga eléctrica, por lo que no
ha sido posible detectarlos directamente, pero su existencia se puede verificar
por sus interacciones con las otras partículas. Los miembros de las dos últimas
familias se forman muy raramente en la naturaleza. Se los fabrica artificialmente
en el laboratorio y, salvo los neutrinos, su existencia es muy breve.
La idea de los quarks proviene de considerar a las cargas
eléctricas, no como unidades enteras, sino que como fraccionarias, de modo que
combinando dos quarks para los mesones o tres para los bariones se obtienen las
conocidas partículas con carga eléctrica entera. La teoría quark está, en el
presente, en sus inicios, y falta mucho para llegar a una teoría que satisfaga
plenamente la realidad de las partículas fundamentales. Se requeriría un
acelerador gigantesco para poder llegar a conocer experimentalmente las
partículas fundamentales. No obstante, no han faltado teorías bastante curiosas
para llenar el vacío de conocimiento, como la teoría de las supercuerdas que
incluye una multiplicidad de dimensiones distintas. Esta teoría ha sido
complementada con la teoría M que comprende unas superficies llamadas membranas
o simplemente ‘branas’.
Sea como sea la realidad de las partículas más fundamentales
de todas, es posible que en el conjunto de las partículas subatómicas se puedan
distinguir más de dos escalas de magnitud que las estructuren, siendo algunas
partículas de escalas más pequeñas partes de partículas de escalas mayores, y
siendo las partículas de la escala más pequeña a todas las partículas
fundamentales. Éstas no estarían compuestas por partículas de escala más
pequeña todavía, sino únicamente por energía y pertenecerían a ciertos estados
estacionarios de la estructura fundamental del universo. El principio
subyacente es que esta estructura fundamental sería la que sostiene el
andamiaje estructural de absolutamente todo en el universo. El problema es
determinar cuáles son precisamente las partículas fundamentales de las que se
conocen y cuáles quedan por descubrir. Es probable que tanto el fotón como los
neutrinos sean partículas fundamentales, pero no se podría decir lo mismo del
electrón y de su contra parte, el positrón, considerando que contienen tanto
masa como carga eléctrica. Ambas funciones podrían responder a partículas
fundamentales distintas.
En búsqueda de la
simpleza
La heterogeneidad de las partículas subatómicas constituye
un caos que ni el Modelo Estándar de Gell-Murray logra ordenar, careciendo de
la elegancia y la sencillez, que serían supuestamente las características
esenciales de una teoría unificadora. Además se sospecha que es una teoría al
menos incompleta, pues no se ha llegado al límite de lo ínfimo, faltando
probablemente la construcción de un super-colisionador de partículas que logre
detectar las partículas más fundamentales, pertenecientes a una escala aún
inferior. Es como la frustración de un niño chico que rompió su juguete para
saber cómo funcionaba, pero se encontró que el mecanismo no era mecánico, sino
que electrónico. Al parecer, la unión de la masa con la carga eléctrica se
efectuó poco después del big bang absorbiendo ingentes cantidades de energía en
la escala fundamental.
Imbuidos en el deseo de desentrañar lo fundamental de la
materia en la suposición de que ello trata de lo ínfimo y, por tanto, de llegar
a determinar las partículas subatómicas mínimas y fundamentales, no debemos
perder de vista que el universo entero se reduce a cuatro componentes básicos:
masa, carga eléctrica, energía y velocidad. Estos componentes se relacionan
entre sí. La famosa ecuación einsteniana E = mc² combina tres de ellos. En
forma paralela la carga eléctrica, que es otra forma de concentración de
energía, combina también los componentes, exceptuando la masa, según se
desprende de la ley de Coulomb y de las ecuaciones de Maxwell.
De manera hipotética y sólo con el objeto de poder
visualizar un camino posible de estructuración de la materia fundamental,
podríamos suponer que si la existencia de las partículas ínfimas se da en la
escala más fundamental de todas, el binomio electrón-positrón pertenecería a
una estructura de una escala superior a la fundamental, la que sólo aparecería
tras la emergencia de un par de cargas eléctricas de distinto signo. Esto es,
estas cargas eléctricas, que podrían estar incluso fraccionadas, según la
teoría de Gell-Mann, en combinación con sus respectivas masas, provendrían
probablemente de las partículas más fundamentales de todas, pasando a una
escala superior. Para completar esta estructura de 2º orden, se debería incluir
tanto un par de partículas de intercambio que pudieran ejercer una fuerza para
unir las cargas eléctricas fundamentales de distinto signo con sus
correspondientes masas fundamentales como las mismas masas. Tanto el par de
cargas eléctricas como las correspondientes partículas masivas fundamentales y
las partículas de intercambio provendrían de la condensación fundamental de la
energía.
Puesto que esta primera estructura electrón-positrón
resultaría inestable, debería pasar a una escala aún superior. Allí el
positrón, aún vinculado estructuralmente al electrón, se estructuraría como
protón al ser integrado a la masa. Las estructuras emergentes serían nucleones,
es decir, protones y neutrones. En efecto, se ha teorizado que cuando el
universo poseía una temperatura sobre unos diez mil millones de grados, la
agitación térmica era tal que la fuerza nuclear no era efectiva para conformar
núcleos atómicos. La materia entonces era un desorden homogéneo de nucleones,
electrones y neutrinos, gobernados por la fuerza débil. Los neutrinos se
intercambiaban entre los nucleones, transformándolos continuamente de protones
a neutrones y viceversa. La densidad de la materia a esa temperatura hacía que
ésta fuera opaca a los neutrinos.
Al seguir expandiéndose el universo y disminuir la
temperatura por bajo los diez mil millones de grados, los neutrinos dejaron de
interactuar con los nucleones, y comenzó a efectuarse la nucleosíntesis.
Empezaron a aparecer átomos de hidrógeno con un núcleo atómico conformado por
un protón. El electrón en esta escala adquirió una función diferenciada, como
es la de conformar una órbita electrónica en torno al núcleo. Esta estructura
atómica, perteneciente a una escala aún superior, llegó a alcanzar la gran
estabilidad conocida del hidrógeno.
Posteriormente, ya en e ámbito estelar, los átomos más
complejos se estructuraron a partir de este primer átomo, sumando más binomios
protón-electrón y adicionando neutrones en este proceso. Para estructurar un
neutrón un protón pudo incorporar un electrón en su propia estructura, por la
que se llegó a conformar la estructura del neutrón, funcionalmente distinta. En
este caso, la atracción que ejercen las cargas eléctricas contrarias
facilitaría la generación de esta estructura. No obstante, una partícula
particular, que no tuviera ni masa ni carga, como es el caso del neutrino,
debió ser necesaria para que actuara como partícula de intercambio y mantuviera
a esta estructura cohesionada.
Paralelismos
Masa y carga
eléctrica
La energía no tiene existencia por sí misma, sino que es un
principio que es común a toda la materia. Tiene existencia porque es
mediatizada por la masa y la carga eléctrica. Ella es una propiedad de la masa
y de la carga eléctrica en dos sentidos. 1º La energía no sólo es intercambiable
con la masa, según la teoría especial de la relatividad, sino que también de
ella surge el par de cargas eléctricas de signos contrarios y en ella este par
se disuelve cuando se vence la resistencia de la repulsión entre las cargas. 2º
Para ejercer fuerza un cuerpo requiere de esta propiedad. Incluso el fotón, que
es energía, no puede ser identificado con la energía pura, pues es una
partícula que la mediatiza de modo cuántico según una determinada longitud de
onda y una determinada frecuencia, las que determinan que pertenezca a los
fenómenos electromagnéticos, teniendo además la particularidad de transportarla
a la velocidad de la luz. La energía mediatizada por la masa y la carga
eléctrica resulta en funciones específicas que se presentan en fuerzas. La masa
posee dos tipos específicos de funciones: la inercia y la fuerza de gravedad, y
la carga eléctrica posee la fuerza electromagnética que posee dos signos
antagónicos.
Entonces un cuerpo no es sólo masa. La materia se presenta
también como carga eléctrica. Estas manifestaciones de la materia producen
fuerzas correlativas. Siempre que la materia esté considerada como masa, está
referida a las fuerzas gravitacionales y genera un campo gravitacional. Pero si
la materia está considerada como carga eléctrica, está referida a las fuerzas
electromagnéticas y genera un campo electromagnético. Puesto que estas dos
fuerzas generan campos de alcance infinito, éstas son decisivas en la
estructuración de la materia en todas sus escalas posibles.
Partiendo de la base que el tiempo y el espacio son
productos de la interacción de las partículas fundamentales de masa y carga
eléctrica, dichas partículas deben ser puntos atemporales y adimensionales,
siendo condensaciones de energía que se comporta naturalmente según leyes
contenidas en la misma energía.
En el estudio de las partículas subatómicas, se observa que
la materia se presenta activa de otras maneras. Así, si la materia está
considerada como núcleo atómico, está referida a la fuerza llamada “nuclear fuerte”
que mantiene a los protones y neutrones firmemente unidos en el núcleo atómico,
dándole estabilidad y evitando que los protones, por poseer el mismo tipo de
carga eléctrica, se repelan entre sí y tiendan a separarse. El radio de acción
de esta fuerza es de corto alcance. En las reacciones en que intervienen
leptones (electrones, positrones, neutrinos y muones), aparece una nueva clase
de interacción que es más débil que la fuerza electromagnética, aunque
muchísimo más fuerte que las fuerzas gravitatoria y de alcance muy corto. Se la
conoce como “interacción débil”.
También pudiera ser considerada, además de las cuatro
fuerzas mencionadas, una fuerza que estaría actuando en la escala fundamental,
que daría cuenta de la unión de la masa con la carga eléctrica, pues es claro
que una carga eléctrica no puede existir sin estar asociada a masa. Esta fuerza
debiera ser poderosísima, pues tanto los electrones como los protones son
extremadamente estables. Ambos poseen masa y carga eléctrica, y son también las
partículas que siempre aparecen después de la desintegración de partículas con
mayor masa. Hasta ahora no se ha construido algún acelerador de partículas lo
suficientemente poderoso como para desintegrarlos y separar la masa de la carga
eléctrica.
La estructura del átomo, por la cual éste es tan funcional
para combinarse con otros átomos y formar moléculas, contiene, como sus propias
unidades discretas, ambas formas de la materia fundamental, esto es, masa y
carga eléctrica. Por la funcionalidad de los átomos las moléculas son
estructuras altamente funcionales. Ello permite la estructuración de la materia
en escalas cada vez superiores.
Vimos ya que adicionalmente a la masa, la materia que se
condensa a partir de la energía es también carga eléctrica. Ésta no está
vinculada en modo alguno con la masa, sino que con la energía. No obstante, el
paralelismo que existe entre la masa y la carga eléctrica con respecto a la
energía es tan grande que permite la conversión entre la energía mecánica y la
energía eléctrica. Ello es posible porque una buena parte de las partículas que
componen un mismo cuerpo poseen masa y carga eléctrica a la vez. No todas
ellas, sin embargo, tienen la capacidad para adquirir carga eléctrica. Así, el
neutrón es una partícula que sólo tiene masa, pero nada de carga eléctrica (el
neutrón se desintegra en un protón, un electrón y un neutrino, por lo que la
carga positiva del positrón del protón emergente anula la carga negativa del
electrón que aquél contiene); el electrón tiene carga eléctrica y una mínima
masa, y el fotón y los neutrinos son partículas que no tienen ni masa ni carga
eléctrica. La diferencia entre masa y carga eléctrica es representada mejor con
relación al peso y al número atómico de los átomos; así, el peso atómico se refiere
a la masa de un átomo, en tanto que su número atómico representa su carga
eléctrica; y el peso atómico duplica generalmente el número atómico.
Mientras la fuerza de gravedad, que es el objeto de la
física clásica, explica la funcionalidad de la masa, las otras tres fuerzas
fundamentales conocidas –la electromagnética, la nuclear débil y la nuclear
fuerte o corta– son el objeto de la física cuántica, de la física nuclear, de
la electricidad y la electrónica, y explican la funcionalidad de la carga eléctrica.
La carga eléctrica puede tener valor positivo o negativo. La
carga eléctrica de un cuerpo en sí es estable, pero aparece cargado positiva o
negativamente cuando se relaciona con otro cuerpo. En realidad, la ley de la
fuerza electromagnética se diferencia de la de gravedad porque se refiere a
cargas eléctricas en vez de masas y por la propiedad de los signos de las
respectivas cargas eléctricas. Ella establece que es la fuerza que atrae o
repele directamente dos cuerpos cargados eléctricamente, según tengan
respectivamente cargas eléctricas de signo opuesto o igual, con una intensidad
inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. La
designación de estas cargas como positivas o negativas es puramente
convencional. La magnitud y la distribución de la carga eléctrica de un cuerpo
dado están determinadas por sus formas geométricas, por su vecindad a otros
cuerpos cargados eléctricamente y por la tensión eléctrica.
El movimiento de las cargas eléctricas es la corriente
eléctrica y consiste en un flujo de electrones. Éstos son partículas
subatómicas que tienen una pequeña masa (1/1838,65 del neutrón) y que están
cargadas negativamente con una apreciable carga eléctrica. La intensidad de la
corriente es la cantidad de cargas por unidad de tiempo que contiene la
corriente. La tensión es igual al diferencial de carga entre dos cuerpos. Toda
carga eléctrica en movimiento no rectilíneo y uniforme emite constantemente
energía en forma de radiación con una frecuencia que puede tener cualquier
valor. También el movimiento de los electrones genera la aparición de un campo
electromagnético, análogo al campo gravitacional que genera la masa. Tal como
este segundo campo, el mantenimiento de este primer campo no demanda energía
adicional. A través del campo electromagnético, la energía puede ser inducida y
afectar a otro cuerpo, siendo los requerimientos energéticos del cuerpo
inducido igual al consumido. La fuerza eléctrica es análoga a la fuerza
mecánica. Pero en lugar de la aceleración mecánica, aparece la variación de la
intensidad de la corriente por unidad de tiempo, y en vez de la masa, figura el
coeficiente de autoinducción que está ligado con la aparición y la variación
del campo electromagnético.
Mientras la masa convierte la energía primordial de la
expansión del universo en fuerza gravitacional (ver capítulo 3), la carga
eléctrica convierte usualmente la energía que se puede obtener de la fuerza de
gravedad en fuerza electromagnética.
La fuerza electromagnética es ejercida únicamente en función
de la carga eléctrica de la materia. Se ejerce directamente por el intercambio
de partículas con carga eléctrica, o por inducción a través del campo
electromagnético. Como lo es para el caso de almacenar energía en la masa de un
cuerpo, es posible la acumulación directa de la energía eléctrica, siempre que
el cuerpo se mantenga completamente aislado de otros cuerpos. Pero a diferencia
de la masa, que adquiere energía en función de la velocidad, la carga eléctrica
en sí no es capaz de acumular energía. Puesto que algunas partículas
fundamentales tienen masa y carga eléctrica a la vez, la acumulación práctica
de energía aprovecha la masa de las partículas cargadas eléctricamente, como es
el caso de la energía electroquímica. Además, la fuerza electromagnética puede
aprovechar la fuerza gravitacional de una partícula con masa y carga eléctrica
a la vez para producir el efecto magnético. Este es utilizado en motores
eléctricos y en tecnologías que emplean el campo electromagnético generado,
como en el caso de vehículos que levitan en forma magnética, contrarrestando la
fuerza de gravedad al igualar la acción de esta fuerza con la fuerza
electromagnética.
Si la masa es producto de la condensación de energía, la
carga eléctrica es producto de la energía que, al momento de generarla, produce
simultáneamente una carga eléctrica de signo contrario. La denominación de
antimateria se debe referir únicamente a la forma que adquiere la materia con
las cargas eléctricas, y de ninguna manera a la forma que ésta adquiere con la
masa. La masa no tiene antimasa. La materia de carga eléctrica de un signo
tiene su correspondiente antimateria de signo contrario. Ambas formas de
materia se anulan cuando colisionan, cuando ocupan el mismo espacio al mismo
tiempo, liberando gran cantidad de energía, que es la misma que se requirió en
primer lugar para separarlas. De este modo, si la masa puede convertirse en
energía, desapareciendo, la carga eléctrica se convierte en energía cuando es
obligada a unirse a una carga eléctrica de signo contrario, mientras
desaparecen ambas cargas eléctricas.
En el caso de la masa la aplicación de la fuerza
(gravitacional y/o inercial) no sólo altera el movimiento de un cuerpo, sino
que produce una alteración en el cuerpo mismo. La fuerza transfiere la energía
desde el cuerpo causa al cuerpo efecto transformando a ambos, ya sea alterando
la dirección y sentido del movimiento o cambiando internamente a los cuerpos.
La relación causal producida por la aplicación de la fuerza es más amplia que la
alteración del movimiento. Del mismo modo como la estructura se presenta como
una entidad que incluye tanto a la masa como a la energía, la fuerza aparece
como una entidad que actualiza la energía que posee la masa para producir algún
tipo de relación causal.
En el caso de la carga eléctrica, que ocurre en la escala
más fundamental de todas, la de las partículas subatómicas fundamentales, la
fuerza (electromagnética) produce el cambio a través de un intercambio de
partículas con niveles cuánticos de energía. Una partícula subatómica es
emitida por la causa, y el efecto que se opera es la estructuración de otra
partícula. Si la partícula estructurada es más compleja, se produce absorción
de partículas con energía (fotones, electrones o positrones) o también
conversión de energía en masa; a la inversa, si se opera la desintegración de
una partícula, se emiten partículas energéticas más simples o se convierte masa
en energía.
Lo que puede concluirse de lo anterior es que la energía no
es una capacidad indiferenciada y amorfa que posee un cuerpo, sino que es un
germen que puede transformarse en masa y carga eléctrica o ser usada por la
masa o la carga eléctrica de manera tan distintiva que llega a poseer un
comportamiento absolutamente determinado, y de este comportamiento se pueden
reconocer leyes naturales. Desde el mismo comienzo del universo la energía se
ha condensado en determinadas partículas fundamentales distintivas, siendo las
pertenecientes a cada tipo idénticas entre sí y funcionando del mismo modo.
Adicionalmente, éstas han podido interactuar e interactúan de modo
absolutamente determinado en su propia escala y pueden estructurar cosas en
escalas superiores también de modo determinado. Esto resulta evidente en cosas
de escalas primitivas, como partículas subatómicas, átomos y moléculas. La
complejidad de las estructuras de escalas superiores opaca este hecho de una
funcionalidad específica y determinada, pero posible de conocer, hecho que
resulta fácil de reconocer en, por ejemplo, automóviles del mismo modelo e
incluso en organismos vivos con la misma dotación genética, como individuos
gemelos.
Fuerzas forzadas
Fuerzas fundamentales
Las partículas de la estructura subatómica explican (o son
explicadas por) los tipos de fuerzas básicas descubiertas (o postuladas) hasta
ahora por la ciencia y que vemos operar en nuestro universo. Hasta ahora se
habrían encontrado cuatro tipos distintos de fuerza en la interacción de las
partículas subatómicas: la gravitacional, la electromagnética (Faraday dedujo
que las ondas luminosas no son sino ondas electromagnéticas), la nuclear débil
que es causante de la desintegración radiactiva, y la nuclear fuerte o corta
que, como la anterior, también actúa dentro del núcleo atómico, pero para
mantener a los protones y neutrones unidos. La fuerza gravitatoria y la fuerza
electromagnética se dejan sentir a gran distancia. La fuerza nuclear y la
fuerza débil son, a la inversa, fuerzas de corto alcance y sólo entran en
acción cuando las partículas se integran. Las cuatro fuerzas poseen
intensidades muy distintas. Si la intensidad de la fuerza de gravedad se
especifica como uno, la de la fuerza nuclear fuerte vale 1038, la
intensidad de la fuerza electromagnética es 1036, y la de la fuerza
débil equivale a 1025.
Las fuerzas son los agentes estructuradores del universo. A
muy gran escala, es la gravedad la que actúa. A escala más pequeña, la fuerza
electromagnética suelda los átomos y las moléculas. En dimensiones aún más
restringidas, la fuerza nuclear cambia el color de los quarks y, por
consiguiente, los fija a los nucleones y agrupa a éstos en núcleos. La fuerza
débil cambia los electrones en neutrinos y viceversa. Modifica igualmente el
“sabor” de los quarks: los quarks u en quarks d, etc. Es posible (y hasta probable)
que existan otros tipos de fuerzas más. Ciertamente no nos son conocidas porque
no tenemos ninguna evidencia empírica de ellas, lo que no sería extraordinario
considerando que los aceleradores existentes de partículas no son tan poderosos
como para conocer aún la estructura fundamental. Sospecho que faltaría por
conocer la fuerza que una la carga eléctrica con la partícula fundamental de la
masa.
Además, se supone que las interacciones entre partículas en
las escalas más pequeñas tienen lugar por el intercambio de ciertas partículas
y éstas se afectan entre sí cuando se encuentran dentro del campo de influencia
mutuo. Éste sería el caso de los quarks, los cuales se combinarían entre sí
gracias al gluón, partícula postulada que no tendría masa ni carga eléctrica,
pero que sería capaz de mantenerlos firmemente unidos para conformar
estructuras subnucleares mayores, como los hadrones.
Otra partícula similar al gluón que ha sido postulada, que
no ha sido encontrada en la cámara de burbujas, pero que explicaría la fuerza
gravitacional, satisfaciendo otra función fundamental, es el gravitón, el cual
tendría únicamente masa, supuestamente en forma cuántica, y que la fuerza
gravitacional ocurriría por el intercambio de estas partículas entre los
cuerpos. Sospecho asimismo que esta partícula no tendría existencia, habida
cuenta que la gravedad sería una de las dos funciones que posee la masa, siendo
la otra la inercia, y que la gravedad se explicaría gracias a la expansión del
universo a causa de que la masa que fue disparada radialmente a la velocidad de
la luz a partir del big bang (ver http://unihum1metrocosmos.blogspot.com
o el próximo capítulo).
Sin embargo, es muy probable que el bosón de Higgs tenga existencia
real, aunque no haya podido ser detectado aún en el Colisionador de Hadrones
del CERN por requerir aún más energía hasta conseguir que aparezca esta ínfima
pero fundamental partícula masiva. Y así restaría, por último, encontrar una
fuerza para explicar la unión entre una carga eléctrica y la pequeña cantidad
de masa del bosón de Higgs.
Aquí es pertinente sugerir que tanto la fuerza nuclear
fuerte y la nuclear débil como también las otras fuerzas que podrían estar
actuando en las escalas más fundamentales no requieren continuamente energía
para actuar, de la misma manera que un cerrojo no requiere energía adicional
para mantener una puerta cerrada más allá del acto de actuarlo para cerrarla.
Asimismo, la fuerza que uniría una carga eléctrica con una cantidad de masa
para conformar un electrón o un positrón, o también el mismo gluón mencionado
más arriba, no requeriría consumir energía permanentemente. En cambio, la
fuerza gravitacional y la fuerza electromagnética requieren constantemente de
energía para poder actuar, aunque el puro mantenimiento del respectivo campo no
la necesite. En este caso, estas dos últimas fuerzas son esencialmente
distintas de las restantes.
Es pertinente sugerir también que únicamente las fuerzas
gravitacional y electromagnética, a causa de sus características para generar
campos espaciales de alcance infinito, son relevantes en la estructuración de
la materia en escalas superiores. Por el contrario, debido al corto alcance,
las fuerzas débil y corta tienen influencia sólo dentro del núcleo atómico y no
son, por lo tanto, significativas en la progresiva estructuración de las cosas
una vez conformado el núcleo atómico.
En fin, es pertinente sugerir que una partícula fundamental
es una estructura cuya existencia surge directamente de la condensación de la
energía, mediatizándola y siendo su objeto ejercer alguna de las distintas
funciones fundamentales. “Función” debe entenderse como la capacidad para ser
parte de una relación causal, ya sea como causa o como efecto. Así, pues, una
partícula fundamental se caracteriza porque tiene una funcionalidad fundamental
que permite a su poseedor (una partícula subatómica, o un componente de ésta)
una capacidad para interactuar con otras partículas similares. El conjunto de
las funciones fundamentales constituye la base para toda la estructuración
existente en el universo, y su conocimiento no se agota aplicando únicamente
las mecánicas de Newton y Einstein.
Casi todas las partículas subatómicas tienen masa. La masa
es la propiedad de la materia para ejercer fuerza gravitacional e inercia.
Asimismo, muchas de las partículas tienen carga eléctrica. La carga eléctrica
es la propiedad de la materia para ejercer fuerza electromagnética, ya sea para
unir o para repeler.
