VICHADA... Sí Aprende
La Mejor Tierra del Mundo

GÉNESIS -Paul Davies-

Fragmento  "Dios y la Nueva Física" de Paul Davies

«En el principio Dios creó el Cielo y la Tierra.» GÉNESIS 1:1
«Pero nadie estaba allí para verlo.»
STEVEN WEINBERG (Los tres primeros minutos del Universo)
 
¿Hubo una creación? De ser así, ¿cuándo tuvo lugar y cuál fue su causa? Nada es más profundo o más desconcertante que el enigma de la existencia. La mayoría de las religiones tienen algo que decir acerca del origen de las cosas, pero la ciencia moderna tiene también su punto de vista. En este libro hablaré del enigma del génesis a la luz de los más recientes hallazgos cosmológicos y en este capítulo me ocuparé del Universo como un todo. Usaré el término "Universo" en el sentido de "todas las cosas físicas que existen", es decir, toda la materia distribuida en y entre las galaxias, todas las formas de energía, todas las cosas no materiales tales como los agujeros negros y las ondas gravitacionales, y asimismo todo el espacio que se extiende (si es que en realidad ocurre así) hasta el infinito. Algunas veces usaré también las palabras "mundo" o "mundo físico" para expresar el mismo concepto.

Cualquier sistema conceptual que se considere en condiciones de proporcionar una comprensión del Universo debe dar alguna explicación de su origen. En una primera aproximación, la elección parece clara: O bien el Universo ha existido siempre (de una u otra forma) o bien todo empezó, más o menos abruptamente, en un instante particular del pasado. Ambas alternativas han sido durante largo tiempo motivo de perplejidad para teólogos, filósofos y científicos, y las dos presentan dificultades evidentes para el profano.

Si el Universo no tuvo un origen en el tiempo, es decir, si ha existido siempre, entonces tiene una edad infinita. El concepto de infinito hace vacilar a mucha gente. Si ya han ocurrido un número infinito de sucesos hasta ahora, ¿por qué ha aparecido la vida precisamente en este momento? ¿Ha permanecido el Universo en reposo durante toda una eternidad sólo para ponerse en acción en una fecha relativamente reciente o, por el contrario, ha habido siempre algún tipo de actividad? Por otro lado, aceptar un comienzo del Universo implica admitir que ha surgido de repente de la nada. Esto parece implicar que hubo un primer acontecimiento. Si es así, ¿qué lo causó? ¿Tiene siquiera sentido plantearse tal pregunta?

Muchos pensadores esquivan estas cuestiones y se vuelven hacia la evidencia científica. ¿Qué puede decimos la ciencia acerca del origen del Universo?

En nuestros días, la mayoría de los cosmólogos
y astrónomos respaldan la teoría de que, efectivamente, hubo una creación hace unos dieciocho mil millones de años, cuando el Universo físico irrumpió con una impresionante explosión conocida popularmente como el Big Bang (en inglés "Gran Explosión"). Hay muchos datos a favor de esta asombrosa teoría. Desde el punto de vista científico, la hipótesis esencial de que hubo alguna clase de creación parece irrefutable (se acepten o no los detalles). Las razones proceden directamente de la más universal de las leyes físicas: el segundo principio de la termodinámica. En su interpretación más general, esta ley establece que cada día el Universo se hace más desordenado. Hay una especie de descuido gradual pero inexorable hacia el caos. Se encuentran ejemplos del segundo principio en todas partes: los edificios se derrumban, la gente envejece, las montañas y las costas se erosionan, los recursos naturales se agotan.

Si toda actividad natural produce más desorden (cuando se mide de un modo apropiado), entonces el mundo debe cambiar irreversiblemente, puesto que para restituir el Universo a las condiciones pasadas es preciso reducir de algún modo el desorden a su nivel anterior, el
cual contradice el segundo principio. Sin embargo, a primera vista parece que existan muchos contraejemplos a esta ley. Se levantan nuevos edificios, se desarrollan nuevas estructuras. ¿No es acaso cada recién nacido un ejemplo de orden surgiendo del desorden?

