21.- El universo podría haber surgido desde la nada

Recientemente se ha producido gran agitación en la prensa y en la blogósfera como consecuencia de la publicación del libro The Grand Design, escrito por Stephen Hawking y Leonard Mlodinow. Teólogos, filósofos y científicos debaten e intercambian ideas acerca de un tema tan fascinante como lo es el inicio de nuestro universo, y de sus posibles causas.

Intentaré hacer algún aporte desde mi limitada comprensión del tema.


1.- Entrevista a Hawking

Algunos días antes de la publicación del libro, Larry King entrevistó en CNN a los autores, junto al sacerdote Robert Spitzer y al escritor Deepak Chopra.

A continuación traduzco la mayor parte de la entrevista a Hawking. El tiempo está indicado en MM:SS.

00:22 King: Stephen, ¿por qué es importante encontrar el "gran diseño" de nuestro universo?

Hawking: creo que debiésemos tener una amplia visión de cómo opera el universo, y nuestro lugar en él. Es un deseo humano básico, y pone nuestras otras preocupaciones en perspectiva.

King: Ud. dice que la ciencia puede explicar el universo sin necesidad de un creador. ¿Cuál es esa explicación? ¿Por qué hay algo en lugar de la nada?

Hawking: la gravedad y la teoría cuántica son la causa de que los universos puedan ser creados espontáneamente a partir de la nada.

King: Ud. dice que porque existe una ley tal como la gravedad, el universo puede y se creará a sí mismo desde la nada. ¿Puede decirme cómo surgió dicha ley?

Hawking: la gravedad es una consecuencia de la teoría M, que es la única teoría unificada posible. Es como decir que 2 + 2 = 4.

King: supongo que está expuesto en forma simple... ¿Cree Ud. en Dios?

Hawking: Dios podría existir, pero la ciencia puede explicar el universo sin necesidad de un creador.

King: … su libro ha generado bastante controversia. ¿Por qué cree Ud. que la gente reacciona en forma tan apasionada ante su aseveración de que no es necesario invocar a Dios para explicar la creación del universo?

Hawking: la ciencia está respondiendo cada vez más preguntas que caían anteriormente en el ámbito de las religiones.

King: uno de sus colegas en Cambridge dice que la ciencia nos provee con una narrativa acerca de cómo puede ocurrir la existencia, pero la teología se encarga del significado de la narrativa. ¿Cómo responde a eso?

Hawking: la explicación científica está completa. La teología es innecesaria.

King: … respuesta bastante directa. ¿Qué le da significado a su vida, a su existencia?

Hawking: tengo una vida completa y satisfactoria. Mi trabajo y mi familia son muy importantes para mí.

King: recientemente Ud. dijo que ve grandes peligros para la raza humana. ¿Cuáles son las fuentes de esos peligros? ¿Provienen de la misma raza humana, o son factores externos?

Hawking: estamos en peligro de destruirnos a nosotros mismos por nuestra codicia y estupidez. No debemos permanecer mirándonos a nosotros mismos en un planeta pequeño, contaminado y sobrepoblado.

King: ¿cuál es la posibilidad de que la humanidad sobreviva a estas amenazas?

Hawking: si podemos sobrevivir a los próximos siglos, debiéramos habernos diseminado por el espacio. Entonces, un desastre aislado no eliminará a toda la raza humana.

04:22 Hawking: de acuerdo a la teoría M, nuestro universo no es el único universo. La teoría M predice que un gran número de universos ha sido creado a partir de la nada. Su creación no requiere de la intervención de algún ser sobrenatural o de Dios. Más bien, estos universos múltiples surgen en forma natural a partir de leyes físicas. Son una predicción de la ciencia.

05:02 King: Ud. ha escrito, Stephen, que el viaje en el tiempo fue alguna vez considerado una herejía científica. ¿Cuál es la probabilidad de que el viaje en el tiempo se transforme algún día en una realidad?

Hawking: el viaje en el tiempo fue considerado como ciencia ficción, pero la teoría de la relatividad general de Einstein permite que se pueda distorsionar el espacio tiempo en tal medida, que Ud. podría despegar en un cohete y volver antes de haber partido. Fui uno de los primeros en escribir acerca de las condiciones bajo las cuales eso sería posible. Desafortunadamente, es probable que la distorsión destruya la nave espacial, y quizás el viaje en el tiempo también.

King: si Ud. pudiera viajar en el tiempo, ¿iría hacia adelante o hacia atrás?

Hawking: iría hacia adelante, para verificar si la teoría M es realmente la teoría del todo.

King: ¿tiene Ud. un héroe? ¿Quién es su héroe, y por qué?

Hawking: Galileo, el primer científico moderno, quien se dio cuenta de la importancia de la observación. Me siento más cercano a él porque siguió su olfato y porque fue en cierta medida un rebelde.

07:00 King: ¿qué es lo que más desea Ud. que la gente obtenga de su nuevo libro "El Gran Diseño"? … ¿Cuál es el punto más importante del libro?

Hawking: que la ciencia puede explicar el universo, y que no necesitamos a Dios para explicar porqué hay algo en lugar de la nada, o porqué las leyes de la naturaleza son como son.

King: ¿qué cualidad o enseñanza le gustaría a Ud. traspasar a sus hijos?

Hawking: miren arriba hacia las estrellas, no abajo hacia los pies.