El centro de gravedad de un cuerpo es el punto de equilibrio
del conjunto de puntos espaciales, origen de fuerzas gravitacionales
individuales, que contiene dicho cuerpo, y su masa resulta de la sumatoria de
las partículas masivas individuales. Asimismo, la carga eléctrica de un cuerpo
es la sumatoria de cargas positivas y negativas de los puntos espaciales
originarios de cargas eléctricas individuales que contiene dicho cuerpo. Esta
sumatoria genera un cuerpo eléctricamente neutro. Los viajes espaciales podrían
estar demostrando que el equilibrio de cargas eléctricas contrarias es similar
entre los distintos cuerpos del espacio, pues no se ha medido descargas
eléctricas entre un cuerpo viajero que llegue a posarse en otro.
Podemos comprender la diversidad de funciones, derivadas de
las fuerzas fundamentales, de una partícula subatómica que contenga las
distintas partículas fundamentales como sus unidades discretas con el siguiente
ejemplo: para ser efectivo, un cañón de ciclotrón debe disparar un protón, que
es una partícula que posee en primer lugar la fuerza nuclear fuerte, la cual le
permitirá interactuar con la partícula del blanco, que también debe poseerla;
además, deberá poseer la fuerza gravitacional que le permitirá adquirir mayor
masa con el aumento de la velocidad que le imprima el acelerador de partículas,
e igualmente la partícula del blanco deberá poseer tal función; por último,
deberá poseer la fuerza electromagnética que permitirá al acelerador de
partículas precisamente acelerarla mediante fuerzas electromagnéticas. La
colisión que llega a producirse entre ambas partículas las desintegra y las
huellas de sus componentes son detectadas en la cámara de burbujas, aunque con
toda probabilidad lo que se llega a detectar con los actuales aceleradores no
son sus componentes fundamentales, sino partes que ya han sido estructuradas en
escalas mayores.
Campos unidos
Tanto la fuerza electromagnética como la gravitacional se
extienden desde una fuente de origen, donde se encuentra la partícula en
cuestión, y generan un “campo”. En teoría éste permea el universo entero. La
velocidad de recorrido por dicho campo es la de la luz, de modo que quienes
transiten por éste están sujetos a los principios de la teoría especial de la
relatividad. Tanto el campo de fuerza electromagnético como el gravitatorio
decrecen con el cuadrado de la distancia y se extienden al infinito. El campo
gravitatorio es extraordinariamente más débil que el electromagnético. Se
calcula que sólo 100.000 electrones reunidos en un punto ejercerían la misma
fuerza que toda la masa existente en la Tierra. Además , el
campo electromagnético resulta en una atracción entre dos polos de distinto
signo y en una repulsión entre dos polos del mismo signo. Por el contrario, el
campo gravitatorio produce únicamente fuerza de atracción. Así, cualquier
cuerpo que posea masa atrae y es atraído por cualquier otro cuerpo que posea
masa.
Desde que emergieron las teorías cuántica y de la
relatividad, cada una postulando un campo de fuerza distinto, surgió también el
esfuerzo por la unificación de los campos. Así, después de enunciar la teoría
de la relatividad, Einstein dedicó su vida posterior a la tarea de unificar
teóricamente los distintos campos que generan las fuerzas fundamentales del
universo. Quería conseguir una gran teoría que contuviera un sistema de leyes
que interpretaran las teorías de la mecánica cuántica y de la relatividad como
una sola, y, de paso, llegar a la comprensión de la unidad del universo. Para
él este propósito era necesario, en parte porque no podía concebir que la
indeterminación, producto de la mecánica cuántica, estuviera precisamente en la
causalidad. Pero, como se sabe, Einstein nunca consiguió llegar a una teoría
unificada. Es de concluir que no pudo hacerlo porque no aceptó que la causalidad
dentro de una misma escala no fuera determinista. Simplemente no aceptó el
indeterminismo propio de la mecánica cuántica.
En la actualidad, muchos suponen que el problema de la
unificación de las fuerzas fundamentales es de absoluta relevancia en el campo
de estudio de la ciencia. En este intento Weinberg, Glashow y Salam, ganadores
del premio Nobel de Física, en 1979, sugirieron que la fuerza nuclear débil
podría ser parte de la fuerza electromagnética, llegando a establecer el Modelo
Estándar que describe la fuerza unificada que ha recibido el nombre de
electrodébil. Algunos científicos empeñados en esta senda intentan buscar la
unidad de las fuerzas y sus campos en el fotón, aquella única partícula que
posee sólo energía y nada de masa. Así, exceptuando la gravitacional, las otras
tres fuerzas conocidas habrían sido unificadas teóricamente en torno a la
mecánica cuántica y, en último término, al fotón, dando origen a la Gran Teoría Unificada
que persigue describir la unificación de las fuerzas electromagnética, fuerte y
electrodébil.
Otros científicos han postulado una sofisticada y compleja
teoría de cuerdas y membranas que tiene nada menos que once dimensiones
espacio-temporales como camino hacia la teoría unificadora de las cuatro
supuestas fuerzas fundamentales. Estas diversas formas geométricas que tienen
un mismo origen explicarían supuestamente las distintas estructuras que generan
las fuerzas fundamentales, en persecución de la Teoría del Todo que intenta
producir una teoría en la que las cuatro fuerzas se hallan unificadas. También
para algunos científicos es posible que estas cuatro fuerzas definidas hasta
ahora no sean exactamente las únicas, sino que, además, en la fuerza
electromagnética se podrían distinguir una fuerza que dé cuenta de la carga
eléctrica y otra que dé cuenta de la onda.
Al parecer, a pesar de enormes esfuerzos realizados por los
principales científicos del mundo, ninguna teoría ha surgido con el peso de la
mecánica cuántica o de la relatividad que pueda dar cuenta del origen común de
las cuatro fuerzas del universo. Sin embargo, la empresa que Einstein se había
propuesto es absolutamente necesaria para llegar a comprender los fundamentos
del universo. El problema que quería resolver se puede expresar de la siguiente
manera: ¿cómo ocurre la condensación de la energía primigenia para que surjan
precisamente cuatro fuerzas fundamentales distintas (y probablemente otras
fuerzas adicionales) que gobiernen la totalidad del universo? Primero debe
aparecer una teoría coherente que explique el mecanismo de la gravitación
universal, y segundo debe explicarse cómo se une la carga eléctrica a la masa.
Partículas mediadoras
A modo de entrar en el tema de una gran teoría unificadora
de fuerzas se puede decir que si concebimos que las partículas fundamentales no
son únicamente materia condensada a partir de energía, sino que éstas son
principalmente mediadoras de la energía, constituyéndose en causas y efectos,
habremos dado un importante paso conceptual. Desde este punto de vista, las
partículas fundamentales, componentes de las partículas nucleares y
subatómicas, pueden ser entendidas como especificadores de la energía
primigenia para ejercer las fuerzas fundamentales por las cuales ellas
interactúan en relaciones de causa-efecto. De este modo, la fuerza
gravitacional estaría dependiendo de la masa de las partículas fundamentales;
la fuerza electromagnética haría lo propio de la carga eléctrica que posean
éstas, y las fuerzas nucleares débil y fuerte dependerían de propiedades específicas
de ciertas partículas, o relaciones de partículas del núcleo atómico. Lo
anterior nos conduce a la idea de que la mediación de la energía permitiría a
las partículas fundamentales ser funcionales a través del ejercicio de las
fuerzas fundamentales, lo cual les permitiría estructurarse en sistemas cada
vez más complejos y en escalas cada vez mayores.
La unidad de un universo determinista que Einstein buscaba
en la unidad de los distintos campos de fuerza sería un camino incorrecto, pues
anula la explicación que por justamente la diferenciación de estos cuatro
distintos campos el universo posee la complejidad y la exuberancia propias de
estructuraciones a escalas cada vez más complejas y funcionales.
No deja de llamar la atención que tres de las principales
teorías de la física se desarrollaron en torno al fotón. Éstas, que se basaron
ya sea en la velocidad o en la energía del fotón, son: la teoría del
electromagnetismo de Maxwell, que describe la fuerza electromagnética, de la
cual el fotón es la unidad de la radiación (aunque no de las fuerzas que actúan
entre partículas cargadas eléctricamente, o entre imanes); la teoría de la
relatividad de Einstein, que surgió a partir del hecho de que la velocidad del
fotón es constante y máxima, y la teoría cuántica, que nació del hecho de que
la energía del fotón es discreta.
Sin embargo, si bien la física contemporánea ha surgido
principalmente del estudio de la luz, la diversidad de fuerzas que son
explicadas por otras tantas teorías no debiera obligarnos a unificarlas en
torno al fotón, la unidad fundamental de la luz. Otras partículas distintas al
fotón podrían ser también fundamentales para explicar las fuerzas, en especial
la gravitacional, que se explica por la masa. Tampoco se puede concluir en
forma reduccionista que, siendo el fotón una unidad fundamental de energía, sea
igualmente el constituyente de toda energía y esté consecuentemente presente en
toda manifestación de energía. Por otra parte, otras fuerzas podrían ser
posiblemente descubiertas y sus orígenes podrían ser trazados también a otras
partículas fundamentales. En cambio, la unidad del universo proviene del hecho
de que las cosas que contiene son estructuras funcionales que están compuestas
por un conjunto muy particular y funcional de partículas fundamentales, las
cuales tuvieron un origen común en la energía primigenia surgida con el big
bang.
Teoría de las
partículas fundamentales
Sugiero que si se quiere proponer una teoría general de la
partícula fundamental habría que concebirla, aunque nos sea imposible de
imaginar, como un punto que crea su propio espacio-tiempo (campo) de
interacción, siendo centro y origen de al menos una (o quizás más) de las
fuerzas fundamentales. Al ejercer las fuerzas que le permiten interactuar con
otras partículas fundamentales, en la escala estructural fundamental, cada
partícula adquiere características cuánticas que dependen del tipo de fuerzas
que ejerce. Si la fuerza que ejerce es del tipo gravitacional, su
comportamiento resulta ser de masa y su alcance infinito. Si es del tipo
electromagnético, su comportamiento resulta ser de carga eléctrica y también su
alcance resulta ser infinito, y si dos partículas de carga contraria coinciden
en un punto espacial a causa de una colisión que anule las respectivas fuerzas
nucleares fuertes, desaparecen ambas, pero produciendo probablemente uno o más
puntos espaciales con dimensión mínima, fuentes de las fuerzas que existían
antes de la colisión, pero ahora sin carga eléctrica. Si la fuerza originada
por la partícula es del tipo fuerte, su corto alcance determina tanto su
alcance como su volumen, siendo este último el tamaño mínimo que puede tener
una partícula subatómica que la contenga.
Incidentalmente, como ya muchos han anotado, lo que desde
esta perspectiva debiera llamarnos la atención es que toda esta materialidad y
solidez que sentimos en las cosas al tocarlas y golpearlas, sea una piedra o un
pedazo de hierro, en su fundamento hay muy poco de lo que nos parece sólido.
Principalmente se trata de una o más fuerzas fundamentales que tienen origen en
puntos espaciales de dimensión cuántica que se mueven entre sí. Sin duda, un
gran avance de la investigación científica sería la forma cómo se producen las
partículas dimensionales para determinar centros espacio-temporales, el modo
cómo se constituyen éstas en centros de una de las fuerzas fundamentales a
partir de la energía primigenia desencadenada por el big bang y la manera cómo
integran las partículas fundamentales en las partículas subatómicas a partir de
las escalas más pequeñas.
De lo anterior, se puede sugerir lo siguiente: las
partículas fundamentales son sorprendentemente las cuatro fuerzas fundamentales
(se podría agregar al menos una quinta fuerza que respondería a la unión de
masa y carga eléctrica). Este enunciado, que parece una locura, tiene no
obstante una sensata explicación. Podemos partir con la idea de que una
partícula fundamental contiene o es una cantidad de energía muy determinada, es
decir, un cuanto de energía. En segundo lugar, una partícula fundamental es la
concentración de esta energía en un punto sin dimensión alguna, pues la energía
no ocupa espacio; sería por tanto inútil intentar descubrir una partícula
fundamental en la cámara de burbujas. En tercer término, una partícula fundamental
tiene la función de transformar la energía en una de las fuerzas fundamentales,
lo que realiza de manera cuántica. En cuarto lugar, una partícula fundamental
representa una cantidad de energía muy determinada y posee un modo muy
específico de funcionar que la caracteriza como una de las cuatro fuerzas
fundamentales; en consecuencia, las fuerzas fundamentales son los modos
particulares que tiene la energía para manifestarse en la escala fundamental.
La concentración de energía para ejercer fuerza y funcionar
como masa –gravitación e inercia– obedece a las reglas de la relatividad
especial de Einstein. La concentración de un cuanto de masa en un punto
adimensional puede tener un valor energético enorme respecto a otro si se
desplaza del otro a la velocidad de la luz, según la famosa fórmula E = m c².
Es necesaria la concurrencia de dos o más partículas
fundamentales para una interacción, y posiblemente es necesaria la existencia
de sólo una partícula fundamental para que eduzca una distinta –una hija de
otra naturaleza– y pueda de este modo relacionarse. Por ejemplo, la
concurrencia de una partícula fundamental masa y de una partícula fundamental
carga eléctrica negativa educen la partícula fundamental nuclear fuerte o corta
y producen un electrón, que viene a ser una partícula en una escala superior.
La interacción de dos o más partículas fundamentales genera una estructura
fundamental, que sería la estructura de la escala más fundamental e inferior de
todas las posibles.
Una partícula fundamental es en sí misma adimensional. La
dimensión y, por tanto, el espacio se generan o existen por la interacción –la
relación causal– entre dos o más partículas fundamentales distintas. El espacio
generado es la distancia que media entre dos partículas que interactúan. Una
distancia menor a ésta no puede tener existencia. El tiempo tiene también un
intervalo mínimo que es marcado por una oscilación cuántica, un spin, un ciclo
o una longitud de onda. Esto desvirtuaría de paso el continuum espacio-temporal de Einstein.
Resulta necesario reformular la idea tradicional de campo.
El campo no es un espacio-tiempo preexistente donde los cuerpos y los
corpúsculos interactúan. Por campo debe entenderse la predicción o el
establecimiento de las reglas de comportamiento espacio-temporales de la
relación causa-efecto entre dos cargas eléctricas o entre dos partículas
masivas. Cuando dos cargas eléctricas o dos partículas masivas interactúan
generan un espacio-tiempo según un patrón determinado. La totalidad de
espacio-tiempos generados por la interacción de todas las partículas eléctricas
y masivas es el espacio-tiempo que experimentamos. La unidad del espacio-tiempo
observado proviene del origen común de la materia y de la energía en el
big-bang.
Espacio-tiempo cuántico
Teoría de lo
fundamental
Nosotros tendemos a concebir el espacio-tiempo como un
continuo anterior a las cosas. Suponemos que si quitáramos las cosas del
entorno, subsistiría un espacio-tiempo vacío y sin movimiento de objetos.
Tendemos a pensar que el espacio-tiempo está subyacente al devenir y es eterno
o, al menos, tuvo su comienzo con el big bang. Sin embargo, esta noción del
espacio-tiempo no es real. El espacio-tiempo no es preexistente a las cosas. No
tiene existencia propia e independiente. No hay espacio vacío ni tiempo
absoluto. Menos aún, de la concentración de espacio no se obtiene tiempo.
Tampoco el tiempo se puede convertir en masa. La base para la existencia del
espacio-tiempo es la actividad de la energía a través de la causalidad
específica de la materia. La materia no es inerte, sino que es altamente
funcional, y el espacio-tiempo no es el medio para la actividad de la materia,
sino que es el producto de esta actividad.
El espacio es la distancia que media entre una causa y su
efecto, y el tiempo es la duración que en la relación causal la causa tiene
para actualizarse en el efecto. Desde luego, la velocidad de la luz es el modo
más rápido que tiene la materia de trasmitir energía en cualquier relación
causal. De manera que la realidad no consiste en un espacio-tiempo ocupado por
determinadas concentraciones de materia, quedando su mayor parte completamente
vacío. Primeramente, todo lo fundamental de lo existente en el universo se
presenta en dos estados, como materia (masa y carga eléctrica) y como energía,
siendo ambos estados interconvertibles. Segundo, la energía no existe por sí
misma, sino como materia en sí y como una propiedad de la misma, en otras
palabras, necesita un sujeto material para su existencia. Por último, la
velocidad es lo que media entre materia y energía. En consecuencia, lo
fundamental es, como ya se expresó más arriba, la energía, la masa, la carga
eléctrica y la velocidad.
Para comprender esta teoría debemos primero aceptar que la
existencia del espacio-tiempo no es anterior a la existencia de la condensación
de la energía en masa y carga eléctrica y su posterior estructuración. Es
precisamente esta estructuración la que hace posible el espacio-tiempo. En el
principio del universo sólo existió una energía infinita contenida en un no
espacio-tiempo. Con el big bang, sólo cuando la energía primigenia comenzó a
condensarse y a estructurarse, fue posible tanto la expansión del universo como
el espacio-tiempo. La razón es que sólo cuando la materia comenzó a interactuar
transfiriendo energía, ella creó el espacio-tiempo.
El espacio-tiempo es una propiedad de la materia que le
permite ser funcional y no tiene existencia independiente de las partículas
fundamentales. La misma funcionalidad de las unidades de materia genera su
propio espacio-tiempo que permite a dichas unidades interactuar entre sí. El
conjunto de espacio-tiempos particulares de las casi infinitas unidades de
materia origina el espacio-tiempo que percibimos como un todo.
Origen del campo
El problema de considerar el espacio-tiempo como
preexistente a la materia y la energía proviene de la concepción que se tiene
habitualmente del campo. De este modo, el campo no es realmente el espacio
influenciado por la materia, sino que es el espacio donde la partícula puede
relacionarse causalmente con otra partícula, o, mejor aún, es el espacio creado
por dos partículas a través de su interrelación. Dos partículas no se
relacionan mutuamente de cualquier modo, sino que lo hacen según parámetros
espacio-temporales muy determinados que surgen de la funcionalidad específica
de ellas. En esta relación de causalidad ambas partículas crean su propio
espacio-tiempo.
Sólo las fuerzas que originan un campo crean un
espacio-tiempo. Esto es, el campo originado es precisamente el espacio-tiempo
generado. El campo es una función de cada partícula masiva y de cada carga
eléctrica, y no del espacio-tiempo donde las oscilaciones en este continuo se
podrían interpretar como partículas o cargas. El campo no preexiste a la
partícula (de masa o carga eléctrica), sino que es su creación cuando
interactúa con otra partícula, corpúsculo o cuerpo. Más precisamente, el campo
es el espacio-tiempo creado por dos partículas dentro del cual tienen la
posibilidad de interactuar. En consecuencia, cuando se habla de campo, no es
propio referirlo a una partícula, sino que a la acción mutua de dos partículas.
Como fue anotado más arriba, el campo predice el comportamiento de la
causalidad entre dos partículas. No obstante, por simplicidad, se puede definir
el campo desde el punto de vista de una partícula y suponer que es el espacio
al que logra influenciar para transferir o recepcionar energía.
En el caso de la masa, dos cuerpos o corpúsculos afectados
por el campo mutuo que generan pueden moverse al encuentro uno de otro, o
alejarse entre sí, según sea su propia naturaleza, y además lo harán con una
aceleración que depende de la masa y la distancia entre ambos. En el caso de la
carga eléctrica, ellos interactúan mediante la emisión y captación de radiación
electromagnética y también mediante la inducción eléctrica. Estas aceleraciones
y radiaciones son producidas por fuerzas, por lo cual se habla de campos de
fuerza. Los campos de fuerza tienen siempre su origen en puntos espaciales que
crean las partículas debido a sus interacciones, no existen en ausencia de
éstas y se validan por la presencia de al menos otro cuerpo o corpúsculo.
Existen tantos campos de fuerzas como existen puntos de origen.
Ciertamente, una interacción entre dos partículas fundamentales
genera un espacio-tiempo limitado a la misma. Pero el universo contiene un
infinito de interacciones, producto del sinnúmero de cuerpos y corpúsculos en
sus diversas escalas de estructuración. La estructura de éstos produce el
espacio-tiempo que experimentamos y que concebimos como preexistente a la
interacción. Las unidades discretas del espacio-tiempo estructurado como un
todo son los espacio-tiempos generados por el sinnúmero de partículas
fundamentales. La unidad del espacio-tiempo proviene de que los componentes de
la materia condensada son altamente funcionales para interactuar y se comportan
según pautas (las leyes naturales) muy rígidas y definidas, pues tienen el
mismo origen primigenio. Por ejemplo, todo fotón viaja a una velocidad constante,
posee una muy determinada dosis de energía que está relacionada con su longitud
de onda y su frecuencia y, dependiendo de éstas, puede interactuar con el manto
electrónico de cualquier átomo; por su parte, toda unidad de masa ejerce una
muy determinada fuerza de gravedad y requiere de una fuerza muy determinada
para cambiar de una trayectoria a otra. También la unidad del espacio-tiempo
proviene del hecho, que veremos en el próximo capítulo, de que los campos de
fuerzas distintas (gravitacional y electromagnéticos) son equivalentes.
Límites mínimos
Hemos visto que el espacio-tiempo es producto de la
funcionalidad de la materia para transferir energía. Pero esta capacidad de la
materia para relacionarse causalmente tiene un límite inferior. Se puede establecer
que todo el extraño comportamiento de los fenómenos de la mecánica cuántica,
que rompen con todas las leyes continuas y deterministas de la mecánica clásica
y de la relatividad, se debe a que la energía se actualiza y se materializa a
partir de una escala que, aunque muy pequeña, es muy determinada en su
dimensión de alrededor de 1 cm
x 10-22, y que es precisamente la dimensión cuántica. Si Einstein no
aceptó el indeterminismo de la mecánica cuántica, tampoco él y los seguidores
de su teoría general han aceptado que la continuidad del universo sólo comienza
a partir de una escala determinada de dimensión cuántica.
La física contemporánea se encuentra enredada al considerar
al espacio-tiempo como separado de la realidad de las estructuras y las fuerzas
fundamentales. Por el contrario, sugiero que la geometría comienza a surgir en
la escala de las partículas fundamentales y no a partir de una dimensión de
magnitud cero. Así, pues, no existe en la realidad el punto definido como una
magnitud sin dimensión, y las líneas reales tienen una sección mínima igual a
la dimensión cuántica. Lo demás es abstracción mental. El continuo
espacio-tiempo no tiene existencia en dimensiones menores que el tamaño de las
partículas fundamentales, las que tienen la dimensión cuántica. Así, pues, no
hay espacio-tiempo infinitesimal ni preexistente. El espacio-tiempo no es, en
consecuencia, continuo, sino que es cuántico.
De este modo, la presente teoría, que la llamaré del
espacio-tiempo cuántico, llega a explicar la dualidad onda-partícula, el
problema del gato de Schrödinger, el teorema de Bell acerca de la respuesta
instantánea a cambios de polaridad entre dos partículas fundamentales cargadas
eléctricamente con signos opuestos, aunque ambas estén separadas espacialmente,
el fenómeno de la dualidad de lugares para una misma partícula enfriada y
tantos otros fenómenos observados en esta pequeña escala cuántica.
Resulta que el estado de superposición, en el que una
partícula puede existir o no, es precisamente el límite crítico entre la
energía y su condensación en partícula fundamental. Se ha observado
experimentalmente que en dicho límite los electrones pueden ocupar
simultáneamente varios niveles de energía y de órbitas correspondientes.
También que un fotón, después de pasar por un divisor de rayo, aparece
atravesando dos caminos al mismo tiempo. De manera que bajo el límite impuesto
por la constante universal de Planck se da la superposición y se puede esperar
que ocurran cosas que rompen con los postulados más sólidos de la física
clásica. Lo que estos experimentos señalan es que por debajo del mencionado
límite, cuando la energía está en transformación para estructurar una partícula
fundamental, se violan las leyes de la naturaleza que operan por sobre dicho
límite.
Sistema de
referencias
En este punto de la exposición entramos en el problema de la
existencia o no de un sistema de referencia absoluto para las relaciones
espacio-temporales entre los sucesos. Ya la teoría especial de la relatividad
demostró la imposibilidad de dicho tipo de sistema cuando estableció que todos
los sistemas inerciales son equivalentes. En las interacciones de los cuerpos y
corpúsculos la contracción de los cuerpos y la dilatación de las longitudes son
recíprocas. Pero si esta equivalencia es válida en la escala de las
interacciones particulares, la negación de un sistema de referencia absoluto
para la escala del universo como un todo no puede sustentarse.
