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La forma del universo: Cosmogonías modernas

ALBERT EINSTEIN (1879-1965)

Físico y matemático alemán, nacionalizado después suizo, austriaco y estadounidense. Autor de la teoría de la Relatividad. Nació en Ulm (Alemania), de ascendencia judía. Descartando ciertos axiomas, Einstein llega una nueva concepción del espacio, en la que las tres dimensiones clásicas de longitud, latitud y altura están ligadas indisolublemente a la cuarta dimensión, el tiempo.

Einstein

Obras:

-Sobre la electrodinámica de cuerpos en movimiento.

-Sobre la teoría especial y la teoría general de la relatividad.

-El significado de la relatividad.

LA FORMA DEL UNIVERSO: COSMOGONIAS MODERNAS

¿Por qué es importante históricamente Copérnico? ¿Qué sabe de Newton, de Einstein? El desprecio de las grandes concepciones de la antigüedad nace de la falta de sentido histórico, se olvida que la genialidad no es una característica absoluta, sino relativa, en función del momento histórico en la cual aparece. Los grandes pensadores viven y vivieron en momentos históricos determinados, bajo condiciones sociales, políticas, técnicas, determinadas, que pueden transformar, pero de las cuales no pueden prescindir de una manera absoluta, pues ellos mismos son fruto de su momento histórico. La genialidad no está en el descubrimiento de verdades absolutas, inconmovibles, indiscutibles para todos los hombres y todos los tiempos. A un observador superficial, que carezca de sentido histórico, las distintas explicaciones de los antiguos acerca de la constitución de la materia y del origen del universo podrían parecer ridículas e infantiles, olvidando que han transcurrido miles de años de historia, en los cuales la humanidad ha hecho conquistas decisivas para la comprensión de la naturaleza y del universo.

La genialidad de los grandes pensadores antiguos está en haber roto con la tradición mitológica y mágica de la interpretación del universo y en haber intentado una explicación racional, tomando como punto de partida la observación "cotidiana con medios muy pobres y rudimentarios" pero los únicos disponibles en su situación histórica. Tales de Mileto no fue un hombre común y corriente, fue un sabio para su tiempo. La tradición nos cuenta que fue el primero en predecir un eclipse de Sol (28 de mayo del 585 antes de Cristo); a él le debemos el famoso teorema de que todo triángulo inscrito en una semicircunferencia, uno de cuyos lados es el diámetro de la circunferencia, es un triángulo rectángulo; la tradición nos dice además que había descubierto un método para medir la distancia de un barco a la costa, la igualdad de los ángulos de la base de un triángulo isósceles, la igualdad de los triángulos que tienen un lado igual y dos ángulos respectivamente iguales, etc.

La visión que tenemos actualmente del universo es muy distinta a la de los antiguos; este hecho no debe de ninguna manera disminuir nuestra admiración por aquellos pensadores, que tuvieron el valor y la audacia de intentar una explicación racional del mismo.

Los grandes pasos de las astronomías modernas se pueden resumir brevemente de la siguiente manera. El primer gran sistema astronómico se debe a Tolomeo (sabio alejandrino, hacia el siglo II después de Cristo). Tolomeo colocaba la Tierra como centro del sistema planetario, el Sol era un planeta más, como la Luna, Venus o Mercurio, etc. Copérnico (1473-1543), revoluciona la astronomía de una manera definitiva, la Tierra ya no es el centro del Universo, pasa a ser un planeta del sistema solar, cuyo centro es el Sol. Galileo (1564-1642), se convierte en el principal defensor del sistema copernicano, inventa el telescopio y, por primera vez en la historia de la ciencia, observa el firmamento con un instrumento que “acorta” las distancias considerablemente. El firmamento es observado por primera vez de una manera distinta a la de simple vista el 7 de enero de 1610. Kepler (1571-1630), descubre que las órbitas de los planetas no son circulares, sino elípticas. Newton (1642-1727), explica la causa de los movimientos planetarios, los astros son retenidos en sus órbitas por las fuerzas gravitacionales que existen entre las masas, es la famosa ley de la gravitación universal. Einstein (1879-1955), reemplaza el sistema de Newton por otro sistema, formulado en su famosa teoría de la relatividad.

