(Por Javier Monserrat) Supuesto nuestro conocimiento provisorio de la naturaleza de ese sustrato primordial del universo que llamamos “materia”, estamos en condiciones de abordar la explicación científica del universo. Este no es otra cosa que materia organizada evolutivamente en el espacio-tiempo. En realidad, las preguntas por la materia y el universo están conectadas y deben resolverse en paralelo (para saber qué es materia necesitamos ciertas hipótesis sobre el origen del universo y para saber qué es el universo dependemos de nuestra idea de la materia). Sobre la materia publicamos hace poco un artículo en FronterasCTR. Por tanto, la evolución organizada de la materia ha producido el universo. ¿Qué teorías ha aportado la ciencia para explicar qué causas lo han producido, cómo nace la materia y cómo las propiedades de ésta producen la evolución de sus estados sistémicos en el universo? Como exponemos seguidamente, las teorías físicas sobre el universo no están cerradas, sino que nos dejan abiertos a un enigma profundo sobre la naturaleza última de la realidad. En la cosmología llega la ciencia a sus límites argumentativos, a las últimas preguntas, pero en ella quedan abiertas incertidumbres filosóficas inevitables que después trataremos de abordar. En el conocimiento de la materia y de la cosmología, en su intrínseca conexión física, es donde la ciencia se proyecta principal y básicamente sobre la filosofía. Sobre la metafísica. No sólo en la cosmología; pero sobre todo en la cosmología.
Como veremos, la ciencia no puede decirnos con certeza qué es el universo y cómo ha sido producido. Una variedad de teorías explicativas disputan entre sí el ser la más congruente interpretación de los hechos empíricos. Pero muestran que el universo es todavía, en último término, un enigma al que no puede darse una respuesta absolutamente convincente. La ciencia, proponiendo conjeturas sobre este universo enigmático, muestra de nuevo la borrosidad cognitiva que ha sido descrita en la epistemología de la ciencia (también sobre esto hemos publicado hace unas semanas un artículo en FronterasCTR). En el universo de la ciencia no queda patente su Verdad última y absoluta. Es un universo enigmático que, como diremos más adelante, hace posible construir una hipótesis metafísica de carácter puramente mundano, ateo, sin Dios, y otra hipótesis metafísica teísta en que Dios se postula como fundamento transcendente del ser del universo.
Un universo estable y eterno: Newton y Einstein
El universo platónico no era eterno, sino creado por el Demiurgo a partir de una materia que preexistía eternamente. Aristóteles creyó sólo en la existencia de un solo mundo que debía postularse como eterno. Santo Tomás, influido por Aristóteles, pensó en la posibilidad de un mundo eterno, pero al mismo tiempo fundado en Dios por una creación ab aeterno. Los primeros modelos propuestos por la ciencia moderna consideraron también la existencia eterna del universo. Tal es el caso de Newton y de Einstein, ambos, aunque cada uno a su manera, teístas por firme convicción interna. El cosmos que describe la ciencia moderna es dinámico y evolutivo, abierto hacia el futuro, de tal manera que no es posible predecir con precisión una evolución abierta por su propia esencia. El cosmos griego platónico-aristotélico, e incluso neoplatónico, era algo que respondía de forma estable a un determinado “estado constructo”. El universo clásico estaba “hecho” y el hombre debía adaptarse a él, aunque en su interior fuera posible el movimiento de los seres y de los procesos dinámicos que son objeto de nuestra experiencia. Este universo fue asumido por el paradigma greco-romano e inspiró una forma de entender cómo era el cosmos creado por Dios: un cosmos hecho (creado), estable en sus formas y procesos. Pero frente a este cosmos cuasi-estático, la ciencia moderna presenta un universo dinámico y abierto, que se crea a sí mismo con autonomía, y que hace así al hombre partícipe de su autonomía y creatividad. Los cosmos antiguo y moderno son distintos y, por ello, suscitarán un entendimiento diverso de la obra creadora de Dios y de la ley natural.