En el caso de la teoría general de la relatividad, donde la
gravitación es sustituida por sistemas de referencia particulares de carácter
acelerado y donde la masa modifica la estructura geométrica del espacio y el
ritmo del transcurrir del tiempo, la misma demanda la unidad de los campos de
fuerza para que las interacciones puedan ser ejercidas en el mismo referente
espacio-temporal. Pero esta necesidad no está sino subrayando el carácter
absoluto para dicho referente. De este modo, la teoría general está concibiendo
en forma tácita el espacio-tiempo como una existencia preexistente a la
presencia de cuerpos masivos. Esto quiere decir que el concepto de que la
presencia de centros masivos altera la estructura y el ritmo del espacio-tiempo
supone su propia preexistencia. En consecuencia, el espacio-tiempo se
identifica con un tácito sistema de referencia absoluto. Lo anterior se explica
porque en la época cuando Einstein formuló su teoría general, el universo
parecía ser bastante estático. Además, si nos remitimos a su teoría especial,
donde todos los sistemas inerciales son equivalentes, basta la existencia
previa de campos de fuerza autónomos para determinar las relaciones
espacio-temporales de las interacciones.
En la teoría del espacio-tiempo cuántico el espacio-tiempo
es naturalmente posterior a la existencia de la materia. Sin embargo, para que
todos los cuerpos puedan existir en un allí y ahora propio, centro de causas y
efectos, y relacionados entre sí, se requiere de un sistema de referencia
absoluto de escala universal que garantice la inviolabilidad de ocupación
espacio-temporal de los distintos cuerpos y también su funcionalidad. Lo
absoluto de este sistema de referencia está constituido por dos elementos: 1.
el big bang como origen del universo; 2, el tiempo presente de cada cuerpo o
corpúsculo particular. Estos dos elementos serán analizados en el próximo
capítulo. Un sistema como el enunciado permite que todo cuerpo ocupe un lugar
distintivo del espacio y actualice en el presente las causas y los efectos. De
este modo, el espacio separa una causa de un efecto y el tiempo corresponde a
la duración que tiene la causa para actualizarse en un efecto.
Estructura-fuerza
En la estructuración de las cosas, aparece la estructura y
la fuerza como las dos caras de la misma cosa y que surgen respectivamente a
partir de la organización de la materia y de la actualización de la energía. La
estructura desarrolla el espacio y la fuerza el tiempo. El universo no es el
espacio-tiempo donde juega la fuerza y la estructura, sino que el juego mismo
es el espacio-tiempo desarrollado por la fuerza y la estructura. Por su gran
funcionalidad las partículas fundamentales están ávidas para interactuar, para
ser causas y efectos. Cuando dos de ellas interactúan dentro del campo que
generan, producen un espacio o una distancia para relacionarse. La fuerza
desarrollada para el intercambio energético toma un tiempo para viajar (al
menos a la velocidad de la luz) desde la causa al efecto. La relación producida
por estas dos partículas constituye una estructura y éstas pasan a ser sus
unidades discretas. Una estructura está compuesta al menos por dos unidades
discretas y adquiere una nueva funcionalidad, la que le permite interactuar al
menos con otra estructura de su misma escala y constituir una nueva estructura
de una escala superior, de la cual las estructuras de la escala inferior, ahora
sus subestructuras, pasan a ser sus unidades discretas, y así progresivamente a
través de sucesivas escalas de magnitud.
La interacción fuerza-estructura produce la relación causal.
La relación entre la estructura causa y la estructura efecto tiene como nexo la
fuerza. El resultado de la relación causal es la estructuración de la materia.
Esta relación se da entre dos límites. El superior es la velocidad de la luz y
el inferior es el número de Planck, que es la dimensión del cuanto de energía.
La mecánica cuántica nos dice que el espacio-tiempo tiene una dimensión mínima
y la energía se transmite en unidades discretas mínimas. Luego, la conclusión
que se impone es que por debajo de la dimensión de la escala cuántica no existe
el espacio-tiempo. Por debajo de dicha escala suceden los fenómenos cuánticos
de la incertidumbre, de la indeterminación, de la no continuidad, que son
propios de la transformación de la energía en estructuras y fuerzas
fundamentales. Esta conclusión debiera compatibilizar las teorías de la
mecánica cuántica y de la relatividad.
De lo visto, el universo resulta ser una realidad mucho más
intrincada de lo que suponía la física clásica. Allí actúan fuerzas que no
solamente provienen de puntos espaciales con dimensión y que generan espacios,
que llamamos partículas fundamentales, y que en combinación con otras conforman
cuerpos que afectan directamente otros cuerpos en espacios materiales creados
por las influencias de infinidades de masas y cargas eléctricas, al tener las
estructuras extensión en sus propios campos espaciales, sino que las fuerzas
surgen también por la conversión de las masas y cargas eléctricas mismas en
energía y viceversa. Resulta ser así que la materia condensada y la energía son
dos aspectos distintos y complementarios de la materia y específicamente de
todos los seres del universo.
A partir de las características de las partículas
fundamentales y las fuerzas fundamentales que las acompañan, que explican su
funcionalidad fundamental, sería teóricamente posible deducir las estructuras
de escalas mayores, como quarks, hadrones, núcleos atómicos, átomos, moléculas
y así sucesivamente. Pero, en la medida que la escala aumenta, las estructuras
se hacen más complejas y las funciones se vuelven más heterogéneas, hasta
llegar a la multiplicidad de posibilidades abiertas a estructuras tan complejas
como multifuncionales, como somos, por ejemplo, los seres humanos.
CAPÍTULO 3 – MATERIA CÓSMICA
El universo tuvo un
comienzo en un espacio infinitamente pequeño y con una energía infinitamente
grande. Posee una unidad fundamental por origen, lo que condiciona que en toda
su amplitud operen las mismas leyes universales. Su dimensión es el espacio que
se ha venido expandiendo a la velocidad de la luz desde el instante de su
creación, hace unos quince mil millones de años atrás. Su límite es el tiempo
presente. La fuerza de gravedad que atrae la masa para formar cuerpos celestes
y que los mantiene orbitando proviene de una energía inagotable, producto de la
propia expansión del universo.
El big bang
Expansión
En la visión cosmológica del universo, en el extremo de
mayor magnitud de las escalas, los astrónomos y astrofísicos concluyen a partir
de determinadas evidencias que el universo está en expansión. Esta conclusión
que revolucionó la cosmología del siglo XX lleva a señalar, primero, que si el
universo está efectivamente en expansión, debió haber tenido entonces un
comienzo, y segundo, que éste debió haber consistido en una gran explosión
inicial.
La historia de esta concepción comenzó en 1922. Empleando la
teoría general de la relatividad de Einstein, Alexander Friedmann (1888-1925)
predijo la posibilidad de una explosión al inicio del universo a partir de un
denso núcleo de materia. En 1927, conforme a las ideas matemáticas de
Friedmann, el abate Georges Lemaître (1894-1966) propuso un modelo para una
teoría cosmológica de la expansión del universo, postulando un estado inicial,
que él llamó “huevo cósmico”, en el que la materia estaba constreñida en un
espacio tan pequeño y denso como ello fuera posible. En 1928, Howard P.
Robertson (1903-1961) midió la luz de las galaxias y encontró que aquellas más
lejanas son más rojas, es decir, la longitud de onda de la luz proveniente de
estrellas de distantes galaxias es más larga que la de la luz emitida por los
mismos átomos en laboratorios terrestres o por estrellas similares (las
cefeidas) de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea. Al año siguiente, Edwin P. Hubble
(1889-1953) concluyó que el creciente corrimiento al rojo en el espectro de la
luz emitida por galaxias cada vez más lejanas es debido al efecto
Doppler-Fizeau, lo que significa que, mientras más lejana se encuentre una
galaxia, ésta viaja más velozmente, de modo que las galaxias se alejan unas de
otras a una velocidad proporcional a sus distancias. En la década de los años
treinta George Gamow (1904-1968) acuñó el ahora popular término big bang (la
"gran explosión") para designar el inicio explosivo del universo a
partir de una ironía del astrónomo Fred Hoyle (1915-2001), quien rechazaba tal
teoría.
Evidencias
En 1963, Maarten Schmidt (1929-), de Caltech, estudió el
espectro luminoso del cuasar 3C273, radiofuente cuasi estelar que emite enormes
cantidades de radiación en toda la gama para su pequeño tamaño relativo (aunque
pueden brillar con la luz combinada de 50 a 100 galaxias, cada una conteniendo 100 mil
millones de estrellas tan brillantes como el Sol), y concluyó que las líneas de
su espectro estaban tan desplazadas hacia el extremo rojo que éste acusaba una
velocidad de 40.000 km/s, semejante a las galaxias más veloces, a un 13 por
ciento de la velocidad de la luz. Dos años después estudió el espectro del
cuasar 3C9 y concluyó por su extremo corrimiento al rojo que se estaba alejando
a un 80 por ciento de la velocidad de la luz. Desde entonces miles de cuasares
más han sido catalogados, y sus movimientos han sido estudiados. Además,
mientras más distante sea el espacio estudiado, los cuasares son más numerosos.
Este fenómeno no sólo está corroborando el principio de Hubble que “mientras
más lejanos los objetos, se alejan con mayor rapidez”, sino principalmente que
la velocidad de estos lejísimos objetos celestes se aproxime a la velocidad de
la luz, lo que apunta directamente a conclusiones que analizaremos más
adelante. Es posible concluir también que los cuasares son estados iniciales de
las galaxias que están a distancias menores. En otras palabras, al principio de
Hubble se debe agregar que “mientras más lejanos los objetos, son menos
evolucionados”.
Otra evidencia más reciente del big bang se basa en la
detección de un eco radial de microondas que proviene de todos los confines del
espacio, como una homogénea radiación cósmica de fondo, fenómeno que primero
Gamow y luego Robert H. Dicke (1916-1997) habían pronosticado a partir de la
hipótesis de que el universo fue en un tiempo más caliente y más denso, y, por
lo tanto, comprimido en un espacio más reducido. La radiación de aquella época
habría quedado rebotando por el universo y es ahora captada en forma de ondas
de radio de baja energía. En 1964 Arno Penzias (1933-) y Robert Wilson (1936-)
comprobaron la existencia de la pronosticada radiación cósmica de microondas de
fondo y encontraron que indicaba una temperatura promedio de 3 K, cuando el
universo tenía 0,1% de su actual dimensión.
Hubble hizo también otra contribución a la cosmología.
Observando hacia todas las direcciones del firmamento, las galaxias más
distantes parecen estar distribuidas de manera uniforme, como una consecuencia
de una expansión uniforme del universo. Se denomina al hecho que el universo es
homogéneo a grandes escalas la “constante de Hubble”.
Posteriormente, el equipo del satélite COBE (por Cosmic
Background Explorer) de la NASA ,
que detectaba microondas llegando de los lugares más apartados del universo,
comprobó que éstas son extraordinariamente uniformes, lo que ilustra la
homogeneidad de las primeras etapas de la evolución del universo. Sin embargo,
el satélite descubrió que cuando el universo comenzaba a enfriarse se
produjeron zonas del universo con temperaturas algo más altas y zonas con
temperaturas algo más bajas. La causa de esta dispar evolución podría ser
atribuida a la forma de acción de la mecánica cuántica. Esta circunstancia podría
explicar que del desequilibrio inicial pudieran posteriormente evolucionar las
estrellas, los racimos de estrellas, las galaxias y los conglomerados de
galaxias.
En los últimos años se han estado estudiando supernovas del
tipo I. Éstas tienen un brillo intrínseco de forma muy precisa. Una supernova
tipo I es una enana blanca que en un momento dado se transforma en una
gigantesca bomba termonuclear. Una enana blanca tiene su gas comprimido al del
tamaño de la Tierra
con una densidad un millón de veces mayor. Si la compresión genera una
temperatura elevada dada, se produce la fantástica explosión. Mientras mayor es
la estrella, su explosión alcanza mayor duración. Monitoreando la duración de
la explosión se puede deducir el brillo inherente con bastante precisión, con
lo que se puede determinar su distancia. Calculando su corrimiento al rojo, se
puede determinar su velocidad de alejamiento. En una galaxia estalla una
supernova cada 300 años. En cualquier sector del firmamento del tamaño aparente
de la Luna llena
se puede observar con un potente telescopio unas cinco mil galaxias.
También en el último tiempo, el Programa del Campo Ultra
Profundo, encabezado por Steven Beckwith de la John Hopkins
University, que emplea el telescopio satelital Hubble, ha llegado a observar,
tras larga exposición, galaxias a sólo unos 350 mil años del big-bang.
En consecuencia, la mayoría de los astrónomos y los
cosmólogos está convencida de que el universo está en expansión. Esta es
relativa: se ve igual desde cualquier punto en el espacio, no estando centrada
en nosotros.
Edad
Renombrados científicos estiman que el universo comenzó en
un momento dado hace alrededor de diez a veinte mil millones de años atrás y
tuvo su origen en un espacio infinitamente pequeño. La edad calculada depende
de la manera de medir. Una forma es determinar su tasa de expansión. Si se
expande a una velocidad constante, el intervalo de tiempo será la razón entre
la distancia entre dos galaxias y su velocidad de separación, que es el
recíproco de la constante de Hubble. La primera estimación de Hubble fue de 500
km/s por megaparsec (1 parsec equivale a 3,26 años luz), lo que arrojaba una
edad para el universo de sólo dos mil millones de años, contradiciendo la edad
estimada de muchas estrellas.
En 1974 Allan Sandage (1926-1910), astrónomo de Monte
Palomar, realizó una nueva calibración entre la distancia de las galaxias y el
corrimiento hacia el rojo y concluyó que la edad del universo es de 16 mil
millones de años. Recientemente, algunos astrónomos han llegado a calcular, con
datos proporcionados por el telescopio Hubble, que la expansión del universo
sería de 74,3 km/s por megaparsec ± 8, es decir, el universo tendría una edad
de unos 13,7 mil millones de años. Por otra parte, se calcula que las estrellas
de los racimos globulares, por la velocidad que queman el combustible nuclear,
tienen entre quince a veinte mil millones de años. Desde luego, estas estrellas
no pueden ser más viejas que el big bang, por lo que el cálculo de su edad
deberá ser afinado. En la actualidad, se calcula que el universo tiene 13,7 mil
millones de años.
Gran explosión
El gigantesco estallido de fuerza con que el universo
comenzó a existir, el espacio a expandirse y el tiempo a relacionarlo se
denomina, como ya se señaló, “big bang”. Esto quiere decir que antes de ese
momento no existía ni el espacio ni el tiempo. Por lo tanto, no debemos
imaginar el punto infinitamente pequeño del big bang como rodeado de espacio ni
tampoco como subsistiendo en el tiempo. También estos científicos suponen que
este espacio infinitamente pequeño contuvo una energía infinitamente grande,
origen de toda la energía y masa existente en el presente en el universo. Esta
teoría es la única que puede explicar un número de fenómenos que se han observado,
como la velocidad de separación entre las galaxias, las cantidades relativas de
cuerpos luminosos, el suave eco de fondo y la evolución general de las
estructuras cósmicas.
El big bang tuvo dos efectos: 1. la energía primigenia se
condensó en masa y carga eléctrica, las que generaron su propio espacio-tiempo.
2. El universo se expandió, se enfrió, se descomprimió disminuyendo su densidad
y se complejificó. En el proceso de expansión del espacio se produjo
enfriamiento o, en otras palabras, dispersión de energía.
Se calcula que las partículas fundamentales masivas se
condensaron en los primeros brevísimos instantes del universo, cuando éste
tenía tan sólo 1 x 10-34 segundos, a partir de fotones muy energizados y de
cortísima longitud de onda, pero muy poco antes de que se diferenciaran los
otros tres tipos de interacción: nuclear fuerte o corta, electromagnética y
nuclear débil. Se calcula también que reproducir experimentalmente este
fenómeno requeriría un acelerador de partículas del tamaño de una galaxia. Se
estima que no todos los fotones se condensaron. Naturalmente, todos estos
cálculos son suposiciones.
Se cree que en un comienzo la densidad fue tan grande que se
generó un calor extraordinariamente intenso que imposibilitó toda estructuración
ulterior. Debió transcurrir un tiempo para que, a causa de la expansión del
universo, la densidad inicial fuera disminuyendo. Se estima que después de una
existencia de 300.000 años la temperatura del universo descendió a 3000° K, que
es suficientemente baja para que los electrones y protones se combinaran y
formaran los primeros átomos de hidrógeno y helio. Posteriormente, cuando la
temperatura descendió a los 3° K, el universo se hizo transparente a las
emisiones electromagnéticas, permitiendo la radiación cósmica de microondas de
fondo que ha sido detectada.
La forma y el tamaño
del universo
Antes de la teoría del big bang el universo había sido
evidentemente concebido de otras maneras. Muy atrás en la historia quedó aquel
universo inmutable, pleno de orden, armonía y belleza que los antiguos griegos
imaginaron. Desde luego, esta evolución de la concepción del universo se
explica igualmente porque el desarrollo de la Física moderna ha transformado la cosmología.
Pero también quedó atrás la noción de la termodinámica del siglo XIX que
imaginaba un universo que evoluciona hacia una muerte térmica que pondría fin a
toda la historia como resultado de alcanzar un estado entrópico de equilibrio
uniforme e inerte. La naturaleza del universo que la ciencia actual reconoce es
de carácter activo y diferenciado y no podría sufrir, por lo tanto, tal muerte
térmica. Este es el caso de la teoría postulada por Hermann Bond y Thomas Gold
en 1948, de una creación continua de materia entre el espacio intergaláctico que
se produce por una expansión de universo y que conduce a un universo de un
estado estacionario que siempre tendrá una determinada densidad. También quedó
en el pasado aquella imagen del universo del eterno retorno como resultado del
conflicto dinámico-termodinámico. Últimamente, los cosmólogos hablan de
agujeros negros que van succionando irreversiblemente toda la materia de su
alrededor para indicar el término de la evolución del universo. El surgimiento
de la teoría del big bang ha sido decisivo para moldear nuestras concepciones
actuales.
En estos últimos años se han efectuado nuevos
descubrimientos mientras se ha estado escudriñando profundamente en el cosmos
con instrumentos muy avanzados, y han sorprendidos a todos. Entre estos
descubrimientos se pueden mencionar algunos. En 1998, usando un nuevo
instrumento llamado SCUBA, por “Arreglo de bolometro submilimétrico de uso
común,” en inglés, instalado en el telescopio James Clerk Maxwell de 15 metros , ubicado en la
cima del Mauna Kea, en Hawaii, investigadores de la Universidad de Hawaii
y Japón descubrieron galaxias que parecían estar formando estrellas 10 a 100 veces más rápido que
las típicas galaxias visibles. También en 1998, midiendo la intensidad de la
luz de supernovas, investigadores del Proyecto Cosmológico de Supernovas
encontraron que supernovas muy distantes aparecían 27 por ciento más tenues que
lo supuesto. En 2002, después de tres años de juntar información suministrada
por un conjunto formado por 13 antenas de radio, llamado CBI, por Imagen del
fondo del cosmos, en inglés, en Chajnantor, una meseta a una altitud de 5080 metros en el norte
de Chile, investigadores del Instituto de tecnología de California concluyeron
que la luz polarizada, originada 400.000 años después del big bang, mostraba
detalles muy finos, como si estuviera amplificada. En los años recientes,
usando el telescopio Hubble, en el programa HUDF, por “Campo ultra profundo de
Hubble,” en inglés, astrónomos del Instituto de ciencias del telescopio
espacial han estado observando segmentos muy pequeños del espacio a
exposiciones de un millón de segundos de duración con el propósito de captar
cualquier fotón lejano, revelando los primeros objetos en emerger poco después
del big bang.
En la ausencia de una teoría comprehensiva para enmarcar la
investigación de las profundidades del universo estos fenómenos descubiertos
recientemente han conducido a explicaciones extravagantes, tal como la
expansión acelerada del universo y la energía oscura, amenazando con destruir
teorías aceptadas por mucho tiempo e ideas bien fundamentadas, tal como las
ideas de materia y energía y la validez universal de las leyes naturales. Por
tanto, en un intento de entender sus causas reales y su verdadera
significación, y de encontrar un modo de mantener el cuerpo del conocimiento
científico erguido, deseo proponer en las páginas que siguen una nueva teoría
del universo como alternativa de aquella que se apoya en la teoría general de
la relatividad de Einstein. Creo que ésta no es suficiente para ofrecer una
explicación plausible y eliminar las contradicciones que han surgido por estos
recientes descubrimientos. De hecho, más que una explicación a estos fenómenos,
esta teoría está mejor sostenida por los mismos. Se vincula más con la
geometría y su relación con dos teorías: la teoría especial de la relatividad
de Einstein que establece que “a la velocidad de la luz la masa es infinita, el
tiempo se detiene y el espacio se acorta a cero”, y el principio de Hubble de
la expansión del universo que señala que “mientras más lejano, más rápido”.
Ambas teorías requieren sin embargo ser remodeladas por la
adición de un corolario a cada una de ellas. Así, pues, es necesario cambiar la
conclusión de la contracción de George Francis FitzGerald (1851-1901) que “el espacio se acorta a cero” a
la siguiente idea: cercana a la velocidad de la luz no es la extensión del
objeto como un todo que se va acortando a cero, sino sólo una de sus tres
dimensiones, la dimensión específica del objeto que pertenece al eje trazado
entre el observador y el objeto mismo. Con el propósito de mantener la
simetría, en el mismo grado que el objeto que se aleja del observador a una
velocidad cercana a la luz aparece más corto al observador en el eje común a
ambos, el plano transversal a este eje debe aparecerle más grande en estas dos
dimensiones de lo que es realmente. A la velocidad de la luz, mientras la
dimensión del objeto en la dirección del observador le aparece nula, las otras
dos dimensiones se agrandan tanto que aparecen envolver al observador. Esta
simetría se explica por el efecto hiperbólico que ocurre a un área que se aleja
perpendicularmente del observador a velocidades muy altas como resultado
recíproco de la contracción de FitzGerald.
La ecuación para la
contracción de FitzGerald es = L 'L (1-v ² / c ²) ^ (1/2) donde L es la
longitud del cuerpo que se aleja, v es su velocidad de alejamiento, y c es la
velocidad de la luz. La expresión matemática de este corolario se refiere al
hecho de que esta ecuación es una de las tres dimensiones de una extensión o
volumen, que es V = LHW, y donde V es el volumen, H es la altura, y W es el
ancho. Veamos el caso del volumen de la esfera número, digamos, 13.000 respecto
al volumen de la esfera que le precede, que sería la número 12.999. Es decir,
la distancia del observador a esta esfera sería de 13.000 millones de años luz.
Aplicando la contracción de FitzGerald, la periferia de esta esfera estaría
alejándose a 284.672 km/s y la distancia entre la periferia de esta esfera y la
de la esfera número 13001 tendría una contracción aparente de 0,3156 de 1 año
luz. Sin embargo, aplicando nuestro corolario a esta contracción, el área
aparente de su periferia sería de 3,1690 veces la periferia una esfera que
estuviera a 13.000 millones de años luz. Cuando la contracción se vuelve
cero porque la velocidad alejamiento del objeto es igual a la velocidad de luz,
entonces el producto de las otras dos dimensiones, altura y ancho, se hace
infinito.
La razón es que si bien las
distancias se distorsionan para el observador existente en el centro de las
esferas concéntricas, el volumen (en este caso, el que se encontraría entre la
periferia de la esfera número 13.000 y la número 12.999) no sufriría
distorsión, según el observador, y permanecería estable. Una razón adicional es
dada por la ecuación de Hendrik Antoon Lorentz (1853-1928), por la cual la masa
de un objeto que se aleja a una velocidad aproximándose a la de la luz se
convertiría en infinitamente grande, queriendo indicar que la contracción de
FitzGerald se aplica a cuerpos y no a volúmenes. Esto constituye un principio
cosmológico que podríamos enunciar así, para un observador las distancias y
longitudes obedecen a la contracción de Fitzgerald y la magnitud de las masas,
a la ecuación de Lorentz, y ambas se incluyen dentro de la teoría especial de
Einstein, pero el volumen no se ve afectado y solo crece según la expansión del
universo.
El corolario a la teoría de Hubble es más simple y
probablemente muy conocido, aunque no tan bien entendido. A la afirmación
“mientras más rápido, más lejano”, se debe añadir, “más joven”.