2.- Un Universo a partir de la nada

Lawrence Krauss es un destacado físico que aparece frecuentemente en documentales científicos. El año 2009 dio una gran conferencia en la reunión de la Atheist Alliance International, denominada "Un Universo a partir de la nada".

A continuación traduzco algunos fragmentos. El tiempo está indicado en MM:SS.

20:07 [VIDEO] La "nada" dejó de ser la nada en Física. Debido a las leyes de la mecánica cuántica y relatividad especial, en escalas extremadamente pequeñas, la "nada" es realmente una hirviente y burbujeante infusión de partículas virtuales que aparecen y desaparecen en una escala de tiempo tan corta, que no alcanzamos a verlas.

20:42 Ocurre que no podemos medir las partículas virtuales directamente, pero podemos medir sus efectos en forma indirecta. Y de hecho son responsables de las mejores predicciones en física.

21:00 Este es el espacio dentro de un protón, el espacio vacío dentro de un protón. No donde están los quarks, sino el espacio vacío entre los quarks. Esta es una animación, pero es una animación exacta proveniente de cálculos basados en la física. Así es el espacio vacío.

Ahora, ¿cómo sabemos eso? Bueno, hay muchas razones, pero una de ellas es que la mayoría de la masa del protón no proviene de los quarks dentro del protón, sino del espacio vacío entre los quarks. Estos campos que aparecen y desaparecen producen cerca del 90% de la masa del protón.

Los protones y los neutrones son la materia dominante en vuestro cuerpo, pero el espacio vacío es responsable del 90% de vuestra masa.

Así que este espacio vacío es vital para la ciencia, y estos cálculos son vitales para entender los protones, los electrones y los átomos, y producen la mejor coincidencia entre la teoría y los experimentos en toda la ciencia: 10 decimales de precisión en electrodinámica cuántica. Realizando estos cálculos, podemos obtener los resultados correctos. Es asombroso.

33:10 las leyes de la física permiten que un universo comience de la nada. No se necesita una deidad. Partimos de la nada, cero energía en total, y las fluctuaciones cuánticas pueden producir un universo.

40:28 … de hecho es correcto según sabemos ahora con una exactitud del 1%. El universo es "plano". Tiene una energía total igual a cero, y podría haber comenzado desde la nada.

40:48 ¿por qué existe algo en lugar de la nada? La respuesta es: ¡tiene que existir! Si tenemos "nada" en mecánica cuántica, siempre obtendremos "algo". Es así de simple.

42:38 nuestra nueva imagen de la cosmología es que vivimos en un universo dominado por la nada. La mayor parte de la energía del universo, 70% de la energía del universo, reside en el espacio vacío y no tenemos la menor idea de porqué está ahí.

43:25 [VIDEO] esto nos dice que somos más insignificantes de lo que nunca nos imaginamos. Si tomamos el universo, todo lo que vemos, estrellas, galaxias, grupos de galaxias, todo lo que vemos, si nos deshacemos de todo eso, el universo es esencialmente el mismo. Constituimos un 1% de polución en un universo que es 30% materia oscura y 70% energía oscura. Somos completamente irrelevantes. Cómo es posible que un universo en el cual somos tan irrelevantes haya sido hecho para nosotros, está fuera de mi comprensión.


3.- Comentarios

Algunas afirmaciones anteriores pueden parecer descabelladas, y es natural que así ocurra.

Pensamos con nuestro cerebro, un tipo de red neuronal que evolucionó y se entrenó en una escala de tamaños y de velocidades que es la correspondiente a la de nuestro cuerpo y a la de su velocidad normal de desplazamiento.

Antes de cruzar una calle observamos los vehículos que se aproximan mientras nuestro cerebro analiza el problema (tomando en cuenta la distancia que nos separa de los vehículos, sus velocidades y el tiempo que tardaríamos en cruzar en función del ancho de la calle y de nuestra velocidad) y en una fracción de segundo determinamos correctamente si el cruce es seguro o no.

Pero el cerebro humano experimenta una gran dificultad para comprender realidades tan ajenas a él como lo son –por ejemplo- los viajes a velocidades cercanas a la de la luz, el efecto de la masa sobre el tiempo o la naturaleza aleatoria del mundo subatómico en el que ocurrió el Big Bang.

La dilatación del tiempo, que según la relatividad especial de Einstein ocurre al viajar a grandes velocidades, va en contra de la intuición humana, pero se verifica a diario en los aceleradores de partículas.

Según la relatividad general de Einstein, el tiempo transcurre más lentamente en las cercanías de objetos masivos. Parece un disparate; después de todo, no notamos que nuestro reloj se atrasa al acercarnos a una persona obesa. Pero dicha "anomalía" es esencial para alcanzar la exactitud requerida por el sistema de posicionamiento global. Si no se tomase en cuenta el efecto de la gravitación terrestre sobre los relojes de gran precisión instalados a bordo de los satélites del sistema GPS, el error de posicionamiento sería de centenares de metros.

Algo similar ocurre con la "nada". Pensamos que no puede existir nada ahí, pero aparentemente, una frenética danza de partículas virtuales está ocurriendo en ese extraño y desconocido mundo subatómico, partículas que irrumpen en "nuestro mundo" durante intervalos de tiempo tan breves que resulta imposible detectarlas, pero que de vez en cuando, podrían suministrar la chispa requerida para iniciar nuevos universos.

Los avances científicos de los últimos siglos nos dejan una lección importante: debemos confiar menos en nuestra intuición y más en los resultados de las observaciones y de los experimentos.