Pero antes de abordar las teorías cosmológicas, debemos entender que la expectativa de la ciencia es que el universo pueda ser entendido como sistema consistente y estable que se mantiene a sí mismo con suficiencia. Es en el fondo la intuición de Parménides: si existe un universo es porque puede existir; si no, ya no existiría. Por consiguiente, si de hecho el universo está ahí y existe, es porque está fundado en una suficiencia absoluta y última. ¿Cómo entenderla? En principio, la suficiencia parece que pide postular la eternidad del universo; ya que, si en algún momento no existió, ¿cómo entender el tránsito desde la nada al ser? Newton y Einstein tenían la expectativa de un universo estable y por ello lo entendieron, en efecto, como eterno.
El universo gravitatorio de Newton. Esta forma de concebir el universo era una consecuencia casi inevitable de la mecánica newtoniana, fundada en la ley de la gravitación universal. Newton concibió un universo gravitatorio extendido infinitamente en el espacio, de tal manera que la fuerza gravitatoria proveniente de todos sus rincones quedaba compensada y cada cuerpo celeste recorría sus órbitas con precisión matemática. Este universo de relojería o clockwork, sin embargo, no era concebible sin Dios porque Este era el creador de su orden racional y porque sin intervenciones puntuales del Dios providente no podía mantenerse eternamente la estabilidad de este orden (recuérdese el problema de las fuerzas tangenciales introducido por Newton). Este universo gravitatorio “flotaba” en un éter de fondo que era para Newton como el sensorium divinitatis. Dios estaba, pues, para Newton, presente ontológicamente como fondo de la realidad del universo. Las objeciones que, a lo largo del XVIII-XIX, se propusieron a este modelo de universo fueron minando poco a poco su credibilidad, y finalmente fue sustituido por el universo de Einstein.
El primer universo relativista de Einstein. Así como Newton propuso un universo gravitatorio, así también el universo de Einstein es gravitatorio. Pero se entiende desde una nueva teoría de la gravedad, fundada en la teoría mecánica de la relatividad especial, generalizada al universo como relatividad general. El universo de Einstein es también eterno, suficiente y estable en sí mismo. No es infinito (Newton) sino finito, aunque indefinido y sin límites. Un objeto que circulara en su interior seguiría la estructura del espacio curvo de Einstein y por la gravedad seguiría inevitablemente esas “guías” sin llegar nunca al final. La idea básica de Einstein consistió en identificar la gravedad con la curvatura del espacio-tiempo. Einstein concibió que, en consecuencia, entre la estructura del espacio-tiempo (curvatura gravitatoria) y la distribución de materia (causa de la gravedad) en el universo debía de existir una relación. Las llamadas ecuaciones de campo de Einstein son la formulación matemática (en una o diez ecuaciones diferenciales) de la relación entre la estructura-curvatura del espacio-tiempo y la distribución de materia. La resolución de estas ecuaciones para situaciones locales del universo permite entender por dónde van las curvas gravitatorias y dónde está la materia que las produce. Resolviendo estas ecuaciones en situaciones locales se predijo la existencia de numerosos objetos cósmicos y agujeros negros. Einstein cometió el error de corregir lo que estas ecuaciones parecían decir por sí mismas para mantener un universo estable (no expansivo). Los hechos –de acuerdo con las ideas del abate belga Lemaitre– le obligaron después a reconocer su error. El universo de Einstein era eterno y estable en sí mismo, respondiendo a un portentoso orden racional. La necesidad de reconocer este orden racional y de atribuirle una causa suficiente es lo que movió a Einstein a defender un teísmo racionalista y estético más o menos indefinido, cuya interpretación ha sido objeto de numerosas disputas.