La consecuencia lógica de las teorías tanto de Einstein como
de Hubble es que, en relación al big bang, el universo se expande a la
velocidad de la luz y que su velocidad de expansión es constante, como veremos
enseguida. Por tanto, que cualquier otro puede estar desde inmediatamente
cercano hasta en el pasado distante, existiendo uno mismo en el tiempo
presente. De ahí, el universo puede ser concebido desde sólo dos puntos de
vista válidos y que son necesariamente complementarios. Primero, el universo
desde el punto de vista del big bang es el de una aparente esfera cuyo centro
es el mismo big bang y cuya periferia contiene toda su materia, existiendo en
un tiempo presente contemporáneo, y cuyo radio es igual a la velocidad de la
luz multiplicada por el tiempo que ha transcurrido entre en big bang y el tiempo
presente. Segundo, para cualquier observador que no esté en el big bang el
universo es una esfera aparente cuyo centro es el mismo observador y su
periferia es el big bang, donde su geometría debe tomar en cuenta por el tiempo
y la velocidad de la luz para que su amplia periferia pueda identificarse con
un punto sin espacio, que es el big bang. Será el segundo punto de vista que
explicará la evidencia para la expansión del universo y la magnificación de
cuerpos celestes ultra distantes. Por su parte, el primer punto de vista
explica que la velocidad de expansión del universo es la de la luz. Pero será
necesario primero efectuar un esfuerzo crítico para entender la verdadera
naturaleza del espacio y el tiempo, y corregir errores ampliamente mantenidos
por causa de la teoría general de la relatividad de Einstein.
Espacio-tiempo
Existen algunas afirmaciones elementales que podemos
formular en relación al espacio y el tiempo. La dimensión de estos parámetros
está relacionada con la cantidad, ya que ambos pueden ser medidos y ambos
pueden ser usados como medidas. El tiempo es una de las medidas del movimiento
de la materia. La otra es el espacio. A pesar de que el tiempo puede ser
distinguido del espacio, su existencia puede ser entendida sólo en relación a su
correlativo. A través del movimiento el tiempo se relaciona con el espacio. Por
tanto, el tiempo es lo que demora un cuerpo moverse a una cierta velocidad en
el espacio. Un reloj, instrumento analógico que nos da la hora y nos indica el
tiempo que va transcurriendo, tiene tal capacidad porque cada uno de sus
engranajes gira a velocidad constante, y los espacios cubiertos por cada diente
en cada engranaje son similares.
Más aún, la interacción de dos cuerpos crea una distancia.
La de tres cuerpos, crea un triángulo que se encuentra en un plano
bidimensional. Cuatro cuerpos interactuando y no coincidentes en un mismo plano
crean cuatro planos, conformando un espacio tridimensional. En el universo este
espacio es común a todas las cosas del universo que se relacionen de alguna
manera con los cuerpos mencionados. Esta idea puede aclararse si pensamos en la
estructura vial de un país, o en una imagen en nuestro cerebro que requiere la
acción de numerosas neuronas ubicadas en distintas lugares de éste.
La velocidad de la luz es la velocidad máxima posible en la
interacción de dos cuerpos. Si la velocidad de la luz fuera infinita, el tiempo
sería nulo y la interacción entre estructuras sería instantánea. Pero desde
Einstein, sabemos que el tiempo absoluto no puede existir en el espacio. Un
espacio newtoniano con un marco de referencia absoluto no existe. Puesto que la
velocidad máxima de transmisión de los acontecimientos en el espacio –aquello
por el cual los acontecimientos se relacionan unos con otros– es la de la luz,
la simultaneidad absoluta de los acontecimientos es imposible, o, simplemente,
si el marco de referencia absoluta no existe, la relación temporal de los
eventos es distinta entre un observador y otro, ambos ubicados en distintos
lugares. Algo distinto ocurre con la dimensión espacial. El movimiento allí
aparece a distintos tiempos, dependiendo de la ubicación del observador.
Entonces el espacio es también una dimensión relativa.
En el universo las cosas se mueven en relación a un
observador desde cero hasta la velocidad de la luz. En consecuencia, el espacio
y el tiempo son mediciones universales para todo movimiento, y ambos están
enmarcados por la velocidad de la luz como su referente absoluto. Puesto que la
magnitud del movimiento máximo posible en el universo tiene un límite absoluto,
que es la velocidad del fotón, Einstein concluyó que el espacio y el tiempo son
relativos, esto es, ambos parámetros son correlativos respecto a este
movimiento con valor absoluto. Él introdujo el concepto “espacio-tiempo” como
dos parámetros relativos que están relacionados entre sí y que tienen la
velocidad de la luz como su referente absoluto.
En el otro extremo de la escala a distancia mínima entre dos
cuerpos, de los más pequeños que existen, es el número de Planck. En
consecuencia, el tiempo y el espacio no son infinitamente pequeños, como muchas
veces se supone. Comienza a existir a partir de dicha distancia. En el universo
existe un límite inferior y un límite superior para la causalidad. El límite
inferior es la dimensión del cuanto de energía, dada por la constante de
Planck, el cual determina la escala menor para la existencia de la relación
causal. El límite superior para esta relación se refiere a la velocidad máxima
que puede tener el movimiento, que es la velocidad de la luz.
Lo que subyace al movimiento es el cambio, que está en el
origen del movimiento. Éste es su lado visible y mensurable. De este modo,
ambos –el tiempo y el espacio– son respectivamente las medidas de la duración y
de la extensión de un proceso. En ambos casos el tiempo y el espacio miden una
causa en relación a su efecto. Por una parte el tiempo mide lo que demora una
causa afectar un efecto y cuanto demora un cambio en efectuarse. En este
segundo sentido la duración puede durar un instante breve, o puede durar mucho
más. Por la otra el espacio mide la distancia entre una causa y su efecto y el
cambio operado por ambos. Cuando el cambio se mide a través de la relación
causal, el tiempo se vuelve irreversible, porque existe gasto de energía,
generación de fuerza y estructuración de algo. Sin embargo, el espacio permite
que un cuerpo pueda retornar las veces que se quiera a un mismo punto, como el
pistón dentro del cilindro de un motor.
La medida del tiempo es dada por la tasa de cambio de un
proceso, la cual está determinada por leyes naturales. La cantidad de agua que
bulle a presión atmosférica está en relación directa con la energía que ingresa
al sistema. Este tiempo es por tanto absoluto. Este mismo tiempo se relativiza
para un observador cuando se introduce el parámetro de velocidad entre el
observador y aquello que observa. Si el observador se aleja del caldero en
ebullición a velocidades cercanas a la de la luz, podrá observar que el tiempo
de ebullición se hace más lento.
El razonamiento anterior apunta al hecho que la existencia
de tanto el tiempo como el espacio depende de la interacción de los cuerpos,
que es la base del cambio. El siguiente paso de este razonamiento es que ni el
espacio ni el tiempo preexisten a las cosas. El pensamiento de que tanto el
tiempo como el espacio tienen una naturaleza anterior a las cosas proviene
desde Kant, cuando definió el tiempo y el espacio como intuiciones sensibles a
priori. Por el contrario, si afirmamos que la materia y la energía se
identifican con todas las cosas del universo, ni el espacio ni el tiempo pueden
existir independientemente, sino que sus existencias dependen de las existencia
de la materia y la energía. El espacio y el tiempo no sólo dependen de la
materia y la energía, sino que son posteriores temporal y naturalmente. El
tiempo es la tasa a la cual la energía se transfiere.
Podemos perfectamente imaginar que en el primer instante, al
principio del tiempo, y cuando el espacio ni siquiera estaba comprimido en lo
infinitamente pequeño, estuvo sólo la energía, infinitamente grande. Entonces
no había ni tiempo ni espacio. A partir de este primer instante, en lo que se
ha venido a denominar el “big bang”, cuando esta energía primigenia comenzó a
“condensarse” en estructuras –la masa y la carga eléctrica– que ejercían fuerza
a partir de la escala cuántica, fue posible el desarrollo del tiempo y la
extensión del espacio. Este desarrollo y esta expansión no fueron ni son ahora
independientes de la conversión de la energía en masa y carga eléctrica. Las
partículas fundamentales responsables de estas dos propiedades son altamente
funcionales y generan sus propios campos espaciales de fuerza dentro de los
cuales pueden interactuar causalmente.
La energía primigenia ha ido dando origen a la estructuración
ulterior de la materia a partir de su condensación primera en partículas
fundamentales en un acto de creación que no tiene término. A partir de la
transformación de la energía en partículas fundamentales que crean sus propios
campos de fuerza surgió el tiempo y el espacio. De hecho, ambos parámetros se
explican por su relación con la fuerza y la estructura. Tanto como la funcionalidad
de las estructuras que transforma la energía en fuerza hizo posible el tiempo
(el tiempo es generado por la relación causal), la estructuración de la materia
conformó el espacio (un espacio es inconcebible si no es parte de una
estructura). Tal como la fuerza genera el tiempo, la estructura, por su parte,
genera el espacio. Esto es, si la fuerza se define en función de la alteración
del movimiento de la materia en el espacio-tiempo, y la materia se define en
cuanto estructurada según las coordenadas espaciales, la fuerza deberá definir
el tiempo. En esta ecuación la fuerza se desvincula del espacio, pues éste
queda anulado al encontrase a ambos lados de dicha ecuación.
A la inversa, esto quiere decir no sólo que el tiempo
depende de la fuerza, sino que la fuerza desarrolla el tiempo. Más arriba vimos
que la energía es anterior a la fuerza. La energía que emana de una causa es
siempre tiempo futuro, potencialidad. Cuando entra el parámetro espacial, la
energía, mediatizada por la complementariedad fuerza-estructura, se vuelve
fuerza y el tiempo sufre desarrollo. Esta idea es comprensible si se piensa que
la fuerza, que porta energía especificada o diferenciada, es el necesario nexo
interestructural entre la causa y su efecto; es el punto de encuentro entre la
estructura causa y la estructura efecto. Para que ocurra un efecto es necesario
que la causa sea mediatizada por una fuerza si acaso se identifican tanto la
causa como el efecto con estructuras funcionales. En la relación causal la
causa genera una fuerza que el efecto consume y, en esta acción, ambos son
modificados de alguna manera. Sintetizando, la fuerza genera la relación causal
al actualizar el traspaso de energía.
Ahora bien, puesto que en toda relación causal se produce
una secuencia temporal, la fuerza es aquello que se interpone entre el “antes”
y el “después” de tal acontecimiento; ella constituye el “ahora” del
acontecimiento para modificar irreversiblemente la estructura. En todo cambio
hay traspaso de energía de acuerdo a la primera ley de la termodinámica; todo
cambio es irreversible, según su segunda ley. Por lo tanto, podemos subrayar
que la fuerza genera el devenir y desarrolla el tiempo. Un solo acontecimiento,
una sola relación causa-efecto, no logra decirnos mucho acerca del
espacio-tiempo: tan sólo que un acontecimiento separa un antes de un después en
algún lugar. La dimensión espacio-temporal es el conjunto de los múltiples
acontecimientos particulares que están sucesivamente relacionados porque se van
actualizando en un tiempo determinado, que es el presente para un determinado
lugar del espacio. Pero ella no puede ser únicamente lineal, ni tampoco
unidimensional. El tiempo no es independiente del espacio, pues la sucesión de
acontecimientos no se da únicamente en un punto espacial, sino que abarca un
tejido interdependiente de distintos acontecimientos cuya correlación es asunto
de la posición en el espacio no sólo del observador, que es un referente
particular, sino del big bang, que es el referente absoluto de todo el
universo. El universo es el conjunto de las interrelaciones causales que tiene
su origen en el big bang. Y a causa de este origen común, aquél tiene unidad y
sus leyes naturales se cumplen en todo tiempo y lugar.
He mostrado más arriba que el espacio es propio de la
estructura, y el tiempo, de la fuerza. Entonces, nuestro universo no es el
campo espacio-temporal donde juegan fuerzas y estructuras, sino que el juego
mismo es el espacio-tiempo desarrollado por la interacción fuerza-estructura.
Si su origen primigenio fue una energía infinita contenida en un no-espacio, su
evolución en el curso del tiempo ha seguido el transcurso de una continua y
cada vez más compleja estructuración, la cual ha ido desarrollado el espacio.
Vivimos en una época cuando está de moda la visión
cosmológica construida en torno a la teoría general de la relatividad de
Einstein. El mundo científico siente un gran aprecio por esta teoría y, en
cierto sentido, adapta los resultados de las observaciones y experimentaciones
para no contradecirla. Lo que es completamente real es que existe una absoluta
contradicción entre lo expuesto más arriba y esta teoría.
El observador
Tiempo presente
Como se puede concluir de la teoría del big bang, el
universo se originó en un punto y desde entonces se ha venido expandiendo. Pero
de ninguna manera se puede inferir que el mismo pueda tener la forma de una
esfera en expansión ni que ésta pueda tener un centro, aunque ya, en el siglo
XV, Nicolás de Cusa (1401-1464) lo hubiera descrito alegóricamente, pero con un
cierto acierto, como veremos, como una esfera cuyo centro está en todas partes
y su periferia en ninguna. Me parece que es posible reformular nuestra
concepción de la forma del universo si imponemos las conclusiones lógicas de la
teoría de la relatividad especial (y no las de la relatividad general, como los
cosmólogos corrientemente hacen) a la teoría del big bang. Previamente debemos
aceptar, primero, el principio de que el tiempo presente es la actualización de
la relación causal; segundo, que la velocidad de expansión del universo es la
de la luz, y tercero, puesto que el universo entero tuvo un origen común, las
mismas leyes naturales gobiernan todas las relaciones de causa-efecto.
Partiendo de la mutua correlación del espacio-tiempo y de
que la velocidad máxima de propagación de la causa es la de la luz, podemos
sostener que el único límite del universo no es una dimensión espacial, sino
que es el tiempo presente, por lo que la aparente periferia del universo (con
centro en el big bang) no es que no está en ninguna parte, como lo expresara
Nicolás de Cusa, sino que sería una dimensión temporal. Esto es, si las
dimensiones espaciales del universo crecen a la velocidad de la luz, el límite
del universo es el tiempo presente para todos y cada uno de los observadores.
El tiempo presente pertenece exclusivamente a cada observador en particular.
Un observador existe en el presente. En el presente del
observador se actualiza todo efecto que ha tenido un espacio-tiempo para llegar
desde su causa originaria en un pasado hasta su propia existencia. Desde el
presente se origina toda causa que tendrá un efecto en un futuro que será
pasado para el observador. La existencia, problema metafísico fundamental,
pertenece en exclusiva al tiempo presente, que es el momento del tiempo cuando
una cosa es sujeto de causas y objeto de efectos. En ningún otro momento, sea
del pasado o del futuro, una cosa tiene existencia. La relación causal une los
momentos del tiempo en el presente del observador.
Si un observador proyectara con su linterna un haz de luz
hacia cualquier punto del espacio, en su perspectiva los fotones generados en
el foco no se dirigen hacia el futuro, sino hacia el pasado. Por su parte,
desde el punto de vista de un objeto que se encuentre en dicho punto del
espacio, los mencionados fotones le estarían llegando también desde el pasado.
El futuro es una ilusión; pertenece sólo a la energía, la que es pura
potencialidad, en términos aristotélicos, mientras no se actualice para
producir un cambio. Por ejemplo, si este observador se encontrara en la Tierra y dirigiera su
linterna hacia un espejo, perpendicular al haz de luz, instalado en la
superficie de la Luna ,
podría percibir el haz proyectado 2,5 segundos después de emitido, en que la
luz tardó la mitad del tiempo en ir y la otra mitad en volver. En otras
palabras, la causa tardó 2,5 segundos en llegar al observador.
Lo que estoy diciendo es que absolutamente todo lo que el
observador observa se encuentra necesariamente, para él, en el pasado, pues la
luz emanada de aquellos objetos tuvo un tiempo para recorrer la distancia y
llegar al observador. Por lo tanto, mientras más lejos se encuentre un objeto
del observador, más en el pasado existe respecto a éste, siendo dicho tiempo
igual a la distancia dividida por la velocidad de la luz (si fuera la luz la
portadora de la señal del objeto). Para un observador en la Tierra el Sol se encuentra
a 8,3 minutos en el pasado, y Sirio a 8,8 años. Y lo que es válido para
nosotros, como observadores, lo es para cualquier otro observador del universo.
Todo aquello que existe dentro de la aparente esfera del universo cuyo centro
es el observador, excepto por el mismo observador, en realidad no existe, pues
pertenece al pasado. Lo que el observador observa en su presente existencial
son los efectos de sucesos que ocurrieron en un pasado más o menos remoto. Lo que
el observador percibe son los efectos de causas pretéritas.
La noción “tiempo pasado” tiene dos significados muy
distintos. Decimos que una causa, como la luz de una estrella, proviene del
pasado. También decimos que un efecto, que es una causa ya gastada, se va al
pasado, tal como los hechos relatados en un libro de historia. Por lo tanto,
tanto la causa como el efecto se juntan en el tiempo presente, el primero
viniendo del pasado, y el segundo yéndose al pasado de modo irreversible.
Si sólo cada observador existe en el presente y todo lo que
hay en el universo para cada cual existe más o menos en el pasado, nada puede
existir en el futuro. En consecuencia, el conocimiento cierto del futuro es
imposible, excepto que podemos conocer el probable desenlace de un
acontecimiento si conocemos las leyes deterministas que lo rigen. Además
podemos saber que los cambios tienen una sola dirección: completarse en el
futuro. Con este conocimiento nosotros podemos elaborar proyectos, los que son
planes y programas destinados a desarrollarse en el futuro.
También es imposible conocer las galaxias tal como existen
contemporáneamente. La contemporaneidad es una ilusión de un espacio y un
tiempo euclidiano, pues supone que la relación causal puede ser instantánea. Una
causa existente en el presente se proyecta hacia el futuro. Pero para un efecto
en el presente, la causa proviene del pasado. El tiempo presente, que es
acción, separa el pasado de la causalidad que se actualiza del futuro hacia
donde se proyecta el accionar. Del futuro se sabe con certeza sólo dos cosas:
que llegará a ser presente en algún momento y que regirán las mismas leyes
universales.
Siguiendo el principio de Hubble, “mientras más lejano se
encuentre un objeto del observador, a mayor velocidad se irá alejando”, el
límite absoluto de la velocidad de alejamiento es la de la luz. En
consecuencia, la distancia entre nuestra posición de observadores nos coloca a
una distancia máxima del origen del universo, pues viajamos necesariamente a la
velocidad de la luz con respecto al big bang y estamos en el tiempo
presente.
Si el parámetro absoluto de nuestro universo es la velocidad
de la luz, el espacio que media entre el big bang y el aquí y ahora nuestro es
el resultado de multiplicar la velocidad de la luz por el tiempo que suponemos
que ésta ha venido viajando desde el big bang. Y el tiempo del ahora nuestro es
lo que ha tardado la luz en viajar a la velocidad de la luz desde el comienzo,
en el big bang. Sin embargo, este espacio no tiene existencia permanente, pues
no puede ser recorrido nuevamente por un haz de luz que volviera al big bang y
retornara. No alcanzaría el tiempo. Dicho espacio existió y fue real únicamente
mientras la luz lo recorrió. Nuestra experiencia cotidiana nos hace concebir el
espacio como algo dado, anterior a las cosas. Recorremos diariamente el mismo
espacio para ir del hogar al trabajo y viceversa. En la escala cósmica el viaje
entre una galaxia y otra sigue una ruta que sirve para esa ocasión, aunque se
viaje montado en un fotón. Un continuo espacio-temporal, preexistente,
permanente y curvado en función de la presencia de masa no tiene sentido en un
universo que se expande a la velocidad de la luz. Fundamentalmente, las dos
funciones distintas de la masa, la inercia y la gravedad, no son idénticas,
como la teoría general de la relatividad propone.
Nuestro existir en un universo que percibimos como
euclidiano no nos dificulta imaginar algo distinto. Tal como de Cusa
alegorizaba, el universo tiene aparentemente su centro por toda su periferia,
porque por toda ésta existen posibles observadores. Sin embargo, Einstein
sugirió en su teoría ‘general’ que aquél, aunque finito, es ilimitado a
consecuencia de su curvatura semejante a una esfera, producto de la
concentración de masa que produciría alteraciones en la relación
espacio-tiempo. Pero las ideas de este gran sabio son susceptibles de ser
revisadas. Así, la idea einsteiniana de su teoría ‘especial’ de que el tiempo
se acorta cuando se viaja a grandes velocidades es cierto, pero desde el punto
de vista del observador y sólo cuando el objeto observado se aleja. Pero,
contrariamente a las conclusiones que se llegan corrientemente a partir del
postulado de su otra teoría, la ‘general’, el tiempo en el extraordinariamente
veloz objeto vuelve a alargarse desde el punto de vista de este observador
cuando dicho objeto retorna acercándose, de modo que si un viajero que lo
tripulara llevara un cronómetro, al retornar, su hora sería idéntica al
cronómetro que tiene nuestro observador cuando se vuelven a juntar.
Este fenómeno tiene una explicación. El viajero se está
dirigiendo hacia el pasado desde el punto de vista del observador; y se estaría
retirando más hacia el pasado si se alejara a velocidades mayores. Pero cuando
retorna, se acerca al presente del observador. Existe una demostración de que
los cronómetros deben marcar la misma hora cuando nuestro observador se vuelve
a encontrar con el viajero. Desde el punto de vista de este viajero, quien
efectivamente se mueve a grandes velocidades, primero alejándose hacia el
pasado para luego retornar al presente, él es también un observador que siempre
ha estado viviendo su propio presente. Ciertamente, al ir y retornar el viajero
ha sufrido ambas veces una aceleración para alcanzar la velocidad de crucero y
una desaceleración hasta su detención (con respecto a nuestro observador). Y
cada vez él habría estado absorbiendo y cediendo respectivamente la misma
cantidad de energía. Pero el aumento de masa para alcanzar grandes velocidades
se compensa exactamente con la disminución recíproca de masa por disminución de
la velocidad. El principio físico de la simetría se mantiene. Debe tenerse
presente que el aumento de masa y su disminución son medidas relativas a
nuestro primer observador.
De este modo, la experiencia temporal para ambos, el
observador y el viajero, han sido idénticas, en cuanto ambos han estado
viviendo en su propio presente, donde ocurren los fenómenos físicos al ritmo
impuesto por las leyes naturales, mientras observaban al otro alejarse hacia el
pasado. En consecuencia, al reunirse ambos en un presente compartido sus
cronómetros deberán marcar también idéntica hora. Los experimentos efectuados
utilizando relojes atómicos para probar lo contrario no han sido concluyentes,
habiendo existido probablemente un cierto entusiasmo subjetivo al evaluar los
resultados. El tiempo presente no tiene cualquier marco de referencia. Por el
contrario, se refiere al big bang, como veremos más adelante. Para ambos el big
bang es el marco absoluto de referencia, lo que contradice lo que Einstein
aseveró en su teoría ‘general’.
Otro ejemplo puede complementar al anterior. Si un
observador deseara viajar a alguna estrella, que sabemos que existe en el
pasado respecto a este viajero, él no estaría viajando empero hacia el pasado,
sino que lo haría hacia el futuro. Durante este viaje, que podría durar por
algún tiempo bastante prolongado, aunque hiciera el viaje a una velocidad
cercana a la luz, el observador estaría existiendo siempre en el presente y,
por tanto, estaría envejeciendo en el transcurso de su periplo. Sin embargo, en
la medida que se acercara a la estrella, observaría a través del telescopio que
porta su nave espacial que la estrella evoluciona y envejece mucho más
rápidamente que él mismo. A medida que la nave espacial acelerara su velocidad,
el color de la estrella iría sufriendo un mayor corrimiento hacia el violeta y
su envejecimiento, en la perspectiva del viajero, sería proporcionalmente
mayor. La estrella, que se encontraba a una cantidad de años luz en el pasado
respecto al observador, debería evolucionar en el tiempo hasta quedar en el
mismo presente que éste cuando acabara por posarse sobre su superficie. La
estrella haría envejecido el tiempo medido en años luz que la distanciaba inicialmente
del viajero, más el tiempo que tardó el viaje. El viajero habría sólo
envejecido el tiempo que duró su viaje.
Si el viajero comandara su nave espacial siempre en
dirección a la estrella, no se desplazaría en línea recta, sino que iría siguiendo
una trayectoria curva, y no sería precisamente gracias a la presencia de masa,
como indica la teoría ‘general’ de la relatividad. A diferencia de los fotones
que la estrella va generando, que, desde su propio punto de vista, se desplazan
en línea recta y que van siendo interceptados por los ojos del viajero, éste
debe ir corrigiendo permanentemente el rumbo de su nave en pos de la estrella
que se va desplazando en una trayectoria que está en un ángulo con la dirección
de la nave. Mientras más lejana se encontrara la estrella, mayor velocidad
demandaría el viaje para poder alcanzarla en un universo en expansión.