¿Qué sabemos del universo, dados nuestros conocimientos actuales? La Tierra es como un grano de polvo perdido en la inmensidad de los espacios siderales. El Sol, como todo el sistema planetario, pertenece a un inmenso sistema estelar, la Galaxia. El número total de estrellas de la Galaxia se calcula en 300 mil millones. Fuera de la Galaxia existen otros sistemas estelares semejantes, a miles de millones de kilómetros de distancia. Las distancias astronómicas hay que medirlas por millones y aun miles de millones de años de luz (la luz viaja a 300000 km por segundo). Las nebulosas extragalácticas parecen alejarse unas de otras a velocidades proporcionales a la distancia del observador. Es como si el universo estuviera en expansión continua. (Ley de Hubble: la velocidad de recesión de una espiral nebulosa extragaláctica es proporcional a la distancia que nos separa de ella, así, para una espiral situada a la distancia de 1 megaparsec -3.3 millones de años luz-la velocidad de fuga es de 500 km/s, a 2 megaparsec corresponde una velocidad de fuga de 1 000 km/s y así sucesivamente). La atmósfera terrestre es bombardeada continuamente por partículas a altas velocidades, los rayos cósmicos. El origen de estas partículas no es el Sol, ni las estrellas de la Galaxia; proceden de todas las regiones del universo, y su naturaleza es aún un misterio para la ciencia. Los espacios intragalácticos no están completamente vacíos de materia, los científicos hablan de una nube cósmica difundida por todo el espacio en forma muy tenue, sin embargo, perceptible para los instrumentos ultraperfeccionados de observación. Los sistemas galácticos no son sistemas estáticos, tienen movimientos de rotación y, al parecer, de expansión interna.

Los antiguos creían contemplar con sus propios ojos los límites del universo, que correspondían a la «esfera» de las estrellas. Con nuestros medios de observación el universo se ha hecho inmensamente más grande, ningún pensador antiguo llegó ni siquiera a sospechar la existencia de sistemas estelares semejantes al que observamos a simple vista, y a miles de millones de kilómetros de distancia. Es cierto que Anaximandro nos habla de infinitud de mundos semejantes al nuestro, y de que el universo es infinito, sin embargo, nunca llegó a pensar que algún día podríamos contemplar esos mundos. Nuestro universo se ha hecho inmensamente más extenso y más complejo. Quizás uno de los aportes más espectaculares de la ciencia actual es el descubrimiento de la fuga de las galaxias, lo cual nos hace pensar en un universo en continua expansión.

Han transcurrido 2.500 años desde la aparición de la escuela de mileto hasta nuestros días, nuestros conocimientos de la naturaleza son, sin comparación, muy superiores; sin embargo, hoy como antes, nos volvemos a preguntar sobre el origen del universo. Es como si el pensamiento humano volviera continuamente sobre los mismos problemas. ¿Es eterna la materia? ¿Tuvo un comienzo en el tiempo? ¿Cómo se formaron los mundos que descubrimos en la insondable inmensidad del espacio? Hay un hecho ante el cual el pensamiento humano se conmueve hasta lo más profundo, lleno de estupor y de admiración: existe algo, démosle el nombre que se quiera, Dios, mundo, materia, espíritu, y ante este hecho primero el pensamiento no cesa entonces de preguntar continuamente acerca del cómo y del por qué, es el nacimiento de la ciencia y de la filosofía. ¿No sería más fácil que no existiera nada? Absolutamente nada..., pero existe algo, y es preciso explicar su existencia. Este impacto del pensamiento que da lugar a toda clase de preguntas posteriores, lo llama con toda razón un filósofo moderno, alemán, Shock metafísico (Heiddeger).

No es nuestro intento exponer las distintas respuestas posibles a la eternidad o no eternidad de la materia, al origen y formación del universo, al por qué de la existencia de «algo». Más bien, expondremos brevemente las grandes hipótesis científicas de nuestros días sobre la formación del universo, con el fin de que tomemos conciencia de la importancia de la historia, al poner de manifiesto la diferencia entre las cosmogonías antiguas, como el caso de la escuela de Mileto, y las cosmogonías de los hombres de ciencia más eminentes del siglo XX. Es muy posible que generaciones futuras califiquen de infantiles y primitivas nuestras hipótesis, de manera semejante a como nosotros calificamos de infantiles las explicaciones de los antiguos, pero si las generaciones futuras tienen conciencia de los condicionamientos históricos, comprenderán que nuestros conocimientos actuales no nos permiten otra clase de explicaciones, sin que por ello dejen de ser geniales.

Einstein, partiendo de fórmulas matemáticas muy complejas, y aprovechando todas las adquisiciones de la física moderna, concibe el universo como una inmensa esfera cuyo radio es de diez mil millones de años luz, y recordemos que la luz viaja a una velocidad de 300.000 km/s; sin embargo, la luz no alcanza nunca los límites del universo, el universo es finito, pero ilimitado ¿Qué quiere decir esto? La materia del universo es finita, sin embargo, si partimos de un punto cualquiera del universo volvemos al mismo punto, de manera semejante a como partiendo de un punto cualquiera de una superficie esférica volvemos al mismo punto. El espacio es curvo y no plano, cualquier trayectoria describe una curva, y, si se prolonga suficientemente, vuelve sobre sí misma. Si el espacio es finito pero ilimitado, el tiempo del universo, en cambio, es infinito, por lo tanto eterno. La máxima velocidad que puede alcanzar un cuerpo cualquiera es la de la luz, la velocidad de la luz constituye por tanto una velocidad límite. De la concepción del espacio curvo se sigue además varias consecuencias supremamente curiosas, una de ellas es que es posible que muchas de las estrellas sólo sean puntos luminosos fantasmas, formadas por los rayos luminosos que se vuelven a encontrar en el mismo punto de donde salieron, mientras que la estrella original se ha desplazado, debido a su movimiento de traslación. Sin embargo, la representación del universo de Einstein encuentra una dificultad, no explica el movimiento de expansión del universo; ya dijimos cómo las galaxias se alejan unas de otras a velocidades crecientes.