En estos casos tenemos que aseguramos de que estamos observando el sistema total y no meramente la parte del mismo que es objeto de nuestro interés. La concentración de orden en una región del Universo siempre se compensa mediante un incremento de desorden en alguna otra parte. Por ejemplo, consideremos el caso de 1. construcción de un nuevo edificio. Los materiales empleados contribuyen inevitablemente a agotar los recursos naturales del mundo, y la energía consumida en el proceso de construcción se  pierde irremediablemente. Cuando se establece un balance completo, el desorden siempre gana.

Los físicos han inventado una magnitud matemática, la entro
pía, para cuantificar el desorden. Numerosos experimentos realizados cuidadosamente han verificado que la entropía total de un sistema nunca decrece. Cualquier cambio que se produzca dentro de un sistema aislado elevará inexorablemente la entropía hasta un valor máximo. Cuando este valor se alcance, no habrá ningún cambio posterior, el sistema habrá alcanzado una situación de equilibrio termodinámico. Una caja que contenga una mezcla de productos químicos nos proporciona un buen ejemplo. Las sustancias químicas reaccionan, liberan calor, se altera su estructura molecular, etc. Todos estos cambios aumentan la entropía dentro de la caja. Finamente, el contenido de la misma se estabiliza en su forma química final a una temperatura uniforme y no se produce ningún otro cambio. Devolver el contenido a su estado original no es imposible, pero conllevaría abrir la caja y consumir energía y materia para Invertir los cambios que hubieran tenido lugar. Esta manipulación introducir la entropía suficiente como para compensar el descenso de entropía en el interior de la caja.

Si el Universo tiene una cantidad finita de orden y se mueve irreversiblemente hacia el desorden, hacia el equilibrio termodinámico, podemos obtener dos profundas consecuencias. La primera es que el Universo morirá finalmente, víctima de su propia entropía (esto es lo que los físicos llaman "muerte térmica" del Universo). La segunda es que el Universo no puede haber existido desde siempre, pues de no ser así hubiera alcanzado hace mucho tiempo su estado
de  equilibrio final. Conclusión: El Universo no ha existido siempre.

En todos los sistemas familiares que se encuentran a nuestro alrededor vemos en acción al segundo principio de la termodinámica. La Tierra, por ejemplo, no puede haber existido desde siempre, pues de lo contrario su interior se habría enfriado completamente.
 
Por medio de estudios radiactivos se puede establecer la edad de la Tierra en cerca de cuatro mil quinientos millones de años, edad similar a la de la Luna y a la de varios meteoritos.

En cuanto al Sol, es claro que no puede continuar ardiendo eternamente. Año tras año sus reservas de combustible se reducen, de manera que algún día se enfriará y se apagará. Por la misma razón, sus llamas debieron encenderse hace un cierto tiempo: El Sol no tiene fuentes ilimitadas de energía. Según algunas estimaciones, la edad del Sol es un poco mayor que la de la Tierra, lo cual está de acuerdo con las teorías astronómicas más comunes según las cuales el Sistema Solar se formó como un solo ente. No obstante, el Sistema Solar es una pequeñísima porción del Universo y sería arriesgado aventurar conclusiones a partir de consideraciones sobre la Tierra y el Sol únicamente. De todos modos, el Sol es una estrella típica, y, por otro lado, nuestra galaxia contiene muchos millones de otras estrellas cuyos ciclos vitales pueden ser estudiados por los astrónomos. Existen estrellas en diversas fases de su evolución que nos permiten construir un modelo detallado del nacimiento, vida y muerte de las mismas.

Las estrellas y los planetas proceden de la concentración y fragmentación gradual de enormes y tenues nubes de gas interestelar constituido principalmente de hidrógeno. Es fácil encontrar regiones en nuestra galaxia donde están naciendo nuevas estrellas. Una de ellas, la Gran Nebulosa de Orión, es visible a simple vista. Las estrellas no se formaron todas a la vez. Nuestro Sol, por ejemplo, con una edad de cerca de cinco mil millones de años, tiene como mucho la mitad de la edad de la más vieja de las estrellas de nuestra galaxia. La formación del Sistema Solar ha sido el resultado de un proceso continuado que, solamente en la Vía Láctea, ha ocurrido miles de millones de veces y que proseguirá en el futuro. Así, en lo que a la formación de estrellas y planetas se refiere, no hubo realmente una creación, sino una especie de cadena de montaje cósmica que convirtió la materia prima original -hidrógeno, helio y una minúscula parte de elementos más pesados- en estrellas y planetas.