La teoría del “Big Bang” y sus alternativas
La expansión del universo y su teorización en el big bang. La teoría que Einstein había construido entró en crisis cuando Hubble descubrió en Monte Palomar el corrimiento hacia el rojo de la luz proveniente de las estrellas por medio de sus análisis de espectrografía. El universo que se descubría estaba en expansión, con un dinamismo centrífugo que separaba las galaxias unas de otras a velocidades altísimas. Si en función de esta expansión se reconstruían los estados pasados del universo se llegaba a un primer estado que se denominó el big bang, una inmensa explosión de energía de radiación expansiva que ya contenía la energía total del universo, transformada en el curso del tiempo. La ciencia sólo alcanzaba a establecer algunas propiedades de aquella explosión germinal y su evolución en reducidísimas porciones de tiempo posterior. Pero la ciencia no tenía evidencias empíricas conocidas que permitieran hipotetizar qué había antes del big bang. Las pruebas de esta teoría –sobre todo la existencia residual de la llamada radiación de fondo– se han confirmado en la actualidad con los recientes registros tomados por el satélite COBE; es una teoría aceptada por la mayor parte de los científicos y es el elemento esencial del llamado “modelo cosmológico estándar”. El big bang se ha completado con el supuesto de la gran inflación: sería una segunda gran explosión (inflación) que poco después del big bang habría hecho aumentar de golpe el volumen del universo unas cincuenta veces. Esta “inflación” explicaría ciertas propiedades de la distribución homogénea de materia en el universo actual. Un tipo de universo así concebido inducía fácilmente la pregunta filosófica sobre qué había antes del big bang: y era evidente que los pensadores teístas iban a tratar de identificar el nacimiento del universo con el momento de la creación. Esto explica que pronto aparecieran alternativas al modelo del big bang, sobre todo para evitar el teísmo que parecía sugerir.
La teoría del estado estacionario. Esta teoría surgida en los años cincuenta, unida inicialmente a los nombres de Hoyle, Bond y Goldi, concebía un cosmos en expansión continua y una creación interna de materia que mantuviera su densidad relativa y homogénea en todas sus regiones. Esta expansión debería concebirse como si en un globo pintáramos puntos (las galaxias) y al inflarlo los puntos se fueran separando y entre ellos fueran apareciendo nuevos puntos para mantener su densidad relativa (la superficie del globo es bidimensional y por tanto habría que trasponer esta imagen a tres dimensiones). Al observar este cosmos desde un punto daría la impresión de expansión, en la forma en que se comprueba desde Hubble. Pero este universo se mantendría así eternamente, sin necesidad de postular la existencia de un big bang. Esta teoría fue superada por las pruebas y evidencias sobre el big bang, pero sigue teniendo apasionados seguidores (como Ralph Arp). Hoy en día se la relaciona con la teoría del “universo de plasma” y se aduce la prueba de la aparición inexplicable de quásares en ciertas galaxias, inexplicables en su opinión si no se les atribuye haber surgido por la creación de materia postulada en esta teoría. Arp y otros seguidores de esta teoría acusan a los seguidores mayoritarios de la teoría del big bang de haber establecido un sistema de exclusión y marginación científica de las universidades a quienes no siguen la teoría oficial. Algo similar a lo que ha pasado en los últimos años con la teoría de cuerdas, también impuesta como “políticamente correcta”, tal como ha denunciado Leo Smolin.