Einstein supone que el radio del universo es constante, diez mil millones de años luz; Lemaitre, sabio francés, supone por el contrario que el radio del universo varia con el tiempo, es decir, el universo está en expansión continua. La forma del universo es, como en la representación de Einstein, esférica. Cualquier observador puede decir que se encuentra en el centro del universo, de una manera semejante a como cualquier punto de la superficie de una esfera se puede considerar como el centro de la superficie. Es como si las galaxias estuvieran colocadas sobre Una inmensa goma de inflar, a medida que esta se va inflando, todos los puntos de la superficie se van alejando unos de otros, así se explicaría la fuga de las galaxias descubierta por Hubble. Retrocediendo en el tiempo, podemos suponer un momento inicial en el cual todas las galaxias estaban reunidas en una inmensa esfera de materia. Lemaitre supone que esta esfera primigenia constituía un inmenso átomo que al explotar irradiaría partículas atómicas en todas las direcciones, aumentado así de manera progresiva el radio del espacio inicial. En el universo hay por lo tanto dos fuerzas universales, una fuerza de repulsión debida a la explosión primitiva y una fuerza de atracción debida a las masas; la primera se llama fuerza cósmica, la segunda, fuerza gravitacional. Dentro del espacio en expansión hubo regiones en las cuales predominó la fuerza gravitacional sobre la fuerza cósmica; la materia se condensó formando así las galaxias. Multitud de partículas desprendidas de la explosión del átomo inicial recorrerían el espacio en todos los sentidos; estas partículas de alta velocidad constituirían lo que los científicos denominan rayos cósmicos. La materia del universo en expansión es finita, cuando la velocidad de fuga de las galaxias supere la velocidad de la luz, sus rayos luminosos no llegarán hasta el observador, las galaxias desaparecerán para este, y la única imagen que tendrá del mundo será la de su propia galaxia, que también desaparecería del campo visual de otros posibles observadores de otras galaxias. El origen del universo en expansión habría que colocarlo en la explosión del átomo primitivo; los cálculos matemáticos colocan la explosión cósmica universal hace dos mil millones de años. Sin embargo, otros cálculos matemáticos sobre la antigüedad de las galaxias proporcionan números mucho mayores, del orden de miles de millones de años. Una dificultad que deja sin responder la hipótesis de Lemaitre. Se trata evidentemente de una explicación del origen del universo en expansión, no se trata del origen de la materia misma que constituiría el átomo primitivo; a este respecto, la ciencia no nos puede decir absolutamente nada, habría que recurrir a argumentos de otro orden, distintos a los simplemente matemáticos y físicos; se abre entonces el campo a la especulación filosófica.

Lemaître entre Robert Millikan y Albert Einstein Lemaître entre Robert Millikan y Albert Einstein

En contraposición a Einstein y a Lemaitre, E.A. Milne, 1935, sabio inglés, parte de una teoría distinta a la de la relatividad en su presentación del universo. Milne parte de un principio cosmológico; este principio quiere decir más o menos lo siguiente: la representación que se hacen del universo dos o más observadores es igual, no importa que estén colocados en sitios distintos, esto quiere decir que el universo no tiene un centro o punto privilegiado, cualquier punto de observación hace de centro, y en esto está de acuerdo con la teoría del espacio esférico de Einstein y de Lemaitre, sólo que Milne parte de un postulado que prescinde del espacio curvo y supone el espacio plano de la geometría euclidiana. Partiendo de este postulado Milne llega a las conclusiones siguientes, supremamente interesantes dentro de las hipótesis cosmogónicas: el universo es esférico desde cualquier punto que lo observemos, sus dimensiones son finitas; sin embargo, el número de las nebulosas o de las galaxias es infinito, por lo tanto la materia es infinita (Anaximandro). El universo se encuentra en expansión continua, el espacio cósmico es recorrido por una cantidad inmensa de partículas que se mueven en todas las direcciones y que constituyen los rayos cósmicos. Retrocediendo en el pasado, se va disminuyendo el radio del universo, hasta llegar a tener hipotéticamente las dimensiones de un punto en el tiempo t=O, se puede hablar entonces, si se quiere, de creación, pues es el comienzo del tiempo.

Referencia:

VÉLEZ, F. (1985). Filosofía 1. Educar Editores S.A.