Puesto que las estrellas se queman constantemente y surgen otras para reemplazarlas, cabe preguntarse si este ciclo de nacimiento-muerte ha estado produciéndose indefinidamente. El segundo principio de la termodinámica afirma que no es posible. Los materiales de combustión de las estrellas no pueden ser recicla
das completamente. La energía que se necesitaría se disipa hacia el espacio exterior en forma de luz estelar radiada a lo largo de los eones. Por otro lado, una parte del material estelar se pierde irremediablemente en los agujeros negros.

Existe, sin embargo, una razón más directa para creer que el sistema cósmico no ha estado reciclándose durante toda una eternidad. Isaac Newton, uno de los padres de la ciencia moderna, estableció que la gravedad es una fuerza universal que actúa entre todos los cuerpos materiales. Cada estrella, cada galaxia, atrae a cada una de las demás con una fuerza gravitacional. Debido a que todos los cuerpos astronómicos flotan libremente en el espacio, no parece existir ninguna razón por la que éstos no se precipiten unos encima de otros como resultado de esta fuerza gravitatoria. En el Sistema Solar, el desplome gravitacional de los planetas hacia el Sol se evita debido a la fuerza centrífuga: los planetas giran alrededor del Sol. Asimismo, la Galaxia también gira. Claramente las galaxias no pueden haber estado allí fijas desde siempre. Así, el Universo no siempre habrá gozado de su disposición actual.

Aunque este acertijo cósmico estaba planteado desde la época de Newton, no fue hasta la década de los años veinte cuando se descubrió la solución. El astrónomo americano Edwin Hubble descubrió que las galaxias no se aproximan, sino que, por el contrario, se alejan a toda velocidad. Hubble se dio cuenta de que el color de la luz galáctica se distorsiona ligeramente ("se desplaza hacia el rojo" para usar el lenguaje técnico), circunstancia que sugiere una rápida recesión. La razón es que la luz está constituida por ondas, de manera que una fuente de luz en movimiento puede estirar o comprimir las ondas, del mismo modo que un vehículo en movimiento expande o comprime las ondas sonoras que emite. El tono del ruido de un motor de automóvil o el del silbato de un tren descienden espectacularmente cuando éstos se alejan de nosotros. En el caso de la luz, léase "color" en lugar de "tono" y se tendrá el corrimiento hacia el rojo de Hubble. Las velocidades en juego, sin embargo, son mucho mayores. Las galaxias distantes se alejan a velocidades de muchos kilómetros por segundo.

El descubrimiento de Hubble se interpreta en ocasiones erróneamente, como si nuestra galaxia ocupara el centro de esta impetuosa carrera y las restantes se alejaran de nuestra posición. Esto no es .así. Dado que las galaxias más distantes se alejan más deprisa que las más cercanas,  las separaciones entre las galaxias también se
hacen más grandes, de manera que, de hecho, cada galaxia se está alejando de todas las demás. Este es el famoso "Universo en expansión". La dispersión galáctica parecería muy semejante desde cualquier otro lugar del cosmos.

El Universo en expansión concuerda muy bien con las ideas modernas acerca de la naturaleza del espacio, del tiempo y del movimiento. Albert Einstein, que goza entre la comunidad científica del mismo prestigio que San Pablo entre los cristianos, revolucionó nuestra concepción sobre estos temas con su genial teoría de la relatividad. Aunque durante más de sesenta años sus ideas han chocado con la imaginación popular, los físicos hace ya mucho tiempo que aceptan el concepto de espaciotiempo curvo como una explicación de la gravedad.

La fuerza de la gravedad rige todos los fenómenos cósmicos a gran escala. En los objetos de tamaño astronómico, la gravedad supera a las demás fuerzas, como el magnetismo y la electricidad. La gravedad moldea las galaxias y controla los movimientos intergalácticos. Cuando se pretende explicar el Universo en expansión hay que recurrir necesariamente a la gravedad.