El universo oscilante de Hawking: del “big bang” al “big crunch”. En esta teoría no se niega la existencia del big bang, pero se afirma que tras un tiempo de expansión se produce un frenado que invierte la línea del tiempo hacia una concentración progresiva o big crunch que acabaría en una “singularidad” (estado de máxima concentración en que no podrían aplicarse las leyes físicas del espacio-tiempo conocido) que se traduciría en un nuevo big bang. A lo largo del tiempo cósmico se sucederían diferentes movimientos de concentración y expansión, de big bang y big crunch, separados por “singularidades”. De esta manera se trataría de un universo oscilante y eterno. Stephen Hawking, molesto con las derivaciones teístas de la teoría del big bang hacia una postulación de la creación, concibió un modelo matemático que describiera este universo oscilante. Sin embargo, una formalización teórica no es prueba de que exista algo real que responda a esa formalización. Y las evidencias empíricas más bien llevaban a la conclusión de que el universo oscilante no era posible. Primero porque la masa crítica (aquella masa mínima que el universo debiera tener para pensar que la fuerza gravitatoria unida a esa masa produjera una inversión de la línea del tiempo hacia la concentración) distaba mucho de acercarse a la cantidad requerida (se limitaba a un diez o quince por ciento de la masa crítica). Es evidente que el cálculo de masa en el universo depende de muchos factores (atribución de masa, o no, a ciertas partículas, vg. neutrinos, materia oscura, energía oscura, agujeros negros, etc.), pero los cálculos actuales quedan todavía muy alejados de la masa crítica necesaria para que el universo se contrajera. Segundo porque consideraciones en torno a un eterno proceso de expansión-concentración hacen difícil pensar que se pudiera mantener la oscilación de forma estable sin degenerarse; y esto daría al traste con el proceso. El modelo oscilante de Hawking es una especulación posible, pero no existen suficientes evidencias o argumentos teóricos que nos induzcan a admitir que describa el único universo realmente existente.
Multiversos, cosmología cuántica y complejidad
Multiversos. El “estado estacionario” y el “universo oscilante” se mueven en el supuesto de la existencia de un solo universo. Sin embargo, la hipótesis de los llamados multiuniversos o de los “universos burbuja” establece el supuesto de la existencia de una infinitud de universos paralelos y sin relación entre ellos. ¿De dónde habrían surgido? ¿Qué los habría producido? Es evidente que no es admisible decir que salen de la nada. Por ello la teoría de multiversos supone la existencia de algo así como una “metarealidad” que produciría infinitos big bangs, cada uno de los cuales sería origen de un universo diferente. Después de un desarrollo en el tiempo expansivo, estos universos se irían diluyendo en una muerte energética. Cada universo sería finito, limitado en el tiempo, pero su existencia dependería de otra realidad (la metarealidad o metauniverso) a la que se atribuiría eternidad y una ontología capaz de generar infinitos universos (esta metarealidad sería, digamos, el ser estable y eterno, que es y permanece en su ser, postulado por la metafísica de Parménides). Sin embargo, ¿qué ontología debemos atribuir a esa metarealidad?
La cosmología cuántica: el vacío cuántico y las supercuerdas. La base teórica de los multiuniversos se encuentra en los principios de la teoría microfísica de la materia en la mecánica cuántica. Ya la mecánica clásica de Newton, que veía el universo como un conjunto de partículas diferenciadas agrupadas en materia, se vio obligada a considerar la existencia del éter (una sustancia cósmica de fondo que lo abarcada todo en que se transmitía la fuerza gravitatoria). La relatividad de Einstein, después del experimento de Michelson-Morley, rechazó la hipótesis del éter. Pero la idea ha resurgido constantemente (vg. en Schoedinger, para concebirla como soporte físico de los campos y fenómenos ondulatorios de las partículas). La especulación de David Bohm supuso también la existencia de un fondo holístico de la realidad que llamó “orden implícito” (relacionado con la naturaleza de la conciencia). La teoría de la relatividad tampoco explicaba con claridad cómo había que entender la existencia de la “estructura geométrica” del espacio-tiempo entendida como algo real. La mecánica cuántica, por otra parte, fundada en diferentes consideraciones y exigencias teóricas (vg. la creación y aniquilación de partículas) ha construido la hipótesis de la existencia de la entidad llamada “vacío cuántico”, fondo de energía, a la que se atribuirían aquellas propiedades necesarias para explicar los fenómenos cuánticos que inducen a introducir este concepto. De esta manera todo el mundo físico real –tanto lo corpuscular como lo ondulatorio– habría surgido (o quedaría “reabsorbido”) en un fondo holístico de la realidad. En este sentido, el supuesto del vacío cuántico permitiría explicar el origen del universo como una “fluctuación” en ese vacío cuántico, con una emergencia de la energía necesaria para generar la dinámica evolutiva posterior del universo. La teoría de multiversos podría suponer que el concepto de vacío cuántico podría introducirnos en la naturaleza de esa metarealidad de la que irían surgiendo infinitos universos desde infinitas fluctuaciones en el vacío.