Expansión a la
velocidad de la luz
El punto que debe ser discutido ahora es la velocidad de
expansión del universo. Podemos suponer que el big bang explosionó la materia
(y no precisamente el espacio, como muchos cosmólogos creen) del universo hacia
todas direcciones, creando como consecuencia un espacio tridimensional que se
expande para siempre a la velocidad constante de la luz. En esta perspectiva,
ninguno de sus puntos puede moverse desde su centro común en el big bang ni
entre ellos a una velocidad superior que la velocidad de la luz, la que, como
todos sabemos, es la velocidad máxima posible. Por lo tanto, si dos cuerpos de
esta aparente esfera ocuparan los extremos de un diámetro cuyo centro fuera el
big bang, no podrían moverse el uno del otro al doble de la velocidad de la
luz. No sólo no podrían verse mutuamente, sino que las masas de sus cuerpos,
desde el punto de vista de cada cual, tendrían una energía el doble infinito,
lo que es imposible.
Sin embargo, desde el punto de vista de cualquier observador
esta contradicción puede ser explicada por un corolario de la ley de Hubble.
Tan cierto como que “mientras más distante, más rápido,” es el principio
“mientras más distante, más joven”. Este cuerpo casi diametralmente opuesto en
el espacio nos es perceptible, como observadores, justamente porque es muy
joven con relación al big bang. El espacio-tiempo prefiere alterar su propia
relación, alargando el espacio y acortando el tiempo, si acaso el valor
absoluto de la velocidad de la luz debe ser mantenido. En otras palabras,
podemos ser observadores del universo entero, pero aquellos cuerpos que se
alejan de nosotros a altas velocidades son al mismo tiempo muy jóvenes.
Contemporáneamente, ahora estarían en lugares opuestos del universo.
Simplemente, no podemos verlos más cercanos a nuestro propio tiempo presente.
En consecuencia, podemos deducir dos conclusiones: primero, podemos ser observadores
de la totalidad del universo, y segundo, lo que observamos en cualquier momento
es un cuadro instantáneo del universo, pero donde la edad de cualquier cuerpo
depende de su distancia en relación al big bang.
Con el propósito de imaginar un universo cuyo comienzo es el
big bang y cuyo límite es el tiempo presente, podríamos representarlo también
como una elipse, estando consciente no obstante de que se trata de una pobre
imagen, como es dable suponer con nuestra limitada geometría. El tiempo valdría
por una dimensión, en tanto que las tres dimensiones espaciales estarían
representadas por la otra dimensión de esta figura geométrica bidimensional.
Uno de sus focos sería el big bang, el otro, el aquí y ahora del observador;
desde luego el aquí y ahora de cualquier otro punto sería el foco para tal
punto. Cualquier punto del espacio que esté bajo el escrutinio del observador
instalado en el foco del aquí y ahora estaría ubicado dentro del perímetro de
dicha elipse, siendo los puntos de su perímetro aquellos que podemos observar
visualmente y que, por tanto, nos llegan a la velocidad de la luz. Causas que
viajaran a menor velocidad que la de la luz provendrían de puntos ubicados en
algún punto del área interior de esta figura geométrica. El radio focal que parte
del big bang a un punto dado correspondería a la distancia recorrida por el
punto, a la velocidad de la luz, desde el big bang. El radio focal que parte de
dicho punto hacia el observador sería la distancia recorrida por la velocidad
de la luz entre dicho punto y el observador. El radio focal que conecta este
punto con el observador sería la distancia cubierta por la luz entre este punto
y el observador. No obstante, para que esta representación sea aún más fiel a
una realidad que supone que la distancia máxima es la que existe entre el big
bang y el observador, deberíamos concebirla con ambos focos ocupando sendos
puntos opuestos del perímetro de una alargada elipse. Mientras el foco del big
bang se encuentra en el principio del tiempo, el foco del observador está en el
tiempo presente. De este modo, mientras los puntos más cercanos al big bang
están para el observador en el pasado más remoto, los puntos más cercanos a sí
mismo se encuentran en el pasado más inmediato.
Si la velocidad de expansión del universo es la de la luz,
entonces esta velocidad debe ser constante, ya que esta velocidad es constante.
De ninguna manera la velocidad de un cuerpo que se alejara del big bang podría
tener una velocidad superior a la de la expansión del universo, que es la de la
luz, como se puede suponer en la teoría inflacionaria, propuesta en 1984 por
algunos cosmólogos. Ésta postula que el temprano universo estuvo sujeto a un
periodo con una expansión muy rápida, separando a dos cuerpos independientes a
velocidades mayores que la de la luz, en franca violación de la teoría
‘especial’ de la relatividad de Einstein, aunque los proponentes de esta
novedosa teoría hayan expresado que no son los cuerpos los que se apartan entre
sí a tan altas velocidades, sino que el espacio que los circundaba es el que se
expansiona a tales velocidades, según su teoría ‘general’ de relatividad. Pero
esta explicación resulta un absurdo, pues el espacio no es una entidad
preexistente e independiente de la materia, ni tampoco del tiempo.
Por otra parte, tampoco podríamos afirmar que los cuerpos
puedan alejarse del centro de la aparente esfera a una velocidad menor que la
de la luz. Si el universo se estuviera expandiendo a una velocidad menor que la
de la luz, no se podría explicar la enorme velocidad de alejamiento de los
cuasares. Podemos deducir que más allá, a una distancia de alrededor de trece
mil setecientos millones de años luz, que sería la frontera del universo, desde
nuestro punto de vista como observadores, cualquier objeto se estaría alejando
de nosotros a la velocidad de la luz, que es como decir que mientras más lejos,
más rápido, hasta que en el big bang la velocidad es c.
Ningún observador puede ser testigo del big bang. Tampoco
esta explosión primordial puede afectarlo nueva o continuamente. Además sería
posible observar el comienzo del universo si enfocáramos el potente telescopio
hacia el supuesto punto donde aquél se originó. Y si fuera posible observar el
comienzo del universo, los energéticos fotones emanados de allí estarían
todavía afectándonos a nosotros, como también al resto del universo, en un
permanente acto instantáneo de creación que no tendría fin. Del mismo modo, si
la expansión del universo fuera más lenta que la velocidad de la luz, el efecto
del big bang habría sobrepasando los límites del universo, creando un universo
distinto, puesto que una proporción de la energía inicial estaría formando este
otro universo ajeno. La conclusión de que el universo se expande a la velocidad
constante de la luz debiera terminar con aquella discusión cosmológica acerca
de si esta expansión se está acelerando o se está desacelerando. Si la
velocidad de expansión del universo es la de la luz, la expansión debe ser
constante, puesto que la velocidad de la luz es constante.
A partir de 1998, algunos cosmólogos han ofrecido evidencia
que la expansión del universo ha venido acelerándose. Para explicar este
fenómeno, otros han recurrido a la idea que la velocidad de la luz ha ido
aumentando con el tiempo. Otros más han postulado que la fuerza de gravedad
universal ha ido sufriendo una disminución. Me parece que estas explicaciones
son demasiado forzadas, necesitando alterar las leyes universales. Más
adelante, antes de terminar con esta sección, daré una explicación a este
enigma.
En fin, una esfera es un cuerpo geométrico que posee un
volumen en medio de un espacio, mientras que el universo no existe con un
espacio externo a sí. No es posible suponer algo más allá del límite del
universo, pues no tendría ni espacio ni tiempo, habida cuenta que estos dos
parámetros se desarrollan con la expansión del universo. Lógicamente, más allá
del límite del espacio-tiempo tampoco existe la causalidad, característica
propia del universo que conocemos y del cual formamos parte, y que, además, se
van desarrollando junto con su expansión. Como señalé más arriba, ningún
observador puede observar el universo desde “fuera”. Todo observador es parte
del universo.
Puesto que la velocidad de la luz impone un límite para la
propagación de la relación causal, no pudiendo existir efectos que sean
observados en forma simultánea por distintos observadores, deberá en cosmología
hablarse de "el observador" para referirse a un sólo punto de vista o
punto de referencia de los infinitos puntos de vistas posibles. Nuevamente, el
concepto “el observador” es crucial para entender el Universo y sus
características, tales como espacio-tiempo, tiempo presente y relación de
causa-efecto.
Tal como Einstein indica en su teoría ‘especial’ de la
relatividad, el universo no tiene aparentemente un marco absoluto de
referencia. Además, Copérnico desplazó a la Tierra como centro del universo. Sin embargo, la
presente teoría vuelve a colocar a cada uno de nosotros en el centro mismo del
universo, siendo el otro centro el big bang. La totalidad del espacio-tiempo
del universo se encuentra entre dos polos: el big bang, como origen de todo el
universo y como pasado absoluto, y el tiempo presente de cada observador, como
efecto de causalidades, las que se ubican necesariamente en el pasado. Por lo
tanto, contrariamente a la opinión de Einstein, el universo tiene dos puntos
absolutos de referencia. El big bang es el punto absoluto para todos en el
universo, y el observador es el punto absoluto para sí mismo. Como no es
posible observar el universo desde afuera del mismo, todo observador existe
dentro del universo, y el universo él lo observa desde su propio tiempo
presente.
El big bang como
centro del universo
Como propuse más arriba, el universo puede ser imaginado
como una esfera aparente cuyo centro fue el big bang y cuya periferia, creada
por la materia en expansión, es lo que toda partícula de esta materia ocupa en
el presente de cada partícula. Nuevamente, la periferia de esta aparente esfera
cuyo centro es el big bang no tiene un límite espacial, sino uno temporal. El
universo entero, incluyendo la materia y el espacio, sería identificado con una
periferia que existe en el tiempo presente y que se expande a la velocidad de
la luz de su centro en el big bang, apuntando a su causa última para su
existencia en el big bang. La noción del big bang significa que el universo
tuvo un origen en un punto espacio-temporal infinitamente pequeño, cuando aún
no existía ni tiempo ni espacio, pues éste no se había expandido aún. Su
expansión tiene la velocidad de la luz y por cada segundo que pasa el universo
se expande otros 300.000
kilómetros más. La periferia del universo de esta nueva
aparente esfera que tiene ahora como centro el big bang es el tiempo presente,
y el radio es la distancia que la luz recorre en cerca de quince mil millones
de años.
Si nosotros, o cualquier otra parte del universo,
estuviéramos a una distancia mayor que la referida, significaría que nos
encontraríamos viajando a una velocidad mayor que la de la luz y los efectos
del big bang no nos habría podido alcanzar. También, si nosotros, o cualquier
otra parte del universo, estuviéramos a una distancia menor, no habríamos
sufrido ningún efecto del big bang, puesto que su acción, que se desplaza a la
velocidad de la luz, se nos habría adelantado.
Un universo como una esfera cuyo centro es el big bang, no
podemos suponerlo que tendría la misma apariencia que el que nosotros podemos
observar. Podemos imaginar su geometría como una metáfora, y ciertamente jamás
podríamos observarla. Sería este universo una esfera que tiene al big-bang en
su centro, y al lugar donde se encuentra la materia su periferia. La imagen
geométrica sería la de un globo cuyo radio se va inflando a la velocidad de la
luz. En esta imagen, la parte del universo correspondiente al presente y a la
materia sería efectivamente el plano curvo de la periferia que contendría dos
de las dimensiones espaciales y que existiría en el tiempo presente. Se
asemejaría mucho a la membrana de latex del globo, excepto que no podría tener
espesor alguno, puesto que todos sus puntos estarían a una misma y exacta
distancia de su centro común en el big bang.
En otras palabras, la periferia de esta extraña esfera cuyo
centro es el big bang no puede considerar cuerpos celestes ni esféricos ni
orbitando entre sí, tal como los podemos observar, pues ella no podría contener
en conjunto las tres dimensiones espaciales. Una de las dimensiones espaciales
sería necesariamente el mismo creciente radio desde el big bang en común hasta
cada punto de la periferia considerado.
Todo lo que un observador en cualquier punto de la periferia
podría observar serían todos los otros puntos de esta periferia, pero que
necesariamente quedarían en momentos mas o menos en el pasado, cuanto el globo
estaba menos inflado. El punto de su antípoda estaría tan atrás en el pasado
como el mismo instante en que ocurrió el big bang. De cualquier modo no sería
observable, pues estaría sumido en la densidad opaca del comienzo del universo
hasta sus trescientos setenta mil años de vida. De manera similar, un punto
vecino se encontraría en un tiempo pasado bastante menor, a sólo ocho minutos
en el caso del Sol.
Otra conclusión decisiva que se puede derivar de la idea de
un globo que se va inflando es que su membrana material va perdiendo
proporcionalmente densidad. Este hecho tiene especial relevancia en la
explicación de la fuerza de gravedad, como podremos apreciar en una próxima
sección.
Del mismo modo, nuestra geometría es incapaz de describir el
universo que podría ser observado desde el big bang en esta imagen de una
esfera que lo tuviera como su centro. Pero podríamos aseverar desde el punto de
vista de la teoría ‘especial’ que el tiempo para el observador instalado en el
mismo big bang se habría alargado tanto que no habría transcurrido ni una
mínima fracción de segundo desde el comienzo del universo, y la distancia se
habría reducido a cero, como si el big bang fuera la base de un tronco que
sostiene la inmensidad del universo y que le confiere unidad mediante una
gigantesca relación de causa-efecto. Además, su propia manifestación estaría
presente en todo el universo.
El observador como
centro del universo
Para cualquier observador el universo tendría aparentemente
la forma de una esfera en la que él se encontraría en su mismo centro. Hacia
donde el observador dirigiera su mirada sobre el horizonte terrestre y en noche
despejada, podría ver estrellas y más estrellas. De hecho, tradicionalmente se
habla de la bóveda celeste para referirse al firmamento.
Si mediante un potente telescopio este observador dirigiera
su mirada hacia el espacio interno de su aparente esfera cuyo radio es la
distancia que viaja la luz en, digamos, trece mil setecientos millones de años,
encontraría cuerpos celestes repartidos por todas partes dentro de este
gigantesco volumen. Ciertamente, los cuerpos más cercanos estarían más próximos
al observador, mientras que los más distantes estarían más próximos a la
periferia, que sería el mismo confín del universo.
Si el universo se expande a la velocidad de la luz, desde la
periferia de la aparente esfera no podría llegar ninguna luz al centro ocupado
por el observador. La periferia no podría, por lo tanto, ser observada, pues el
radio de la aparente esfera tendría la distancia que viaja la luz desde ella al
observador en el mismo tiempo que el universo comenzó para nuestro observador.
La principal pregunta es: si el universo tuvo su origen en
un punto sin espacio, ¿cómo es posible que dicho punto esté esparcido por toda
la aparente superficie, límite del universo, de la esfera celeste cuyo centro
es el observador? En otras palabras, si el big bang se produjo en un punto sin
magnitud, es decir, sin espacio-tiempo, ¿cómo es que desde la perspectiva del
observador el punto originario del universo se identifique con toda la
periferia de una esfera (cuyo valor sería de 4πr², donde el valor de r es la
distancia que demora la luz en viajar durante trece mil setecientos millones de
años)? Es decir, la aparente paradoja es que la periferia de la gigantesca
esfera tenga que identificarse con el punto mismo donde se originó el universo,
teniendo que aceptar que el ínfimo punto del big bang está repartido por toda
la periferia de la aparente esfera del observador.
La imagen que podría explicar que la periferia de la esfera
del universo coincide realmente con el punto de donde el universo surgió podría
recurrir a la idea de las celestes esferas homocéntricas de Aristóteles. En
efecto, trate de concebir que el centro del universo está ocupado por usted
mismo, el observador, y, convencionalmente, a una distancia de un año luz (9,46
billones de kilómetros) como radio imagine una esfera, e imagine una segunda
esfera homocéntrica con un radio de dos años luz del observador, y así
sucesivamente, tendría usted para todo el universo unas trece mil setecientos
millones de esferas homocéntricas, con una separación entre cada esfera
sucesiva de un año luz y siendo la última esfera, la externa, el big bang. Las
primeras cien mil esferas estarían ocupadas por la Vía Láctea. Andrómeda
ocuparía una región de un grupo de las esferas cercanas a la esfera dos
millones trescientos mil, y así posteriormente para las demás galaxias.
Aristóteles supuso que las estrellas estaban en una misma
esfera, pues no existía aparentemente movimiento entre ellas, pero los planetas
visibles poseían sus propias esferas, y no sabía de la existencia de galaxias,
que no eran visibles al ojo desnudo. Tampoco supo que el universo estaba en
expansión y que cada año que transcurre, se agrega otra esfera, por así decir
para seguir con nuestra imagen. Sólo con la teoría especial de la relatividad
de Einstein y la teoría de la expansión del universo de Hubble, podemos
completar esta imagen. Por último, este filósofo supuso el geocentrismo, es
decir, que el centro del universo coincidiría con el centro de la Tierra , a diferencia de la
imagen expuesta que pone a cada observador en el centro del universo.
Cuando se habla de la forma y el tamaño de cualquier cosa,
la geometría es la ciencia apropiada para visualizarla, pues tiene por objeto
el estudio de la extensión. Pero en el caso del universo la geometría resulta
insuficiente, ya que se debe considerar también el tiempo y el movimiento a
grandes velocidades, aunque al observarlo nos parezca que está estático. Es por
ello que la cosmología resulta ser tan compleja y el universo tan difícil de
asir. La geometría euclidiana puede funcionar bastante bien para las esferas
más cercanas al observador. Pero una geometría es una medición de espacio, no
de tiempo. Cuando se introduce el tiempo, ninguna geometría puede describir la
realidad.
Cuando se incorpora a la realidad la velocidad de la luz
como parámetro absoluto, se produce una simetría del espacio-tiempo por la cual
ambos parámetros llegan a ser inversamente proporcionales, alterando toda
geometría espacial. Hubble diría que mientras más lejanas las esferas del
observador, se alejan más rápidamente. Por ejemplo, aplicando la ecuación de
FitzGerald anotada más arriba (L’ = L (1-v²/c²)^(1/2), la esfera número 12 mil
millones estaría alejándose del observador y su propia perspectiva a 262.774 kilómetros
por segundo. Para la teoría ‘especial’ de Einstein la distancia de dicha esfera
de la que la sigue no sería de 9,46 billones de kilómetros, sino que se habría
reducido a 4,56 billones de kilómetros, y, de acuerdo al nuestro corolario a
Fitzgerald (HW = V/L), el espacio transversal habría aumentado 2,07 veces. Del
mismo modo, la duración del año habría disminuido en la misma proporción, al
equivalente de solo 176 días.
La esfera número 370,000, contando hacia adentro de la
última esfera, que es la esfera del big bang, es el límite de nuestro universo
observable. Detrás permanece más de la mitad del universo, comprimido en sus
etapas más tempranas. Nosotros nunca sabremos cómo ha evolucionado desde
entonces en sus 13,7 mil millones años de edad. Lo único que podemos decir es
que su evolución ha seguido las mismas leyes que gobiernan nuestro universo
observable.
Lo anterior se explica porque en la relatividad especial
ocurren diversos fenómenos desde el punto de vista del observador. La masa de
un cuerpo, según la ecuación de Lorentz, disminuye en la medida que se va
alejando a mayor velocidad, y es cero cuando se aleja a la velocidad de la luz.
Inversamente aumenta en la medida se va acercando a mayor velocidad, y se hace
infinita cuando se acerca a la velocidad de la luz. Por su parte, el tiempo se
va deteniendo en la medida que la velocidad aumenta, y se detiene cuando se
llega a la velocidad de la luz. Inversamente se va acelerando en la medida que
la velocidad disminuye, y se vuelve “normal” cuando la velocidad de
acercamiento es cero. En fin, la distancia, según la ecuación de G. F.
Fitzgerald, va disminuyendo en la medida que la velocidad aumenta, y se
reduce a cero cuando se llega a la velocidad de la luz. Inversamente se va
agrandando en la medida que la velocidad disminuye, y se vuelve “normal”
cuando la velocidad de acercamiento es cero. Pero este fenómeno ocurre en el
sentido longitudinal. En el sentido transversal al movimiento, según
Fitzgerald modificado, el largo se va expandiendo en la medida que la
velocidad aumenta, y se expande a infinito cuando se llega a la velocidad de la
luz.
Nuestra experiencia diaria nos enseña que mientras más
distante se encuentre un objeto, nos parecerá que es más pequeño. Pero esta
observación es errónea cuando este objeto se aleja a velocidades cercanas a la
de la luz. Un efecto muy importante para la observación astronómica de objetos
muy lejanos, derivado del corolario la contracción de Fitzgerald y
consecuentemente a la teoría ‘especial’ de la relatividad, explicado al inicio,
es que los objetos cada vez más distantes se nos aparecen con una dimensión
cada vez más amplificada, en términos relativos, como si la distancia fuera una
lente de magnificación gigantesca. Esta imagen iría aumentando en forma
exponencial con el aumento de la distancia. El límite absoluto del aumento de
la imagen sería el big bang. Siendo de hecho un punto sin magnitud, para
nosotros, si lo pudiéramos observar, su dimensión sería igual al área de la
última esfera (es decir, como indiqué más arriba, con un valor de 4 π r², donde
el valor de r es la distancia que demora la luz en viajar durante trece mil
setecientos millones de años).
Explicación de
observaciones recientes
La explicación del corolario a la contracción de FitzGerald
es que si quiere guardar la simetría, en la misma medida que, para el
observador, los objetos que se desplazan cercanos a la velocidad de la luz se
acortan en la dirección al observador, es decir, en el eje compartido por el
objeto y el observador, se alargan recíprocamente en el plano transversal a
dicho eje, pues si una de las dimensiones aparece más corta, las dos restantes
deben aparecen al observador más largas, haciendo que el objeto aparezca en
estas dos dimensiones mucho más grande de lo que realmente es. El volumen aparecería constante. Por lo tanto,
una nueva geometría se requiere para medir el universo.
Esta nueva geometría, que es la geometría de muy altas velocidades,
es el resultado de incorporar el corolario expuesto a nuestro espacio
tridimensional. Esta explicación supera distintas explicaciones para dar cuenta
de fenómenos y nuevos descubrimientos observados en los límites del universo en
estos últimos años y con instrumentos muy avanzados. Así, pues, la geometría de
muy alta velocidad ofrece explicaciones a estos descubrimientos, sin
contradecir las teorías físicas que están bien sustentadas. En consecuencia,
estos fenómenos no tienen que ser explicadas por insólitas teorías, tales como
algún tipo de fuerza gravitacional causado por la presencia de masa que podría
distorsionar y amplificar la imagen de objetos muy lejanos, o como nociones
como “gravedad repulsiva” causada por tales entidades como “energía oscura”,
como muchos cosmólogos lo hacen en la actualidad. Resulta vital que el edifico
científico pueda permanecer en pie y erguido sin soportes externo que resultan
ser innecesarios y forzados. Si se quiere avanzar una teoría a causa de nuevos
descubrimientos, no es sano imaginar cualquier cosa que expliquen estos nuevos
descubrimientos sin hacer un esfuerzo más crítico y sereno. En fin, la teoría
basada en la geometría de muy altas velocidades es validada por su capacidad
explicativa.
1. La geometría de velocidades muy altas es suficiente para
explicar el fenómeno de las imágenes de luz altamente polarizada de RMFC (la
radiación de microondas del fondo cósmico), que mostró detalles muy finos,
tales como olas. La RMFC
fue detectada por primera vez en 1964 por Arno Penzias y Robert Wilson y fue
medida por el famoso satélite COBE. Se midió recientemente por el Generador de
Imágenes del Fondo del Universo (CBI por su sigla en inglés), y más tarde por
el WMAP, un satélite de la
NASA. Esta geometría puede explicar por qué la RMFC viene de todas partes en
el espacio. Esta radiación no es un eco que sigue rebotando, como se supone,
sino que se trata del universo poco después del big bang. La anisotropía de la RMFC se puede explicar por el
hecho de que el universo entonces, a una edad de 370.000 años, no envolvía
realmente todo el universo, como el big bang lo hace. La razón de tal
diferencia es que el radio de la esfera de la RMFC es 370.000 años luz más corto que el radio
de la esfera del big bang.
Y la razón por la cual la longitud de onda de la RMFC se ha estirado en la
zona de las microondas se explica por la relatividad ‘especial’. Debido a las
velocidades de recesión cercanas a la velocidad de luz, el tiempo se retrasa,
alargando las ondas de luz. La
RMFC promedio, que es similar a la radiación de un cuerpo
negro a 2.735 K, no significa que se ha enfriado debido a la expansión del
universo, ya que la radiación no se enfría y la materia no funciona como un
tipo de gas en un volumen que se expande. El big bang debería emitir radiación
equivalente a un cuerpo negro a 0 K. La
RMFC acompañará al universo para siempre, cada vez más frío
en su destino sin fin para alcanzar el límite asintótico de 0 K.