Einstein argumentó convincentemente que la gravedad deforma o distorsiona el espacio y el tiempo. Esta idea se puede comprobar directamente observando la desviación gravitacional que experimentan los rayos de luz estelar que rozan la superficie del Sol. En un eclipse solar podemos ver estrellas que en realidad deberían estar ocultas por el disco del Sol. Como veremos en el capítulo 9, la elasticidad del tiempo se puede demostrar más directamente enviando relojes al espacio. De acuerdo con la teoría de la relatividad general, los relojes en la superficie de la Tierra deben retrasarse respecto a los relojes situados en un entorno donde la gravedad es inferior.

Si el Sol puede deformar el espacio también puede hacerlo la galaxia, que está constituida de muchos soles. Así, en lugar de decir que las galaxias se alejan a través del espacio, los astrónomos prefieren pensar que es el espacio entre ellas lo que se ensancha. Si es el espacio intergaláctico el que se "hincha", entonces cada galaxia dispone cada vez de más espacio. De esta manera el Universo se expande, sin que tenga que hacerlo necesariamente hacia algún vacío exterior.

Dejando aparte por ahora los conceptos de espacio y tiempo elásticos, que para muchos son de difícil comprensión, es evidente
que un Universo que aumente de tamaño ha debido ser más pequeño en el pasado. Si el presente ritmo de expansión se ha mantenido a lo largo de la historia, entonces hace veinte o treinta mil millones de años todo el Universo observable estuvo comprimido en un punto indistinguible sin ningún objeto astronómico identificable. En realidad, los astrónomos han descubierto que el ritmo de expansión está de alguna manera decreciendo, de forma que esta condición de alta compresión tuvo lugar, de hecho, en una época más reciente, quizá quince o veinte mil millones de años atrás (compárese con los cinco mil millones de años de la edad del Sol). Debido <i que el ritmo de expansión fue mucho más rápido entonces, los primeros períodos de la dispersión galáctica recuerdan más una explosión que una expansión lenta.

Se dice algunas veces que el Universo tal como lo conocemos se creó con la explosión de un "huevo" primitivo y que las galaxias son fragmentos de la explosión que todavía corren a través del espacio. Es una imagen que capta algunas características correctas pero que es engañosa. Sea lo que fuese lo que explotó, estaba comprimido porque el espacio mismo estaba comprimido. Es erróneo pensar en términos de un "huevo" rodeado del vacío. Un huevo tiene una superficie y un centro. Los astrónomos creen, sin embargo, que el Universo no tiene borde alguno ni tampoco un centro privilegiado.

Nos enfrentamos aquí con el delicado tema del infinito, tema lleno de escollos para los no especialistas. En vista de su importancia no sólo para el Universo en expansión sino también para problemas más amplios de la ciencia y la religión, merece la pena una corta digresión en este punto.

Los científicos han reconocido durante largo tiempo la necesidad de basar todas sus consideraciones acerca del infinito en formulaciones matemáticas precisas, puesto que el tratamiento del infinito puede dar lugar a todo tipo de paradojas. Considérese, por ejemplo, la famosa paradoja de "Aquiles y la tortuga" debida a Zenón de Elea (siglo V a.C). En una carrera la tortuga lleva una ventaja inicial, pero Aquiles, que corre más deprisa, pronto la alcanzará. Claramente, en cada momento de la carrera Aquiles está en un lugar y la tortuga está en otro. Dado que los dos han corrido el mismo tiempo —durante un número igual de instantes—, ambos han ocupado presumiblemente un número igual de posiciones. I 'ero para que Aquiles alcance a la tortuga debe cubrir una distancia
mayor en el mismo tiempo y, por consiguiente, pasar a través de un número mayor de posiciones que la tortuga. ¿Cómo puede entonces Aquiles alcanzar jamás a la tortuga?

La solución de esta paradoja (una de las varias debidas a Zenón) requiere una formulación correcta del concepto de infinito. Si el tiempo y el espacio son infinitamente divisibles, entonces ambos, Aquiles y la tortuga, corren durante un número infinito de instantes a través de un número infinito de posiciones. Una característica esencial del infinito es que una parte del infinito es tan grande como el todo. Aunque el recorrido de la tortuga es más corto en distancia que el de Aquiles, aquélla pasa a través de tantas posiciones como Aquiles, es decir, infinitas (aunque nosotros sabemos que Aquiles pasa a través de las mismas posiciones que la tortuga, ¡y aún más!).

Aparecen muchas paradojas de este estilo al estudiar el infinito.