Si esta fluctuación energética inicial hubiera producido la emergencia de la materia en la forma de supercuerdas (de acuerdo con los supuestos de la teoría de supercuerdas), cada uno de los universos podría responder al azar a un cierto conjunto de valores diferenciados (relativos a las once dimensiones necesarias para describir las cuerdas). Podría calcularse incluso el inmenso número de universos posibles que, repitiéndose, darían lugar a infinitos universos. Habría, pues, una serie infinita de universos distintos, derivados del conjunto de valores que germinalmente habrían asumido, por el azar mismo de la fluctuación, cada uno de ellos.
Complejidad cósmica: orden racional y principio antrópico. En principio, la capacidad de generar orden y complejidad en la organización de la materia dependerá de los valores y propiedades iniciales de la materia. Si sólo existiera un universo, las propiedades ontológicas de esa única materia explicarían el orden que vemos. Si existieran infinitos universos, la capacidad de producir orden en cada uno de ellos dependería, en cambio, del conjunto de valores que por azar hubiera asumido la materia surgida de una fluctuación “singular” del vacío cuántico. Podría haber así universos con más o menos orden, e incluso universos que no superaran un estado generalizado de plasma. Ahora bien, ¿en qué consistiría el orden propiamente dicho y cuál podría ser la causa de su complejidad? La hipótesis científica obvia es atribuirlo a la aptitud de relación y de combinación repetitiva de la materia según sus propiedades ontológicas iniciales. Así, una ontología (una forma de ser inicial) muy simple, generando combinaciones de forma repetitiva, podría generar orden muy complejo (de la misma manera que una relación matemática muy simple puede generar un orden fractal sumamente complejo). Esta capacidad de generar orden y un principio darwinista de selección natural podrían explicar la supervivencia evolutiva de los órdenes más estables y el crecimiento de la complejidad.
Sin embargo, en la explicación de la complejización de ese orden evolutivo, la ciencia ha constatado el hecho de que, en ciertos momentos cruciales, en las “encrucijadas” del proceso, podrían haberse seguido, por azar, diversas vías posibles y los valores de ciertas variables hubieran podido responder a ciertas puntuaciones dentro de una gama de posibilidades. Es decir, de entre una gama posible de oscilaciones en la generación del orden, la evolución ha escogido de hecho sólo aquellas vías evolutivas y puntuaciones de variables que, a medio plazo, podían concluir en el orden biológico y, a largo plazo, en el orden que hace posible la vida humana. Por esta razón, la ciencia ha introducido un nuevo concepto, el “principio antrópico”, para constatar que el orden evolutivo –de entre un conjunto de posibilidades abiertas y no excluibles– ha seleccionado el orden que conducía a la vida y al hombre. El orden creado por el universo es, por tanto, de hecho, un “orden antrópico”. Esta pura constatación del principio antrópico en “sentido débil” (sin explicar su causa) es hoy una evidencia de la ciencia que está fuera de duda.
La pregunta que la ciencia debe plantearse es clara: ¿cuál es la causa de la existencia de un orden antrópico constatable en la evolución del universo? Si el universo fuera único es difícil hallar una causa al sorprendente orden antrópico. Una de las posibilidades sería atribuir al universo un “diseño racional”. En la teoría de multiversos (en su caso completada con la teoría de supercuerdas) las sorprendentes propiedades del orden antrópico de nuestro universo podrían atribuirse al azar (en una infinitud de universos uno ha resultado por azar con aquellas propiedades que nos hacen posibles a nosotros). Se habría producido algo así como una selección natural de universos, una especie de darwinismo cosmológico, hasta la aparición por azar del universo sorprendente que hace posible al hombre.