2. Entre los recientes descubrimientos, en 1998, sobre la
medición de la intensidad de la luz de las supernovas tipo A, los
investigadores del Proyecto Cosmológico de Supernovas encontraron que
supernovas muy distantes aparecían un 25 por ciento más débil que lo que se
suponía. La explicación para el hecho descubierto por los investigadores que la
luz de las supernovas más lejanas es menos brillante que la de una supernova
más cercana es bastante simple y no tiene nada que ver con la explicación que
se dio en base de una supuesta aceleración de la expansión del universo. Por el
contrario, tiene que ver con el tiempo. Según el principio de Hubble, las
supernovas más lejanas se alejan a velocidades mucho más altas que las
supernovas más cercanas. De acuerdo con la teoría de Einstein de la relatividad
‘especial,’ el desarrollo de la explosión de las supernovas más lejanas
aparecen al observador ser mucho más lentas de lo que realmente son, ya que sus
velocidades de recesión están más cercas a la velocidad de la luz que la
velocidad de recesión de las supernovas más cercanas. A la distancia del big
bang, el tiempo simplemente se detiene. El flujo de fotones procedentes de las
supernovas más lejanas se vuelve más escaso, por lo que su luminosidad parece
más tenue para el observador. Este efecto dio a estos investigadores la impresión
de que la expansión del universo se está acelerando. Sin embargo, se les puede
sugerir que la duración de la explosión, además de la intensidad de la
luminosidad, debería tener igual importancia. Así, la teoría de la inflación
cósmica, relacionada con una supuestamente expansión extremadamente rápida en
los inicios del universo, puede ser perfectamente explicada por la teoría
basada en la geometría de muy altas velocidades.
3. Y por último pero no menos
importante, la materia oscura es un componente teórico que se ha postulado para
añadir masa a la masa calculada de acuerdo con el brillo de las galaxias. En
primer lugar, los astrónomos han evaluado la masa de los cúmulos de galaxias de
varios miles añadiendo la masa estimada de acuerdo con el brillo de las
galaxias individuales. Luego se ha calculado la velocidad de escape que permite
que algunas galaxias pudieran dejar el campo gravitatorio del cúmulo,
desapareciendo del espacio intergaláctico. Al mismo tiempo, se han medido la
velocidad de las galaxias de este grupo. Pero lo que realmente han encontrado
es que las velocidades medidas son muy superiores a las velocidades de escape
calculado. La conclusión que a la que han llegado es que el cluster debe
dispersarse en un tiempo relativamente corto.
La solución de estos astrónomos
postula una masa extraña que ellos han llamado "materia oscura", ya
que no se puede ver, y que el cúmulo de galaxias debería contener para aumentar
su masa en relación a la masa observada. Sólo una mayor masa podría teóricamente
conservar todas las galaxias dentro de su propio cúmulo. Sólo este componente
oscuro, diez o veinte veces más masivo que el componente luminoso, ha sido
considerado por estos astrónomos con la suficiente fuerza para restablecer la
situación. Las nuevas velocidades de escape, calculadas teniendo en cuenta este
componente teórico, ahora serían superiores a las velocidades medidas. Por lo
tanto, el cúmulo ya no corre el riesgo de dispersarse a través del espacio.
Una vez más la geometría de
velocidades muy altas puede explicar la enormes velocidades de las galaxias en
relación a su masa observable. En primer lugar, su brillo aparente resulta ser
menor de lo que es debido al efecto que se explicó más arriba en relación con
las supernovas. En segundo lugar, el aumento aparente de tamaño de galaxias
distantes en relación a su tamaño real se explica por el efecto de
"lente" de esta geometría, que también distorsiona su velocidad real
dentro de su grupo. Y en tercer lugar, el origen de la gravedad es muy diferente
al origen de la luz. Estos tres efectos son suficientes para explicar los
fenómenos observados, sin necesidad de recurrir a esta extraña entidad como la
materia oscura.
Conclusiones
Estas son las consecuencias de la
teoría ‘especial’ de la relatividad, por la cual a velocidades cercanas a las
de la luz la masa tiende a aumentar a infinito, el tiempo tiende a detenerse y
el espacio tiende a acortarse a cero. Precisamente, estos fenómenos irían
acentuándose de modo exponencial para las esferas que continúan, y se
verificarían plenamente para la última esfera, la del big bang. En
consecuencia, la dimensión de esta esfera sería igual a cero, es decir, sería
un punto sin espacio. Además que su masa sería infinita, y el tiempo se habría
detenido, constituyendo una eternidad.
Puesto que todo el universo tiene
un origen común, las mismas leyes naturales deberán gobernar todas las
relaciones causales entre sus cosas. Para la causa instalada en el big bang el
universo entero, a pesar de hallarse a unos trece mil setecientos millones de
años luz en el pasado, estaría en su propio tiempo presente. También, si bien
para cualquier observador la energía del big bang fue infinita, para el
observador instalado en el mismo big bang la masa de cada partícula diminuta
del universo en expansión sería infinita. Estas ideas tienen lógicamente una
implicancia teológica, pues el observador en el big bang sería alguien, para
quien todo el universo, aunque se encuentre a la distancia mencionada, está en
tiempo presente, y su misma manifestación estaría recíprocamente presente en
todo el universo.
Gravitación y expansión
El propósito de esta sección es
explicar la ley de gravitación universal de Newton y su causa. Brevemente, el
big bang disparó radialmente la masa hacia fuera a la velocidad de la luz. La
energía infinita que la masa contiene en relación al big bang se transforma en
gravedad porque los cuerpos masivos con fuerza inercial infinita son forzados a
separarse unos de otros por efectos angulares, originando recíprocamente la
fuerza de gravedad que Newton describió y calculó, mientras la densidad se va
perdiendo. El primer principio de la termodinámica se mantiene a través de la
simetría gravedad y disminución de la densidad de la materia. La gravedad
existe a expensas de la densidad. Por lo tanto, la gravedad puede ser explicada
a causa de la expansión del universo a la velocidad de la luz.
La gravedad
Algunos científicos han postulado
partículas subatómicas que denominan gravitones para dar cuenta de la fuerza de
gravedad. Han supuesto que la única forma de transmisión de energía es a través
del intercambio de partículas que la contienen. Sin embargo, el problema que
deben resolver es que, si bien el intercambio de partículas es un modo de
traspasar energía, especialmente en la escala subatómica, durando mientras
tiene lugar el intercambio, no logra explicar la atracción gravitatoria que
ocurre a grandes distancias e implica grandes cuerpos masivos.
La fuerza de gravedad se ejerce
tanto para mantener cohesionados a los cuerpos celestes y no se esparzan por el
espacio como para que éstos mantengan sus órbitas en torno a los otros cuerpos.
Galileo describió la fuerza como la modificación del movimiento de un cuerpo.
Esta fuerza consume energía cada vez que el cuerpo modifica su movimiento.
Cabría esperar que, por ejemplo, un planeta, como la Tierra , que al orbitar en
torno al Sol va sufriendo una permanente modificación de su movimiento
rectilíneo, debiera, en consecuencia, consumir energía en forma permanente.
Ello no ocurre así, pues el Sol
también orbita en torno a la
Tierra. Ambos cuerpos masivos pasan a formar parte de un
sistema rotatorio, como si fueran un mismo cuerpo que gira en torno a su propio
eje. Ambos conservan la distancia y la velocidad de rotación gracias al
equilibrio que se produce entre la fuerza centrífuga que genera la inercia,
producto de sus respectivas masas en movimiento, y la fuerza de gravedad de
cada cuerpo, también producto de sus respectivas masas. Este sistema habría que
imaginarlo como un gran disco rotatorio cuyo plano contiene tanto los
respectivos centros de gravedad como los planos orbitales de ambos cuerpos y
cuyo eje estaría, en este caso, muy cerca del centro del Sol, pues su masa es
enorme comparada con la de la
Tierra (330.000 veces), siendo sus respectivas distancias al
eje inversamente proporcionales a sus respectivas masas. Si la distancia entre
ambos cuerpos es de 150 millones de kilómetros, el mencionado eje de rotación
estaría pasando a menos de 500 kilómetros del centro del Sol, interceptando
la recta que une a este astro con su planeta. Ambos cuerpos están unidos
mediante un lazo gravitacional invisible, de modo que puedan girar en torno de
su propio eje común. Y para mantener este lazo gravitacional unido se requiere
algún tipo de energía. Considerando que el Sol, o la Tierra o cualquier otro
cuerpo, es parte de sistemas gravitacionales rotatorios con múltiples cuerpos
celestes de distintas masas y que están a distancias distintas y variables, su
desplazamiento, teniendo como referencia su propio volumen, es de lo más
variado, y si se lo quisiera conocer habría que integrar sus órbitas con todos
los distintos sistemas.
Una fuente de la energía que es
permanentemente usada en el universo proviene de la masa, que es condensación
de energía. Esta energía se usa para estructurar la materia. Por ejemplo, en el
Sol el hidrógeno que contiene se va transformando permanentemente en helio. La
energía utilizada, que entra en el balance de la primera ley de la
termodinámica, es la que está contenida en los átomos de hidrógeno. Ella
consigue tanto la transmutación de hidrógeno en helio como la irradiación al
espacio de grandes cantidades de energía en forma de fotones y partículas
cósmicas. La fuerza provista por la propia gravedad del Sol, la cual logra comprimir
el gas a tal medida que la temperatura que se alcanza permite la actividad
termonuclear para efectuar la transmutación, no consume energía en el proceso,
pero para ser ejercida ha requerido primeramente energía.
La fuerza gravitacional, aunque es
ejercida de modo permanente, no consume energía, pero para ser ejercida ha
requerido poseer primeramente mucha energía. Es como el movimiento inercial
perpetuo de un trompo, o de un giróscopo, que no fuera afectado por roce
alguno. Sin embargo, para que pueda ser ejercida para mantener los cuerpos
tanto unidos como orbitando entre sí requiere de alguna energía exógena
bastante especial, entre otras cosas, para generar el impulso inicial. En
consecuencia, el problema que debe ser resuelto es acerca del origen de la
energía que posibilita que la masa pueda ejercer la fuerza gravitacional.
Gravedad e inercia
Newton encontró en la masa dos
características distintas: gravedad e inercia. Sin embargo, Einstein identificó
la fuerza gravitacional con la inercia, dando origen a la teoría general de la
relatividad, y expresó esta equivalencia con el conocido ejemplo del ascensor.
Una persona que estuviera sobre la superficie de la Tierra tendría el mismo
peso relativo que si viajara por el espacio en un ascensor que se desplazara
con un movimiento uniformemente acelerado de 1 G (= 9,8 m/s²).
Pero Einstein también imaginó un
rayo de luz que entra a través de un pequeño orificio existente en una pared
lateral del ascensor. Cuando incide en la otra pared, el rayo habría tenido un
pequeño desplazamiento, pero distinguible, que podría ser medido mediante
precisos instrumentos, del que se hubiera supuesto si el rayo de luz hubiera
sido instantáneo. Este desplazamiento estaría indicando que el rayo de luz se
habría curvado a causa del movimiento uniformemente acelerado del ascensor.
Puesto que este movimiento del ascensor del caso sería equivalente a la
gravitación respecto a la fuerza requerida, la masa, que Newton le atribuyó ser
funcionalmente distinta tanto a la gravedad como a la inercia, para Einstein lo
que produce es una curvatura del continuo espacio-temporal; y mientras mayor
sea la concentración de masa, mayor sería la curvatura de dicho continuo. La
gravitación sería una propiedad del espacio y no una fuerza actuante entre
cuerpos para mantenerlos unidos. La presencia de masa haría que el espacio se
curve, y los cuerpos que se desplazan seguirían la línea de menor resistencia.
Cuando formulaba estas ideas,
Einstein no entró en el problema que para mantener un movimiento uniformemente
acelerado el ascensor debe consumir energía en forma permanente en proporción a
su masa. En otras palabras, el efecto en un objeto de determinada masa posado
sobre la superficie terrestre y el efecto del mismo objeto descansando sobre el
piso de un ascensor que se desplaza a una velocidad uniformemente acelerada de 1 G son idénticos, pues pesan
lo mismo. Sin embargo, las causas en ambos fenómenos son distintas. En el
primer caso, la causa es la fuerza gravitacional de la Tierra , en tanto que en el
segundo la causa se debe a la fuerza ejercida ya sea por un motor que hace
girar un tambor para embobinar un cable con creciente velocidad, ya sea que el
ascensor es empujado por un cohete que tenga una fuerza de empuje determinada y
constante. En el primer caso, la fuerza actuante es la gravedad, mientras que
en el segundo caso, es la fuerza requerida para contrarrestar la resistencia de
la inercia.
También, Einstein pensó que el
espacio-tiempo tiene una existencia independiente de la materia, y supuso que
la masa sólo altera su geometría. Por último, en contra de la opinión de
Einstein, aquello que realmente curva el rayo de luz, desde el punto de vista
del ascensor, son la velocidad de la luz y el ángulo al que viaja con respecto
al ascensor, pero de ninguna manera la masa del ascensor o la del observador.
Así, para medir una curva más pronunciada, es necesario que el ascensor viaje a
mayor velocidad, pero no resulta de concentrar más masa, porque el mismo
fenómeno podría ser observado en un ascensor extra liviano.
De este modo, para la teoría
general de la relatividad, la gravedad sería sólo un efecto geométrico. La masa
envolvería la estructura del espacio y del tiempo, distorsionando las vías que
los objetos siguen. El efecto de la masa sobre el espacio-tiempo sería
proporcional a su cantidad. La cantidad de masa conferiría la medida de la
deformación espacio-temporal. Para explicar esta curvatura del espacio-tiempo
Einstein recurrió a la geometría no euclidiana de Riemann que se basa en la
definición de la longitud como única invariante en el espacio. Confiadamente,
él supuso que la gravitación quedaba explicada por la distorsión del continuo
espacio-temporal a causa de la presencia de cuerpos masivos. El grado de
curvatura del espacio-tiempo sería proporcional a la intensidad de la
aceleración, y ésta sería proporcional al tamaño de algún cuerpo masivo.
Recíprocamente, la atracción gravitatoria entre masas se debería al grado de
curvatura del espacio-tiempo.
La relatividad general predice
que la luz se curvará cuando llegue cerca del Sol. Así que Einstein quedó
ciertamente conforme con el experimento realizado en 1919 por Sir Arthur
Eddington (1882-1944) y que confirmaba aparentemente su teoría. Eddington
observó que la posición aparente de las estrellas cerca del borde del Sol
parecía estar desplazada durante un eclipse solar, lo que supuestamente sólo
podía producirse si la luz de la estrella era curvada cuando pasaba junto al
astro. Sin embargo, él creyó que el Sol termina en su superficie y no tomó en
cuenta el hecho de que el halo solar no incandescente puede refractar la luz
proveniente de una estrella.
Antigravedad
Si bien para Einstein el origen
de la fuerza gravitacional no estaba dentro de sus problemas, lo que sí estaba
quedando sin resolver para él era la fuerza que mantenía a los cuerpos masivos
aparte unos de otros, sin que colapsaran unos sobre otros.
Después de 1917, Einstein, quien
elaboró la teoría de la relatividad general doce años antes de que Hubble
demostrara que el universo se expande, amplió su concepción a toda la escala
del universo, suponiendo que éste es estático y estable y adoptando el
principio cosmológico de la isotropía y la homogeneidad universal. De este
modo, la relatividad general trata de la forma geométrica del espacio-tiempo
como sustancia constituyente del universo entero y por la cual éste posee
unidad. Fue posible calcular, a partir de las ecuaciones relativistas, el radio
espacial para el universo, el cual podría ser visualizado como la superficie de
una esfera, considerando que el espacio tridimensional se reduce a dos
dimensiones.
No obstante, la preocupación de
Einstein fue encontrar un “término cosmológico” que debía estabilizar el
universo al producir una nueva fuerza de largo alcance a través de todo el
espacio. Si su valor era positivo, el término cosmológico debía representar una
fuerza repulsiva, una especie de antigravedad para mantener el universo estable
contra su propia gravedad. En 1923 el mismo Einstein tuvo que desechar esta
idea, pues agregaba otro problema al que no estaba aún resuelto.
Sin embargo, prosiguiendo por
este mismo camino, Einstein postuló una "constante universal",
designada W, para dar cuenta de una energía antigravitatoria. Pero esta curiosa
energía residiría en el espacio vacío de modo similar al antiguo éter. Según la
teoría general de la relatividad, la expansión ocurre siempre que una forma de
energía exótica llenara el espacio vacío en todas partes. Esta "energía de
vacío", que funcionaría en completa ausencia de masa, está tratada en las
ecuaciones de Einstein y añade gravedad repulsiva para separar al universo a
velocidades que aumentan. El valor que W tendría sería igual a la energía
gravitacional por la energía cinética, que es la energía contenida en el
movimiento de la masa mientras el espacio se expande. En último término, W
estaría condicionado por la densidad del universo, siendo proporcional a ésta.
De este modo, una densidad más alta significaría una gravedad más fuerte y, por
consiguiente, un W más grande.
La expansión del universo, que
sería una especie de curvamiento del espacio-tiempo, estaría controlada por el
valor W. Así, si W fuera mayor que 1, el universo tendría una curvatura
positiva, como la superficie de una esfera, de geometría cerrada. Si, por el
contrario, W fuera menor que 1, tendría una curvatura negativa, como una
superficie hiperbólica, de geometría abierta. Por último, si W fuera igual a 1,
el universo sería plano, como la figura del círculo, de geometría euclidiana.
La teoría de la relatividad
general postula un universo "plano", como analogía bidimensional de
las cuatro dimensiones espacio-temporales. Este tipo de universo está entre uno
abierto, que se supone que se expande para siempre, y uno cerrado, que
terminará por colapsar nuevamente en un “big crunch”. Los cosmólogos adeptos a
un universo cerrado han creído que la fuerza gravitacional de todos los cuerpos
tiende a detener la expansión del universo hasta el punto que ésta será
revertida y el universo se contraerá hasta volver a su punto inicial. Entre
éstos algunos han supuesto que a partir de esta contracción se produciría un
nuevo big bang y que el universo continuaría oscilando, expandiéndose y
contrayéndose para siempre.
La cosmología hasta la década de
los años 1980 forzaba la elaboración de una geometría para un universo plano en
expansión. Incluso postulaba la existencia de materia oscura escondida en los
halos alrededor de las galaxias (Jeremiah P. Ostriker, 1974), o de agujeros
negros para dar cuenta de la masa que no se podía observar, pero que debían
mantener las galaxias cohesionadas y rotando por los efectos de la gravedad.
Sin embargo, la edad del
universo, la densidad de la masa y la naturaleza de las estructuras cósmicas,
cada una determina que la cantidad de masa sea insuficiente para generar un
universo plano. Ya en 1974 James Gunn (1923-), de Caltech, y su grupo habían
concluido tras años de analizar la evidencia del brillo y el movimiento de las
galaxias, más la posible incidencia de los agujeros negros, que el universo
tiene no más del 10% de la masa requerida para que su geometría fuera cerrada.
Las observaciones y los cálculos cosmológicos recientes han llegado aún más
lejos. Han determinado que la cantidad de masa requerida por la teoría de la
relatividad general para que fuera posible explicar la fuerza de gravedad a
través de la curvatura del continuo espacio-tiempo que ejerce la masa en un
universo plano en expansión es insuficiente. Incluso considerando la materia
oscura, que por no poder verse no se puede determinar, no se ha llegado a
contabilizar la cantidad total de masa, la que sería necesaria para curvar el
espacio en un radio de curvatura que pudiera explicar el mantenimiento de la
fuerza de gravedad.
Otra evidencia de que el universo
no contiene la masa supuesta proviene del análisis de la existencia de deuterio
en las nubes intergalácticas de hidrógeno, que nunca han sido alteradas desde
su creación poco después del big bang por estrellas que las hubieran
combustionado. Se ha podido establecer que la densidad promedio de la masa en
el cosmos es del 4% al 7% de la cantidad requerida para que el universo fuera
plano. En el mejor de los casos, contando con la masa no vista, los cosmólogos
calculan que W tendría sólo un valor de 0,3, que está lejos de 1.
De este modo, si un universo
plano dominado por masa no es sostenible, el universo tendría que ser curvado y
abierto. Pero el problema que se enfrenta este tipo de teoría cosmológica es
que si el universo fuera abierto, debería existir una energía que diera cuenta
de la fuerza gravitacional. Si la masa es insuficiente para la existencia de un
universo plano en expansión, la fuerza atractiva que las galaxias, las
estrellas y los planetas ejercen deberá buscarse en alguna forma de energía
exótica.
El problema de la procedencia de
esta energía que fuera fuente de las fuerzas gravitacionales no ha dado tregua
a los cosmólogos que persisten en buscar la solución dentro de la teoría
general de la relatividad.
Sugiero que el problema está mal
enfocado. Por respetar la autoridad de Einstein, los cosmólogos de la
actualidad siguen confeccionando forzados parches teóricos para mantener con
vida una teoría general de la relatividad que hace agua para explicar la
gravitación después de los numerosos descubrimientos cosmológicos desde la
época de Hubble. Pero si nos apartamos de esta teoría, se deberá resolver tanto
el problema de la procedencia de la energía que sería fuente de la gravitación
como el problema de por qué no colapsan los cuerpos unos con otros debido
justamente a la gravitación. Las soluciones para ambos problemas están
relacionadas y las analizaré a continuación.
Gravedad y masa
Se concuerda en la actualidad que
la energía primigenia del big bang fue infinita. Sin embargo, no puede pensarse
en esta energía como emanando de masa, pues aún no había masa. El big bang no
se originó en un punto de masa infinitamente densa, denominado singularidad,
como alguien podría suponer. Primeramente hubo una energía primigenia que
existió en forma independiente (puesto que la energía no puede existir en forma
independiente, la energía primigenia, “previa” al big bang, debió existir en un
sujeto que podemos denominar Dios). En los primeros brevísimos instantes del
big bang dicha energía, mediada por fotones, se comenzó a convertir en masa en
la forma de partículas fundamentales masivas. Tampoco puede identificarse esta
energía con calor, como también suele pensarse, pues éste requiere la mediación
de masa; es el movimiento o vibración de partículas masivas la que genera
calor. Así, la energía debió condensarse primeramente en masa antes de que
surgiera el inmenso calor en los primeros instantes del big bang. Debe
suponerse entonces que la energía primigenia produjo primeramente fotones y que
en una cierta proporción estos se transformaron en partículas fundamentales
según la ecuación einsteniana de la equivalencia de la energía y la masa y en
la medida de las posibilidades que la densidad en rápida disminución permitía.
Aun así, los fotones y las partículas masivas y con cargas eléctricas no dan
cuenta de la infinitud de toda energía que sigue actuando a través de la masa.
La famosa ecuación de Einstein, E
= m c², tiene una importancia enorme, pues expresa que la energía de la masa en
reposo vale una cantidad equivalente a la velocidad de la luz al cuadrado. Sin
embargo, esta misma ecuación tiene, desde el punto de vista cosmológico, una
importancia tal vez mayor si se la expresa como m c = E/c – v. El significado
de esta expresión es que incluso la partícula más pequeña de masa, digamos un
cuanto de masa, a la velocidad de la luz, tiene energía infinita. Si el
universo (vale decir, su masa) se expande desde el big bang a la velocidad de
la luz, la energía de todas y cada una partícula de masa tiene energía infinita
respecto al big bang. Podemos suponer que la energía de cada cuanto de masa le
fue transferida a estos componentes del universo en el instante “atemporal” de
su comienzo, que llamamos ahora big bang.
La energía primigenia del big
bang confirió a la masa una energía infinita que le posibilitó alejarse a la
velocidad de la luz del centro primigenio del big bang. Desde otro punto de
vista, la energía infinita contenida en la masa del universo generó
espacio-tiempo que se expandía, se expande y se expandirá por toda la eternidad
a la velocidad de la luz. En consecuencia, es un absurdo suponer que la
gravitación pueda detener la expansión del universo cuando su velocidad es la
de la luz y la masa de todos los cuerpos celestes, que incluyen todos los
objetos del universo, es infinita respecto al big bang. Frente a esta infinitud
de energía contenida en la masa cósmica proyectada a la velocidad de la luz, la
postulada energía anti-gravitatoria no es sólo irrelevante, sino que absurda,
pues, puesto que la gravitación es una consecuencia de la expansión del
universo, no cabría esperar que aquélla pudiera frenarla. Igualmente, es
ilógico suponer que la expansión del universo pudiera acelerarse o
desacelerarse. El hecho que la fuerza de gravedad mantenga sus valores
absolutamente constantes es una prueba de que la velocidad de expansión es
constante.