Los matemáticos han necesitado siglos de construcción lógica para entender completamente las reglas para la manipulación correcta del infinito. Una extraña característica es que existe más de una clase de infinito. Hay el infinito de las cosas que se pueden enumerar mediante una correspondencia con los números naturales
(1, 2,3... sin final) y un infinito mayor que incluso la totalidad de los números enteros es incapaz describir.

En el campo de la geometría la intuición puede ser muy engañosa. Considérese por ejemplo la longitud de una cerca que rodea un campo de área dada. Es fácil ver que un campo largo y estrecho requiere más cerca por unidad de área que un campo de forma cuadrada. Un campo circular usa la mínima longitud de cerca. Pero ¿cuán largo puede ser el perímetro? La figura 1 nos muestra un polígono de una forma un tanto extraña, formado de triángulos construidos a partir de otros triángulos en una serie de pasos. En cada paso, la longitud de la cerca crece y el área encerrada se incrementa un poco. Sin embargo, el contorno nunca saldrá fuera del círculo que lo contiene, de manera que el área total permanecerá finita, aunque el perímetro puede crecer sin límite al aumentar el número de puntas triangulares. Es posible, pues, concebir una cerca
infinitamente larga que rodea un campo de área finita (ver fig. 1).

¿Qué tiene todo esto que ver con la creación del Universo? En primer lugar, nos muestra que ideas como "el infinito" no pueden usarse descuidadamente sin riesgo de conducimos a conclusiones absurdas. En segundo lugar, demuestra que los resultados obteni
dos van a menudo en contra del sentido común y de la intuición. Esta es una de las grandes lecciones de la ciencia. Es a menudo necesario recurrir a lo abstracto —las manipulaciones formales matemáticas— para dar sentido al mundo. La experiencia sola puede ser una guía poco fiable.

¿Es infinito el tamaño del Universo? Si el espacio tiene un volumen infinito podemos imaginar una infinitud de galaxias poblándolo con una densidad más o menos constante. Mucha gente no puede entender que una cosa que es infinita se expanda. ¿Expandirse hacia dónde? No hay problema: el infinito puede crecer en magnitud V aun conservar el mismo tamaño (recuérdese la enseñanza de la
 

Fig. 1. El polígono irregular de la figura se construye levantando sucesivamente triángulos equiláteros en los lados de triángulos mayores. El tercer paso se muestra en la figura. A medida que el número de pasos aumenta, el perímetro del polígono se hace mayor y más "erizado". La longitud del perímetro aumenta indefinidamente al aumentar el número de lados, pero el contorno nunca sale fuera del círculo. En definitiva, el área encerrada por el contorno irregular es finita, aunque la longitud del mismo tiende a infinito en el límite de un número infinito de pasos.
 
"tortuga"). Sin embargo, aparecen problemas conceptuales cuando volvemos la vista atrás, hacia la fase de "huevo cósmico". Si las galaxias están en todas partes, nunca pudo existir un huevo finito con una cáscara exterior fuera de la cual no había materia. De modo que debemos rechazar el modelo del huevo cósmico.
 
 

Imaginemos, en tal Universo infinito, una gran esfera que encierra un enorme volumen de espacio con muchas galaxias. Imaginemos ahora que el espacio se contrae rápidamente por todas partes, como Alicia en el País de las Maravillas después de comer la tarta mágica. La esfera se contrae de modo que el radio se hace más y más pequeño. Si aceptamos que se comprime literalmente hasta la nada, nos enfrentamos con el delicado problema matemático de un Universo infinito que está infinitamente comprimido. No existe ni centro ni borde. El contenido de cualquier esfera, cualquiera que 'fuera su tamaño al empezar a contraerse, estaría aplastado en un punto. Los astrónomos piensan que el Universo explotó a partir de este estado de contracción y densidad infinitas aunque sin ningún límite ni borde.

Existe otro modelo posible de Universo que evita la complicación de los infinitos, modelo propuesto por el mismo Einstein en 1917. Basado en el hecho de que el espacio puede curvarse, Einstein argumentó que el espacio puede estar conectado de muchas maneras inesperadas. La superficie curvada de la Tierra se puede usar como una analogía. La superficie de la Tierra es finita en área pero ilimitada. En ningún lugar un viajero encuentra un final. De manera semejante, el espacio podría ser finito en volumen, pero sin ningún límite. Pocas personas pueden realmente concebir tal monstruosidad, pero los matemáticos se han encargado de solucionamos los detalles. La forma que representa esta situación se llama hiperesfera. Si el Universo es una hiperesfera, un astronauta podría circunnavegarlo como un Magallanes cósmico, dirigiendo el cohete siempre en la misma dirección hasta que regresara al punto de partida.