El modelo cosmológico estándar
Como vemos, la cosmología moderna se ha construido sobre una inmensa cantidad de especulación. Creemos que la especulación es necesaria y esencial en la ciencia. Al menos, abre siempre perspectivas: nos hace vislumbrar que las cosas “podrían ser” de una cierta manera. Pero no puede nunca olvidarse que la ciencia es, desde sus fundamentos epistemológicos, conocimiento fundado en los hechos empíricos. Es la construcción del conocimiento que los hechos nos permiten establecer. En este sentido, la ciencia nos previene el error de confundir las especulaciones cualitativas (conceptos especulativos como los multiversos) o matemáticas (modelos matemáticos especulativos como la teoría de cuerdas) con la realidad existente. Que lo dicho por la ciencia deba identificarse con la realidad (no de forma dogmática, sino críticamente, en el sentido popperiano) sólo puede fundarse en las evidencias empíricas. La ciencia es una visión del mundo fundada en los hechos empíricos y, por tanto, aunque la especulación sea legítima, prevalecen siempre las teorías empíricas.
Pues bien, la cosmología científica ha construido el así llamado “modelo cosmológico estándar” para tratar una imagen del universo, de su origen y su evolución en el tiempo, que responda de forma mínimamente especulativa a las evidencias científicas controladas por la comunidad científica. Sería, pues, una forma de prevenirnos ante la especulación, para ofrecernos un criterio de cómo dintinguir lo que podemos pensar como real de lo que constituye especulación. Aparece aquí una imagen del universo construida sobre la hipótesis del big bang y de su probable inflación subsecuente. Este universo, desde la energía inicial, habría ido produciendo una expansión y una aparición de materia/antimateria y del resto de partículas conocidas en los términos hoy admitidos, un universo cuya dinámica expansiva se entiende a partir de las ecuaciones de Einstein, tal como se readaptaron a la descripción del universo expansivo. Este universo es también un universo cuyos valores constatados muestra de hecho un inequívoco orden antrópico. Por último, un universo que, mirando hacia el futuro, seguirá un proceso de expansión indefinida (sin que se produzca frenado, o big crunch) que concluirá en una muerte térmica en que las partículas acabarán absorbidas en ese fondo de referencia o vacío cuántico.
CONCLUSIÓN
Las teorías del universo están, pues, en estrecha relación con las teorías sobre la materia. Son interdependientes. En todo caso, la revisión de las principales propuestas que se despliegan abriendo una amplia panorámica de hipótesis y especulaciones nos hace evidentes varias cosas. En primer lugar, la pertinencia de la especulación en la ciencia: ésta no es una pura relación de los hechos, de naturaleza empírico-inductiva, sino construcción especulativa de corte hipotético-deductivo que imagina cómo pudo ser la realidad más allá de nuestra experiencia inmediata, más allá de nuestro espacio macrocósmico (hacia lo microfísico-cuántico) y más allá de nuestro tiempo (hacia el origen pasado y hacia el futuro del universo). En segundo lugar, que la ciencia está lejos de haber conocido con certeza y seguridad el origen, naturaleza y evolución futura del universo. El resumen es que se trata de un universo enigmático que permite construir diferentes teorías, no siendo posible diseñar experimentos cruciales que faciliten la selección entre unas y otras. Estos hechos deberemos tenerlos en cuenta cuando más adelante hablemos de la metafísica de la ciencia.
Artículo elaborado por Javier Monserrat, Universidad Autónoma de Madrid, Cátedra Francisco José Ayala de Ciencia, Tecnología y Religión, en la Universidad Comillas
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