Según se puede concluir
observando el espacio sideral, el principio newtoniano rige para todos los
lugares del universo y para todos los tiempos de su existencia. La fuerza que
ejerce es explicada por la ley formulada por Newton, en 1687, que establece que
todos los cuerpos en el universo ejercen una ley de atracción sobre todos los
demás cuerpos en el universo, y esta fuerza depende de la masa de los cuerpos y
de lo lejos que estén unos de otros.
La solución al enigma del origen
de una energía exótica permanente parte por considerar que es precisamente la
masa la que ejerce la fuerza de gravedad. La masa de un cuerpo corresponde al
total de las partículas fundamentales masivas que lo constituyen, siendo la
fuerza gravitacional ejercida proporcional a la cantidad de masa. Cada
partícula masiva es funcional en transformar la energía en fuerza
gravitacional. La energía se manifiesta como gravedad sólo mediatizada por
partículas fundamentales masivas.
Decía que la forma que tiene una
fuerza de ser ejercida es por el intercambio de partículas. Ello ocurre en la
escala más fundamental de todas. Pero en la escala cósmica, cuando las
distancias y los cuerpos masivos son tan grandes, es muy improbable que la
fuerza gravitacional sea el efecto del intercambio de partículas de la escala
fundamental. Los postulados “gravitones”, que nunca han aparecido en la cámara
de burbujas tras la desintegración de núcleos atómicos, para actuar como
partículas de intercambio entre cuerpos masivos, debieran poder fluir por todo
el cuerpo y no estar ligado a ninguna partícula en especial. Pero en tal caso
no se podría explicar su acción recíproca, como tampoco es fácil explicar su
acción a las distancias siderales. Como alguien llegó a preguntarse: ¿cómo
“saben” los dos cuerpos que hay otro allí? De este modo, la gravitación debería
explicarse a través de otro mecanismo. Es además un absurdo postular
“gravitones”, cuando es justamente la masa la que tiene por función transformar
una energía “exótica” en fuerza de gravedad.
Por su parte, la idea de que la
masa altera la geometría espacial, siendo esta última la que produce los
efectos gravitacionales, ha llegado a ser insostenible. En consecuencia, aunque
estas mismas partículas masivas son en sí mismas energía condensada, según la
fórmula einsteiniana M = E/c², para ejercer gravedad requieren ser abastecidas,
por decirlo así, de una fuente energética permanente e inagotable. Así, la
fuerza gravitacional que un cuerpo ejerce depende de su masa, y la energía
consumida permanentemente corresponde a la fuerza ejercida.
Gravitación y expansión
Sugiero, en consecuencia, que la
causa de la gravitación universal es la expansión del universo. Es curioso que
una solución tan simple no haya sido enunciada hasta ahora. La energía
inagotable y constante que mantiene la fuerza de gravedad universal, por la
cual los cuerpos se atraen unos a otros, proviene únicamente de la energía que
surge de la expansión del universo. Un “big crunch” sería imposible, pues la
fuerza de gravedad, que podría causar la contracción del universo, es efecto
precisamente de su expansión.
La expansión universal del
espacio-tiempo que genera la masa al alejarse del inicio del universo a la
velocidad de la luz produce recíprocamente una implosión de los cuerpos
masivos. Todos los cuerpos masivos contienen energía cinética infinita en
relación con el big bang, pues se alejan de este centro original a la velocidad
de la luz. De este modo, generan una fuerza inercial infinita. La fuerza
inercial infinita que contiene la masa al alejarse radialmente del big bang se
traduce en fuerza gravitatoria en un espacio que dicha masa, que va existiendo
en el tiempo presente, va generando y cuyas dimensiones van creciendo
constantemente, con el transcurrir del tiempo, a la tercera potencia. Así,
pues, cuando la expansión del universo a partir del big bang fuerza a los
cuerpos masivos a separarse por efectos angulares, éstos originan recíprocamente
la fuerza de gravedad. En su teoría general de la relatividad Einstein había
equiparado la fuerza inercial con la gravitatoria. En la presente teoría, la
fuerza inercial de expansión produce la fuerza gravitatoria.
La gravedad ejerce su fuerza a
expensas de la densidad de la materia. La imagen del universo como un globo que
se infla a la velocidad de la luz en el cual el big bang ocupa su centro y su
membrana en su periferia concentra toda la materia es bastante apropiada para
visualizar la pérdida de densidad mientras el globo se infla. El primer
principio de la termodinámica se mantiene a través de la simetría entre
gravedad y densidad de la materia.
Puesto que la expansión del
universo es constante y se da de la misma manera hacia todas direcciones a
partir del big bang, la fuerza gravitacional rige para todo el universo como
una constante. Todas las unidades masivas se alejan radialmente del big bang
hacia todas direcciones, formando ángulos entre sí que se mantienen fijos a
través del tiempo. Considerando que se alejan del big bang a la velocidad de la
luz, tienen masa infinita respecto a este centro universal. Dos unidades masas,
siendo ambas vectores con un ángulo determinado y el centro común en el big
bang y teniendo ambas energía infinita respecto a su origen, generan la
atracción mutua cuando son forzadas precisamente a apartarse la una de la otra
y cuyo valor fue descrito ya por Newton.
De este modo, la fuerza de
gravedad en un punto es la resultante de las masas que son proyectadas a la
velocidad de la luz desde el big bang, el centro común del universo, de modo
radial y en forma de vectores. Ciertamente, siguiendo el principio de Newton,
los cuerpos más masivos y más próximos tendrán una influencia mucho mayor que
aquellos más livianos y/o más distantes. La conclusión que se impone es que tal
como la carga eléctrica convierte la energía en fuerza electromagnética, la
masa tiene la capacidad para convertir la energía de la expansión del universo
en fuerza de gravedad. En este caso, la energía de expansión se transforma en
fuerza de gravedad mediatizada por la masa.
El universo, al expandirse,
fuerza a los cuerpos a alejarse unos de otros. La energía de expansión funciona
como si dos cuerpos fueran pistones extremos de un cilindro que los uniera, que
está abierto en sus dos extremos a la presión atmosférica y que está conectado
a una bomba de vacío. Los pistones se atraerán, como una implosión, por el
vacío que la bomba va generando. La medida del vacío proviene de la capacidad
de la bomba. En el caso del universo en expansión, la medida de la gravedad
viene de la fuerza resultante de las masas que la expansión aleja unas de
otras. A mayor masa, mayor es la sección transversal del cilindro; a mayor
longitud del cilindro, menor fuerza ejerce el vacío, con lo que se cumple la
ley newtoniana.
Desde la perspectiva del
espacio-tiempo, la implosión de la gravedad ocurre en un espacio que
continuamente se lleva al tiempo presente, que es cuando se actualiza la
relación causa-efecto. El espacio y el tiempo no tienen existencia por sí
mismos. Son funciones de la actividad de la masa y la carga eléctrica. Desde
las mismas partículas fundamentales, cada estructura desarrolla su propio
entorno espacio-temporal para poder interactuar y ser funcional, ya sea como
causa o como efecto. El conjunto de estos espacio-tiempos es el espacio-tiempo
que observamos. Este lo experimentamos como un todo, pues, las partículas
fundamentales de un mismo tipo tienen comportamientos idénticos, apuntando a su
origen común y posibilitando además su mutua interacción. Por ejemplo, los
fotones individuales que transmiten una causa particular tienen una velocidad
absoluta y oscilan en una frecuencia común según la cantidad de energía que
portan.
Conclusiones
Como vimos más arriba, el
universo observable no es el espacio euclidiano de estrellas, racimos de
estrellas, galaxias, conglomerados de galaxias y quasares, sino que es una
esfera espacio-temporal cuyo centro está en el presente y está ocupado por el
observador. En la medida que se dirige la vista hacia la periferia, los objetos
observables, o más bien, que lo están afectando, están más o menos en el pasado
según su mayor o menor distancia relativa al mismo. La distancia se refiere al
espacio que la causa ha tenido que transitar para afectar al observador sin
sobrepasar la velocidad máxima de la luz.
La popularizada imagen para
describir la expansión del universo de un queque con pasas distribuidas en todo
su volumen, que representan los cuerpos celestes (las galaxias), que crece
uniformemente hacia todas direcciones dentro del horno a causa de la levadura,
es equívoca y no logra explicar los fenómenos que realmente ocurren.
Ciertamente, existen galaxias y conglomerados de galaxias, mientras el espacio
entre éstos está libre de materia. Mientras la expansión del universo obliga a
la generación de espacios vacíos en la medida de que los objetos se distancian
entre sí, la fuerza de gravedad fuerza la formación de concentraciones de masa.
Sin embargo, el espacio, representado por la masa del queque, no tiene una
existencia semejante a las galaxias, representadas por las pasas. La existencia
del espacio es una función de la existencia de la masa. Tampoco las galaxias se
alejan entre sí en virtud de la expansión del espacio. Más bien, al alejarse
del big bang van generando el espacio.
La poderosa tensión producida por
la separación forzosa de los cuerpos por obra de la expansión es causa de la
aparición y desaparición cuántica de las partículas virtuales que pueden ser
observas en el espacio vacío. Asimismo, el fenómeno observable de la desviación
de la luz al pasar por la inmediación de un cuerpo masivo, que ha servido para
demostrar que el espacio se curva en la presencia de masa, según postula la
teoría general de la relatividad, podría ser explicado por la distorsión que
sufriría el espacio al verse expandido por la masa que es forzada a separarse,
aunque la explicación anotada más arriba para este efecto me parece más
plausible.
Desde el punto de vista
subatómico, la masa es aquella propiedad de ciertas partículas fundamentales,
precisamente de las partículas masivas, que tienen la facultad para transformar
la energía que resulta de la expansión del universo en fuerza gravitacional. En
forma similar, las partículas que contienen carga eléctrica convierten
cualquier tipo de energía debidamente transformada por ellas en fuerza
electromagnética. En la escala atómica la energía modificada por las cargas
eléctricas de signo contrario atrae a los electrones hacia el núcleo atómico,
mientras que esta fuerza es compensada por la pequeña masa relativa de éstos
que giran a velocidades cercanas a la de la luz y que tienden a generar fuerzas
inerciales centrífugas a causa de la energía cinética que contienen. El
equilibrio entre ambos tipos de fuerzas mantiene a los electrones en órbita en
torno al núcleo. Del mismo modo que los planetas que giran en torno al Sol, los
electrones no requieren de energía suplementaria una vez que han ocupado alguna
órbita cuántica; sólo requieren energía de modo cuántico para saltar a una
órbita mayor y ceden energía para saltar a una órbita menor.
La energía exótica que alimenta
la fuerza gravitacional proviene de la inercia de la masa, la que fue producida
cuando la masa fue proyectada a la velocidad de la luz desde su inicio en el
big bang. Esta se va transformando paulatinamente en energía, según la demanda
efectuada para que la fuerza gravitacional pueda ser efectuada. Esta fuerza es
una condición necesaria de la materia para estructurarse en virtud de su propia
funcionalidad. El fin del universo no sería su muerte entrópica cuando toda la
energía se haya agotado, como fue visualizada por la termodinámica del siglo
XIX, sino que será la máxima estructuración permitida a la materia. Si fue posible
para la energía (primigenia) convertirse en masa cuando la concentración de la
energía era tan alta, también es posible para la masa convertirse en energía
(estructural) cuando la densidad va disminuyendo a causa de la expansión del
universo. El equilibrio masa-energía se va modificando junto con la expansión
del universo y la estructuración de la materia.
Sugiero que la teoría de la
gravitación universal como efecto de la expansión del universo explica también
la unidad de los campos gravitatorio y electromagnético. La velocidad del
efecto gravitatorio está relacionada con la velocidad de expansión del
universo. Por una parte, la expansión del universo tiene la misma velocidad que
la del desplazamiento de la fuerza electromagnética. La energía contenida en la
masa que se aleja a la velocidad de la luz respecto al big bang corresponde a
la fuerza gravitacional de la masa en su función específicamente inercial. Por
la otra, esta fuerza inercial produce la fuerza específicamente gravitatoria,
como se explicó más arriba. Ambas fuerzas, la gravitatoria y la
electromagnética, están correlacionadas, aunque estén generando campos
distintos. En consecuencia, aunque los campos son distintos, por su origen
común contienen una unidad básica, y pueden, por lo tanto, interrelacionarse.
La unidad de los campos es la velocidad de la luz, que es la máxima velocidad
que puede alcanzar la transmisión de la relación causal. En fin, esta velocidad
proviene de la naturaleza de las cosas y no de la velocidad de expansión del universo.
Éste se expande a dicha velocidad porque la naturaleza de la masa y de la carga
eléctrica impone dicha limitante. Otro es el problema, que no intentaré
solucionar, del por qué éstas tienen dicho comportamiento.
Vimos más arriba que la energía
cinética de la masa se transforma en fuerza gravitacional al verse forzada a
separarse por la expansión del universo que genera precisamente la energía
cinética de la masa. De este modo, el universo se presenta como una unidad.
Viene a ser como un inmenso motor del tamaño del mismo universo, cuya energía
primigenia produjo masa, carga eléctrica e inercia infinita, y cuya fuerza
inercial se va convirtiendo en fuerza gravitatoria a través de la energía
cinética de la masa que se aleja radialmente del big bang a la velocidad de la
luz. La materia va evolucionando y se va estructurando mientras el universo se
va expandiendo y va consumiendo paulatinamente parte de la energía aportada por
el big bang.
Límites de la materia y la energía
El concepto de agujeros negros,
que ha tenido una amplia difusión, merece ser analizado. Vimos más arriba que
connotados científicos contemporáneos suponen que en el primer instante del
comienzo del universo hubo únicamente energía homogénea e indiferenciada. Con
su enfriamiento, al expandirse, la energía se condensó en determinadas
partículas, las cuales, al estructurarse, provocaron complementariamente la
diferenciación de las fuerzas y su acción en distintos campos de fuerza. En la
actualidad, los científicos empeñados en la senda de la unificación de los
campos de fuerza, encabezados por Stephen Hawking, creen ver signos
esperanzadores en el fenómeno de los agujeros negros, hipotéticos cuerpos que
se postulan para contabilizar el suplemento de masa que demanda la teoría general
de Albert Einstein para un universo plano en expansión. Ellos han demostrado al
menos la posibilidad de que partículas atraídas por las enormes fuerzas
gravitacionales de estos cuerpos celestes emitan, al entrar en uno de éstos,
radiación electromagnética del tipo de rayos X que escaparía del enorme campo
gravitacional ejercido por el agujero. Este fenómeno estaría significando un
comienzo de unidad entre la mecánica cuántica y la teoría de la relatividad.
Hay acuerdo general que la importancia de explicar la unidad de fuerzas reside
en que con ello se explica desde una perspectiva adicional la unidad
fundamental del universo: su origen común y su comportamiento según leyes
universales.
Se denomina “agujeros negros” a
masivos cuerpos celestes absolutamente invisibles que existirían principalmente
en el centro de las galaxias. Ha sido necesario postularlos para dar cuenta de
la enorme masa de una galaxia necesaria para curvar el espacio-tiempo según las
ecuaciones de la mencionada teoría general de la relatividad. Estos cuerpos
masivos concentrarían materia tan densa que su fuerza gravitacional impediría
que ni siquiera llegue a escapar alguna radiación electromagnética que denotara
su presencia. Por el contrario, dicha fuerza absorbería toda materia que llegara
a pasar por su zona de influencia. Puesto que la materia que ingresara en este
cuerpo desaparecería del universo para efectos prácticos, es decir, cesaría de
generar campos electromagnéticos, a este aspirador gigante de materia se ha
dado en llamar agujero negro. La materia absorbida por ellos quedaría
desprovista para ejercer cualquier tipo de función, excepto la gravitacional, o
más bien, sería materia que ha agotado sus posibilidades para ser funcional en
cualquier respecto, excepto la gravitacional.
Como Isaac Newton expresó, la
fuerza gravitacional es directamente proporcional a la masa, y es inversamente
proporcional al cuadrado de la distancia. Pero también la masa, al contraerse o
más propiamente al densificarse, produce calor, es decir, genera energía. Si
una cierta cantidad relativamente grande de masa se contrae, como sería el caso
de colapsar una gran estrella cuando termina por agotar su combustible atómico,
el cual sostiene su estructura contra su propia gravedad, y aquélla adquiere
una enorme densidad, el campo gravitatorio aumenta aritméticamente con el
aumento de densidad, y geométricamente con la disminución de tamaño; por lo
tanto, la temperatura se eleva exponencialmente. La masa contraída comenzaría a
transformarse en energía.
Pero según quienes postulan la
existencia de agujeros negros esta energía no podría escapar supuestamente del
propio campo gravitatorio así ocasionado. La masa curvaría el espacio-tiempo
hasta un radio que haría imposible hasta para un fotón escapar de éste. En
consecuencia, la energía, al quedar atrapada dentro del agujero, por esta
lógica, tendría que generar su propio tiempo y estructurar su propio espacio,
los que irían expandiendo y constituyendo otro universo ajeno al nuestro, pero
dentro del pequeñísimo espacio ocupado por el agujero negro, según nuestro
propio punto de vista. Además, toda masa que sucediera pasar por los
alrededores del agujero negro sería atraída por su campo gravitatorio, quedando
atrapada en su interior, y pasaría, como por un túnel, o a la manera de cómo se
vuelca una media, a constituir parte del nuevo universo engendrado a partir de
éste.
A pesar de la lógica contenida en
esta teoría, existen diversos puntos conflictivos. Para comenzar,
necesariamente, el fenómeno del agujero negro no puede ser observado
directamente, pues un observador que fuera a investigarlo no sólo no podría
retornar, sino que no podría emitir señal directa alguna sobre su presencia.
Sólo podríamos enterarnos de la existencia de un agujero negro observando el comportamiento
de algún cuerpo celeste que esté influenciado por su gravitación, siempre que
no lo confundamos con una estrella de neutrones, o a través de la emisión de
radiación X, siempre que no se confunda con otro cuerpo celeste emisor de esta
radiación. No podría informarnos si el universo generado a partir del agujero
negro está en expansión, o forma una infinita sucesión de agujeros negros, o
cualquier otra cosa que podamos imaginar. Pero esta objeción es más bien formal
y no contradice necesariamente la hipótesis de dicha característica de los
agujeros negros.
Una limitante al tamaño de los
agujeros negros sería la necesaria extensión en el espacio de una partícula
fundamental eminentemente funcional. Por una parte, si uno acepta los
postulados de la teoría general de la relatividad, criticada en las sección
anterior, un agujero negro es definido, primero, por el radio de Schwarzschild,
que es el de una esfera que concentre tanta masa que determine, según las
ecuaciones de esta teoría, una curvatura del espacio-tiempo tal que ni siquiera
la luz podría escapar de ella, y, segundo, por una alta densidad, de modo que
si el volumen de la esfera disminuye, su densidad debería aumentar
significativamente para incluir el radio de Schwarzschild.
Por la otra, en la perspectiva de
la estructura fundamental de la materia, si bien es cierto que la fuerza de
gravedad es la manifestación de la masa, es muy difícil aceptar que una
partícula fundamental, centro del ejercicio de la fuerza gravitacional, pueda
llegar a adquirir densidades tan grandes como las requeridas por agujeros
negros relativamente de poca masa. Si una partícula fundamental tiene masa, es
también centro al menos del ejercicio de la fuerza gravitacional, y esta fuerza
tiene un centro espacial de gravedad que, aunque concebiblemente muy pequeño,
al menos impide que pueda ser violado por otra partícula. Cada partícula masiva
posee una dimensión espacial mínima, incluida su radio de acción exclusiva, la
que es determinada por la constante de Planck. Así, si un agujero negro es tan
activo como para que la gravedad que ejerce impida escapar toda partícula,
incluyendo al fotón, entonces debe tener un grado de estructuración en la
escala fundamental que genere dicha fuerza. Pero, si posee una estructura, entonces
no puede ser infinitamente pequeño, pues toda estructura es espacial al generar
su propio espacio para ejercer fuerza.
En otras palabras, el problema
para sostener la existencia de agujeros negros relativamente pequeños o
“singularidades”, como los supuestos por Hawking, es que una partícula masiva
tiene un límite espacial absoluto de densificación, según lo analizado en este
libro La materia y la energía, capítulo 2, sección “Espacio-tiempo cuántico”.
La masa en cuanto tal no tiene existencia por sí sola, sino que es una
propiedad de la materia condensada como partícula fundamental, y ésta, por
ejercer fuerza nuclear fuerte, también tiene extensión. La fuerza gravitacional
es ciertamente proporcional a la masa, pero a una masa ya constituida espacialmente
y que para adquirir la densidad requerida por agujeros negros superdensos,
difícilmente podría contraerse a una dimensión menor que el alcance de la
fuerza fuerte o corta de las partículas que contiene.
Una estrella de neutrones, como
la postulada por J. Robert Oppenheimer (1904-1967), en 1938, tiene una densidad
equiparable a la del núcleo atómico, es decir, unas 10 millones de tm/cm3. Se
supone que los pulsares serían estrellas de neutrones. Su fuerza de gravedad es
enorme, pero no logra retener la radiación electromagnética. La densidad máxima
posible que podría llegar a tener un cuerpo masivo sería la de un espacio
ocupado por materia condensada continua, como un gran conglomerado de neutrones
pegados unos a otros; esto es, no podría existir masa cuyo volumen fuera menor
que el volumen de los neutrones que contiene. Así, pues, sólo la ocupación de
un apreciable volumen de espacio por neutrones permitiría una concentración de
masa y su consecuente fuerza gravitacional requeridas por un agujero negro.
Desde luego, este gran volumen estaría lejos de la densificación absoluta.
En consecuencia, la densidad
requerida por un agujero negro de nulo o pequeño espacio rompería la necesaria
estructuración espacial de la materia condensada, una de cuyas propiedades es
la masa para que ésta pueda ser funcional en ejercer fuerzas gravitacionales.
Por otra parte, si existiera un punto de transición energética entre
gravitación y generación de un nuevo universo, entonces estaría disminuyendo la
fuerza gravitacional en beneficio de la nueva generación y, con ello, la
capacidad de actuar efectivamente como agujero negro. Además, el agujero negro
actuaría también como tal con el nuevo universo, por lo que éste no podría
existir. Adicionalmente no se ha observado en el universo algún mecanismo que
pudiera producir una estrella de neutrones gigante, que sería el equivalente de
un agujero negro, pues la evolución de las estrellas tiene un camino bastante
determinado, según el diagrama de Hertzsprung-Russell.
Probablemente, la idea de agujero
negro como un cuerpo celeste infinitamente denso parte de la simplificación
implícita de la idea de masa de la que, para los propósitos de las leyes de
Newton, se abstrajo las propiedades dimensionales, aunque, como ya vimos, Newton
mismo no lo hizo. En segundo lugar, la idea de agujero negro supone la validez
de la teoría general de la relatividad. La falta formal en la que incurren los
que propician agujeros negros de densidad absoluta es que asumen únicamente
algunos parámetros de la compleja realidad y los someten a la lógica, llegando
forzosamente a resultados aparentemente sorprendentes, pero fantásticos.
Por otra parte, podríamos decir
que el tiempo en el universo no es simétrico en cuanto a que si el universo se
expandió a partir de una singularidad sin espacio-tiempo, corresponde que se
contraiga en algún futuro hasta tornarse nuevamente en una singularidad sin
espacio tiempo. Si bien el universo tuvo su inicio en un punto infinitamente
pequeño que contuvo una energía infinitamente grande, no puede suponerse que su
existencia termine cuando vuelva a concentrarse en un punto infinitamente
pequeño, en un supuesto big crunch. La razón es que la energía primordial se
transformó en materia y ésta se ha ido estructurando de modo irreversible.
Precisamente, en eso consiste en síntesis la evolución del universo. Esta
estructuración significa que cada parte de ella es funcional al ser capaz de
generar su propio campo gravitatorio y/o electromagnético donde interactúa con
cada otra parte según el espacio-tiempo que ambas partes generan al entrar sus
campos en contacto. Si bien el postular un big crunch está fuera de la forma
como el universo funciona, según se ha visto a lo largo de este libro, tampoco
se puede suponer que alguna parte estructurada pueda regresionar a una
singularidad de pura energía y sin espacio-tiempo.
La existencia de agujeros negros
de cualquier tipo pertenece a la ciencia ficción. Si algún día se llegara a
demostrar la existencia de un invisible cuerpo superdenso y de enorme fuerza
gravitatoria, no sería un agujero negro, sino que otra estrella de neutrones.
En otras palabras, un agujero negro es sólo una estrella de neutrones. En
efecto, este tipo de estrella es el resultado del fenómeno estelar que
denominamos supernova y por la cual la estrella emite explosivamente todos sus
electrones al espacio. La estrella de neutrones, al quedar sin electrones, no
podría producir radiación electromagnética, la que ocurre cuando los electrones
cambian de estado. Así, pues, al no tener electrones una estrella de neutrones
no posee el mecanismo para producir fotones. Este tipo de estrellas podrían
existir en el centro de las galaxias como anclas de su estructuración y, por
ende, de las posibilidades de estructuración de la materia. Ahora, si el
posible destino de la materia es quedar encerrada en estos cuerpos superdensos,
entonces este fenómeno estaría anunciando la forma como terminaría el universo,
encerrado en miles de millones de estas masivas cápsulas unifuncionales, tras
haber desplegado la más extraordinaria diversidad estructural en todas las
escalas posibles y haber consumido toda la energía disponible.
La energía en evolución
La importancia de esta sección
radica en que intenta aproximarse a la realidad desde la perspectiva de la
energía y no de la materia, pues esta última ha sido el objeto material de los
filósofos desde la antigüedad. En cambio, ni Heráclito, para quien todo es
devenir, filosofó sobre la energía. La razón es que el concepto de energía
surgió con la ciencia moderna, recién en la segunda mitad del siglo XIX. Ello
quiere decir también que este esfuerzo filosófico será hecho sobre fundamentos
construidos por la ciencia.
Podremos entender la energía, en
el concepto más genérico, como un principio de actividad, cambio y
estructuración. No es ni una cosa, una sustancia ni tampoco un fluido. No tiene
existencia en sí misma, pero está presente en todo el universo. De hecho, el
universo entero está construido de energía como su única materia prima.
El big bang marca el principio
del universo y también lo más antiguo que nos es posible llegar a conocer.
Antes de este singularísimo evento, no podemos conocer nada, pues nuestro
conocimiento proviene de la experiencia acerca el universo. En la experiencia
científica podemos observar y medir la energía –presión, temperatura, fuerza,
etc.–, pero no directamente, sino que en los objetos materiales. Podemos
concluir que la energía no tiene existencia en sí misma. Sin embargo, si
afirmamos tal cosa, podemos inferir que ella debió previamente haber estado
contenida en alguna entidad. Los conceptos bíblicos de “creación” y del
universo como “soplo divino” comienzan a adquirir un significado objetivo.
Podremos entender la energía, en
el término más genérico, como un principio de actividad, cambio y
estructuración. No es ni una cosa, una sustancia ni tampoco un fluido. No tiene
existencia en sí misma, pero está presente en todo el universo. De hecho, el
universo entero está construido de energía como su única materia prima. Si el
universo todo tuvo un mismo comienzo y si todo él está compuesto por el mismo
tipo de energía, el universo tiene unidad por origen y composición, y las leyes
de la naturaleza, cuyo descubrimiento tanto ocupa a los científicos, se cumplen
para todo el universo en el curso de su historia.
Una característica de la energía
es que no tiene ni tiempo ni espacio. Estos parámetros pertenecen a la materia.
Por lo tanto, el big bang se originó en un punto atemporal y adimensional.
Podemos inferir que en el mismo instante del big bang la energía se convirtió
en materia. Y en su interacción la materia comenzó a desarrollar el tiempo y el
espacio, y el universo comenzó a devenir, expandiéndose desde entonces y desde
este origen a la velocidad constante de la luz. Dadas su densidad y su
temperatura, en un comienzo y por algún tiempo el universo estuvo constituido
por un plasma abrasador y superdenso, pero que tendía a enfriarse y a
aligerarse por estar en expansión.
La energía primordial no comenzó
como algo amorfo o indeterminado. Contenía en sí misma no solo los modos
precisos y específicos de su conversión en materia, sino que también el código
de las leyes naturales por el cual la materia interactúa, se estructura y
evoluciona. Esta idea podría ser una salida para la absurda polémica entre
evolucionistas y creacionistas que está en boga en EE.UU. Una parte de la
energía se convirtió en masa y otra parte, en cargas eléctricas bipolares.
Desde luego, esta conversión no fue tan simple y los físicos nucleares hacen
enormes esfuerzos para comprender las funciones y características de las
decenas de partículas subatómicas que surgen de las colisiones que ellos
producen en aceleradores de partículas.
Lo que puede concluirse de lo
anterior es que la energía no es una capacidad indiferenciada y amorfa que
posee un cuerpo, sino que puede transformarse en masa y carga eléctrica o ser
usada por la masa o la carga eléctrica de manera tan distintiva que llega a
poseer un comportamiento absolutamente determinado, y de este comportamiento se
pueden reconocer leyes naturales. Desde el mismo comienzo del universo la
energía se ha condensado en determinadas partículas fundamentales distintivas,
siendo las pertenecientes a cada tipo idénticas entre sí, por lo que funcionan
del mismo modo. Adicionalmente, éstas han podido interactuar e interactúan de
modo absolutamente determinado en su propia escala, y pueden estructurar cosas
en escalas superiores también de modo determinado, según las leyes naturales
que va develando la ciencia.
Algunos científicos creen
observar un completo indeterminismo en el origen del universo, pudiendo éste
haber evolucionado indistintamente y al azar en cualquier sentido. No logran
considerar el hecho de que el universo ha seguido la dirección impresa desde su
origen según las propiedades de la energía primordial, la que para nada ha sido
azarosa. La energía primigenia ha ido dando origen a la estructuración ulterior
de la materia a partir de su condensación primera en partículas fundamentales, en
un acto de creación que no tiene término y según un código preestablecido.
La conversión de la energía en
materia requirió ingentes cantidades de energía. La conversión en masa obedece
a la famosa fórmula de Einstein, E = mc², que indica la enorme cantidad de
energía requerida en su condensación en masa. Una energía (cinética) infinita
–concepto aborrecible por la ciencia, que estudia lo que es delimitado– se
requirió adicionalmente para proyectar la materia masiva desde su origen en el
big bang a la velocidad de la luz hacia todas direcciones. La conversión en
carga eléctrica requirió también mucha energía. La fuerza para vencer la
resistencia entre dos cargas eléctricas del mismo signo es enorme. Se calcula
que solamente 100.000 electrones unipolares reunidos en un punto ejercen la
misma fuerza que la fuerza de gravedad de toda la masa existente de la Tierra. Habiéndose
transformado la energía en masa y carga eléctrica, podemos concluir entonces
que la energía pasa a constituirse en una propiedad que poseen ambos tipos de
concreciones materiales de la energía.
A partir del big bang, fue
posible también el desarrollo del tiempo y la extensión del espacio. Este
desarrollo y esta expansión no fueron independientes de la conversión de la
energía en masa y carga eléctrica. Las partículas fundamentales responsables de
estas dos propiedades son altamente funcionales y generan sus propios campos
espaciales de fuerza, dentro de los cuales pueden interactuar causalmente. A
partir de la transformación de la energía en partículas fundamentales que crean
sus propios campos de fuerza, surgieron el tiempo y el espacio. El tiempo mide
la duración que tiene una relación causal y el espacio mide su extensión. De
este modo, ambos –el espacio y el tiempo– son las medidas de la extensión y de
la duración de un proceso. En ambos casos el espacio y el tiempo miden una
causa en relación a su efecto. Por una parte el espacio mide la distancia entre
una causa y su efecto y el cambio operado por ambos. Por la otra el tiempo mide
lo que demora una causa en afectar un efecto y cuanto demora un cambio mientras
ocurre. Cuando el cambio se mide a través de la relación causal, el tiempo se
vuelve irreversible, porque existe gasto de energía y estructuración de algo.
El espacio y el tiempo no sólo dependen de la materia y la energía, sino que
son temporal y naturalmente posteriores. El tiempo es la tasa a la cual la
energía se transfiere en un proceso. Si Heráclito hablaba de devenir, lo
correcto es hablar de procesos.
El universo que devino del big
bang se caracteriza por ser un continuo devenir y transformación. Pero todo
cambio es un proceso que se desarrolla en el tiempo y abarca un espacio
definido. Específicamente, tanto como la estructuración de la materia conformó
el espacio (un espacio es inconcebible si no es parte de una estructura), la
funcionalidad de las estructuras que transforma la energía en fuerza hizo
posible el tiempo (el tiempo es generado por la relación causal).
Para que estas partículas
materiales puedan interactuar necesitan poseer energía. Pero el intercambio de
energía entre las partículas fundamentales es discreto, es decir, la energía se
traspasa en paquetes o cuánticamente. Esto quiere decir que ambos, el tiempo y
el espacio, no son continuos ni infinitesimalmente pequeños, sino que son
granulados, constituyendo el número de Planck la menor dimensión de los granos
de espacio-tiempo.
Desde el punto de vista de la
materia, una cosa tiene energía si es capaz de ejercer una fuerza sobre una
distancia. La física llama trabajo a esta capacidad. Así, la energía se
distingue de la fuerza en el sentido de que la primera es un poder que tiene
una cosa o un cuerpo, y la segunda es ejercida por una cosa o cuerpo en uso
precisamente de ese poder. Específicamente, la energía es la medida de la
fuerza que puede ejercer una cosa o cuerpo y está relacionada con su masa a
través de la velocidad.
Aunque la masa de una cosa se
conserva invariante a través de los procesos físicos y químicos, su energía
sufre variaciones. Ésta depende tanto de la cantidad de masa como de su
velocidad. Pero la velocidad de un cuerpo es siempre relativa a otro cuerpo;
está siempre referida a otro cuerpo. Luego, la energía de un cuerpo está en
función de la velocidad que tenga respecto a este otro cuerpo.
Específicamente, la energía se
relaciona con la masa en dos formas distintas: como energía potencial y como
energía cinética. Esta distinción ayuda a comprender mejor la idea de una
energía variable en razón de la velocidad y relativa a un segundo cuerpo. La
cantidad de energía potencial que un cuerpo puede acumular en sí mismo depende
primariamente de la cantidad de masa que contenga. Secundariamente, la energía
potencial es una medida del efecto que un cuerpo es capaz de ejercer sobre otro
en virtud de sus respectivas posiciones, direcciones y velocidades relativas.
Para ser utilizada, la energía
potencial debe transformarse en energía cinética. Más aún, para volverse en
otras formas de energía la energía potencial debe transformarse primero en energía
cinética. Pero la transformación de la energía potencial en energía cinética es
sólo un asunto de perspectiva. Conforme se relaciona un cuerpo con otro en
función del movimiento, la cantidad de masa específica que el primero contiene
adquiere una energía cinética determinada por el movimiento relativo de ambos
cuerpos. Luego, la energía cinética es la medida del efecto que la masa de un
cuerpo puede ejercer sobre la masa de otro por obra de la velocidad.
Para la teoría especial de la
relatividad de Einstein, el aumento de la energía cinética de un cuerpo ocurre
simultáneamente con el de su masa, y llega a ser infinita para la velocidad de
la luz. Por lo que la velocidad de la luz es una barrera infranqueable.
Einstein dedujo que la energía de un cuerpo en reposo es el producto de su masa
por el cuadrado de la velocidad de la luz. Así, la energía contenida en la masa
es enorme (1 gramo
de masa contiene 9 billones de julios, ó 25 millones de kilovatios hora).
Significa también que la energía y la masa se pueden convertir una en la otra,
por lo que la masa es un enorme acumulador de la energía.
El corolario que sigue es que la
energía que se debe imprimir a un cuerpo tendría que ser infinita para que
llegara a alcanzar la velocidad máxima límite; o, desde el punto de vista
complementario, la masa de tal cuerpo que alcance la velocidad de la luz
llegaría a ser infinita en la perspectiva del observador ubicado ya sea en el
punto de partida o en el de llegada; toda la energía que se le transfiera se va
convirtiendo en masa a medida que el cuerpo se va desplazando cada vez más
cercano a la velocidad de la luz, desde el punto de vista de dicho observador.
Lo mismo le ocurre al observador en relación al cuerpo que observa.
La energía infinita comprometida
para proyectar la materia masiva desde su origen en el big bang a la velocidad
de la luz hacia todas las direcciones ha generado la fuerza de gravedad. La
gravitación universal es el producto de la masa que se aleja de su origen en el
big bang a la velocidad de la luz y que se va separando del resto de la masa
del universo, por lo que el universo es una enorme máquina que por causa de su
expansión genera la fuerza de gravedad. Así, mientras la masa convierte la
energía primordial de la expansión del universo en fuerza gravitacional, la
carga eléctrica convierte usualmente la energía que se puede obtener de la
fuerza de gravedad en fuerza electromagnética.
Toda relación de causa-efecto
significa cambio, y el vínculo entre una causa y un efecto es la fuerza. Una causa
es el ejercicio de una fuerza que tiene por término un efecto. En la relación
causal la causa genera una fuerza que el efecto absorbe y, en esta acción,
ambos son modificados de alguna manera. Pero el ejercicio de una fuerza
requiere contener energía en alguna forma, ya sea acumulada como portadora
(energía potencial), ya sea en movimiento como transmisora (energía cinética).
Un efecto es producido por la fuerza, recibiendo la energía que ésta porta. La
fuerza genera la relación causal al actualizar la energía. La fuerza es el
vehículo de la energía que transita a lo largo de un acontecimiento entre una
causa y un efecto. El cambio es el producto de la transferencia de energía por
medio de la fuerza que produce estructuraciones y desestructuraciones en los
cuerpos durante un acontecimiento o proceso.
Puesto que en toda relación
causal se produce una secuencia temporal, la fuerza es aquello que se interpone
entre el “antes” y el “después” de tal acontecimiento; ella constituye el
“ahora” del acontecimiento. En todo cambio hay traspaso de energía de acuerdo a
la primera ley de la termodinámica; todo cambio es irreversible, según su
segunda ley. Por lo tanto, podemos subrayar que la fuerza genera el devenir y
desarrolla el tiempo. Una relación causal determina un tiempo para efectuarse.
Este depende de la cantidad de energía que se transfiere y de la velocidad de
la transferencia. Un cambio puede ser tan imperceptible como la evaporación del
agua en un vaso en el ambiente de una pieza o tan explosivo como la oxidación
de un volumen de hidrógeno.
El espacio es propio de la
estructura, y el tiempo, de la fuerza. Entonces, nuestro universo no es el
campo espacio-temporal donde juegan fuerzas y estructuras, sino que el juego
mismo es el espacio-tiempo desarrollado por la interacción fuerza-estructura.
Si su origen primigenio fue una energía infinita contenida en un no-espacio, su
evolución en el curso del tiempo ha seguido el transcurso de una continua y
cada vez más compleja estructuración, la cual ha ido desarrollado el espacio.
En el universo existen un límite inferior y un límite superior para la acción
de la causalidad. El límite inferior es la dimensión del cuanto de energía,
dado por el número de Planck, y que determina la escala más pequeña para la existencia
de la relación causal. El límite superior para la relación causal se refiere a
la velocidad máxima que puede tener el cambio, que es la de la luz.
La primera ley de la
termodinámica es la de la conservación de la energía. Esta afirma que todo cambio
en la materia debe ser compensado exactamente por la cantidad de energía: “la
energía no puede ser creada ni destruida, sólo se transforma”. Como dije, la
energía pasa desde una causa hacia un efecto. La energía total de un sistema
aislado es siempre constante, a pesar de las transformaciones que haya sufrido.
Entre las energías, podemos
distinguir la térmica, la química, la radiante, la eléctrica, la mecánica y la
atómica. Estas diversas formas de energía pueden transformarse unas en otras
mediante un motor. Éste relaciona lo que tienen en común, que es la fuerza.
Ésta se expresa en el cambio del movimiento de los cuerpos, desde partículas
subatómicas hasta galaxias. Observemos que las estructuras no pueden
interactuar si las fuerzas correspondientes no están relacionadas a energías
del mismo tipo para que puedan sumarse, restarse o anularse.
El siguiente ejemplo puede
ilustrar el caso: la reacción nuclear del Sol, asociada a las estructuras de
los núcleos de hidrógeno, produce luz, la que es transmitida por radiación a la Tierra. Esta
radiación produce la fotosíntesis, fenómeno químico asociado a una estructura
molecular y que produce una estructura con un cierto contenido energético
aprovechable. En su estado leñoso o de combustible fósil esta estructura puede
combustionarse químicamente para generar calor. El calor, transmitido por
radiación infrarroja, conducción y convección, excita los átomos de la
estructura cristalográfica del receptor, logrando elevar su temperatura. Si es
agua, puede transformarse en vapor, alterando su propia estructura
intramolecular, y adquirir presión, esto es, conservar en sí la energía
inicial. La presión del vapor puede mover un mecanismo asociado con una
estructura mecánica, como un pistón o una turbina, y hacer girar un eje. Su
movimiento, transmitido a un rotor, puede, en combinación con un estator,
generar electricidad, energía asociada a la estructura del manto electrónico de
los átomos. Mediante una resistencia eléctrica esta energía puede transformarse
en calor y proseguir por un ciclo diferente y así sucesivamente ad in aeternum de acuerdo a la primera
ley de la termodinámica o ley de conservación de energía.
La segunda ley de la
termodinámica nos señala no obstante que cada transformación efectuada es
irreversible si no hay aporte adicional de energía, siendo la irreversibilidad
una característica fundamental de la naturaleza. La energía tiende a fluir
desde el punto de mayor concentración de energía al de menor concentración,
hasta establecer la uniformidad. Esto es, el flujo tiene un solo sentido y, por
tanto, demuestra la irreversibilidad del tiempo, rompiendo la simetría entre el
antes y el después y estableciendo la diferencia entre la causa y el efecto. La
obtención de trabajo a partir de energía consiste precisamente en aprovechar
este flujo.
En toda transformación que
resulte irreversible en un sistema aislado la entropía aumenta con el tiempo.
Entropía es una palabra griega que significa transformación, pero es el término
empleado usualmente en la dinámica para representar el grado de uniformidad con
que está distribuida la energía. Cuanto más uniforme, mayor es la entropía.
Cuando la energía está distribuida de manera perfectamente uniforme, la
entropía es máxima para el sistema en cuestión. Las concentraciones de energía
tienden a igualarse y la entropía aumenta con el tiempo.
Sin embargo, la entropía se la
representa usualmente como una medida de desorden. Esta popular imagen se
presta a muchos equívocos, pues el desorden se lo representa en forma estructural
y, por lo tanto, estático, en circunstancias de que la entropía se trata de un
fenómeno dinámico y se refiere únicamente a la energía. El error es explicar lo
que ocurre con la energía recurriendo a la estructura. Y así, se afirma que el
desorden, imaginado como homogeneización estructural, siempre aumenta con
cualquier proceso que ocurra en un sistema aislado.
Puesto que toda estructura es
funcional en toda escala a partir de la estructura más fundamental de todas, el
resultado neto de la aplicación de trabajo, que termina en entropía, es
recíprocamente una mayor estructuración de la materia. Si lo que antes era y
ahora aparece disgregado, la disgregación es en efecto la estructuración de
otra cosa probablemente más compleja y de una escala superior. De éste modo,
todo trabajo se emplea en el proceso de estructuración, y toda transformación
produce nuevas estructuras, incluso de escalas superiores. En consecuencia, la
entropía no significa sólo homogeneización, sino que su resultado es la estructuración,
y que lo que la segunda ley de la termodinámica expresa realmente es que en un
sistema cualquiera la energía disponible empleada para realizar trabajo no
produce necesariamente uniformidad y mucho menos desorden. Por el contrario,
esta energía se utiliza para estructurar la materia según la funcionalidad de
las estructuras y dependiendo de sus distintas escalas, desde las más simples
hasta las más complejas.
Así, pues, la materia no es un
algo indiferenciado, sino que estructurado. Y al decir estructurado, se refiere
a dos características. En primer lugar, una estructura está compuesta por
estructuras de escalas menores y forma parte de estructuras de escalas mayores,
y en segundo término, toda estructura es específicamente funcional, es decir, emplea
la energía para ejercer fuerza de manera específica. La energía puede medirse
por la cantidad, pero en la energía convertida en fuerza gracias a la
funcionalidad específica de cada estructura se mide más bien la calidad. Por
ejemplo, la energía contenida en el azúcar que la sangre lleva al cerebro es
transformada por las neuronas en complejos pensamientos, tales como relacionar
conceptos tan abstractos como materia, energía, tiempo, espacio, fuerza y
estructura.
Desde el big bang, toda la
evolución del universo ha consistido en que la energía primordial se ha
transformado en estructuras materiales cada vez más complejas y de escalas cada
vez mayores siguiendo el código impreso en la misma energía, que son las leyes
naturales. Con la aparición del ser humano, como ser inteligente y libre, por
vez primera en esta historia la estructuración llega a ser de la misma energía.
Una persona puede ser definida por las funciones de su cerebro material
compuesto por neuronas, neurotransmisores e impulsos eléctricos. Éste es capaz
de generar un pensamiento reflexivo que es tanto abstracto como racional,
pudiendo producir primariamente conceptos y conclusiones lógicas, y
secundariamente, a partir de la combinación con la afectividad y la
efectividad, producir sentimientos e intenciones. En una primera instancia esta
multifuncionalidad de sus subestructuras psíquicas es unificada por la
conciencia de sí, preocupada como el resto de los seres vivos por sobrevivir y
reproducirse. En una segunda instancia, cuando la persona reflexiona sobre el
por qué de sí misma, llegando a la conclusión de su propia y radical
singularidad, la multifuncionalidad psicológica es unificada por y en su
conciencia profunda, o yo mismo.
Lo crucial de la acción
intencional es que este yo mismo refleja el yo individual dentro de una
cosmovisión particular que el ser humano va conformando, generando y creando en
su propia historia consciente. Esta cosmovisión es variada y puede ir desde un
egocentrismo enfermizo con la pérdida de la propia identidad, propia de las
idolatrías, hasta una cosmovisión en sintonía con la realidad y el pleno
ejercicio de la libertad personal, en la que se concretan lazos de amor,
solidaridad, bondad, misericordia. En esta acción cognoscitiva, afectiva e
intencional el yo adquiere, por así decir, autonomía e independencia de la
materia del universo. La reflexión en esta cosmovisión amplía la conciencia de
sí individual para descentrar la acción de sí mismo y considerar y valorizar
toda la complejidad del universo, teniendo como centro a su creador.
La generación en una persona de
una mismidad singular como reflejo de la actividad psicológica del pensamiento
racional y abstracto es el máximo logro de la evolución de la materia. Ocurre
cuando la materia-energía, a través de la actividad inteligente e intencional
de la persona en su conciencia profunda, estructura la energía en una identidad
psíquica que comprende la totalidad de la persona. Existe una conversión de lo
material en energía en la generación de una estructura única inmaterial. En
efecto, este yo mismo o mismidad es precisamente lo esencial de la persona, lo
que la constituye. En tanto el yo mismo se establece en una escala superior a
partir de una unidad discreta no material, sino únicamente de las energías que
caracterizan las funciones psicológicas, esta reflexión introspectiva de la
conciencia profunda va generando durante el curso de la vida individual una
estructura inmaterial de energías diferenciadas, la que se va constituyendo en
forma independiente de las leyes de la termodinámica y, por lo tanto,
subsistente, única, irrepetible e inmutable. Esta estructuración es en efecto
una estructuración de la energía. Y aunque estos contenidos de conciencia
unificados ahora en la conciencia profunda estén asentados en el sustrato
material de su estructura neuronal, con sus neurotransmisores y sus impulsos
eléctricos, pasan a independizarse de la materia y a tener existencia
subsistente en la unidad de esta conciencia, pues ésta ya no constituye una
estructura de la materia, sino de la energía. Es así que los seres humanos
somos los únicos seres del universo que producimos estructuras de energía.
Cuando la muerte sobreviene,
destruyendo la maravillosa estructura corporal de un ser humano y degradándola
hasta sus componentes moleculares y atómicos básicos, lo que subsiste sería la
estructura puramente de energías diferenciadas del yo mismo que se unifica en
la conciencia profunda. Esta estructura sería una síntesis psíquica de la
persona singular, con sus experiencias, recuerdos, conocimientos, afectividades
e intencionalidades. Ésta buscaría primeramente vincularse con materia para
poder manifestarse y ser funcional. Aunque es una entidad absolutamente
distintiva, no puede existir por sí misma. Necesita asociarse a la materia para
reflexionar y llevar a cabo la acción intencional. Pero el efecto de la muerte
de un ser humano es que el yo mismo pierde irreversiblemente la posibilidad de
actuar a través de su cuerpo, manifiestamente incapaz de subsistir. En su nuevo
estado de existencia el yo personal se libera de la entropía, del consumo de
energía de un medio material, lo que significa también que su acción ya no
puede tener efectos en el universo físico. La persona, ahora reducida a lo
fundamental de su ser –una estructura muy especificada de energías unificadas
en la conciencia profunda– necesita y buscaría afanosamente un contenedor de
energía para poder manifestarse y expresarse. (Mayor análisis sobre este tema
puede encontrarse en http://unihum8existencia.blogspot.com).
Santiago de Chile