Aunque el cosmos hiperesférico de Einstein es finito, no tiene centro ni borde (del mismo modo que no los tiene la superficie de la Tierra), de manera que al contraerse tampoco se parecería a un huevo cósmico. Uno se puede imaginar la hiperesfera deshinchándose hasta desaparecer, desvaneciéndose su volumen de una manera análoga a como la superficie de la esfera desaparece cuando el radio se hace cero (ver fig. 2).
 
El estudio del espacio elástico ha llevado a los cosmólogos a proponer una teoría de la creación que difiere en gran manera de la versión bíblica.

La característica más asombrosa de esta teoría científica es que el espacio mismo fue creado en el Big Bang, y no únicamente la materia. Si en lugar del modelo de "globo deshinchado" se concibe un globo en expansión —expandiéndose desde la nada—, se obtiene una imagen esquemática de la historia del Génesis tal como la explica la física moderna. Es importante tener en cuenta que extrapolar el concepto de espacio hacia el pasado, hasta la fase de contracción infinita, es imposible, tanto si el Universo se parece a la hiperesfera de Einstein (modelo del globo) como si es de tamaño infinito. El primer instante del Big Bang, cuando el espacio estaba infinitamente comprimido, constituye una frontera temporal donde el espacio deja de existir. Los físicos llaman a tal frontera una singularidad.

La idea de un espacio que se crea a partir de la nada es una idea sutil que mucha gente encuentra difícil de entender, especial-



 
 

Flg. 2. Si representamos el espacio tridimensional mediante una superficie bidimensional, entonces el modelo del Universo en expansión nos recuerda a un globo inflándose desde la nada. En este modelo, el espacio es finito, pero ilimitado. Los puntos representan galaxias (o cúmulos de galaxias). A medida que el Universo se expande, el espacio también lo Mace, de manera que todos los puntos se apartan de los puntos vecinos. Un observador situado en un punto cualquiera vería alejarse a los demás puntos de una manera sistemática y le daría la impresión de estar en el centro de esta migración hacia el exterior.
 
mente si se está acostumbrado a imaginar el espacio como algo que es "nada". El físico, sin embargo, contempla el espacio más como un medio elástico que como vacío. En efecto, veremos en capítulos posteriores que, debido a los efectos cuánticos, aun el vacío más puro es un hervidero de actividad y está repleto de estructuras efímeras. Para el físico, "nada" significa tanto "sin espacio" como "sin materia".

Más sorpresas nos aguardan. El espacio está inextricable mente vinculado al tiempo, y cuando el espacio se expande o se contrae también lo hace el tiempo. El Big Bang representa tanto la creación del espacio como la creación del tiempo. Ni el espacio ni el tiempo pueden ser llevados atrás hasta la singularidad inicial. El tiempo empezó a correr en el Big Bang.

Estas extrañas ideas sólo pueden ser plenamente asimiladas apelando a las matemáticas. La intuición humana es una guía inadecuada, lo cual constituye una de las principales razones que justifican el éxito del método científico. Empleando las matemáticas como lenguaje, la ciencia puede describir situaciones que están más allá de la capacidad de imaginación de los seres humanos. Sin duda, la mayor parte de la física moderna entra dentro de esta categoría. Sin la descripción abstracta que nos proporcionan las matemáticas, la física nunca hubiera avanzado más allá de la simple mecánica. Por descontado que también los físicos necesitan ayudarse de modelos mentales tales como átomos, ondas luminosas, Universo en expansión, electrones y demás, pero las imágenes son a menudo inexactas y pueden dar lugar a confusión. De hecho, puede ser imposible visualizar correctamente ciertos sistemas físicos, como los átomos, puesto que contienen ciertas características que simplemente no existen en nuestra vida diaria (tal como veremos cuando tratemos la teoría cuántica en los proximos escritos).

El fracaso de la imaginación humana para asimilar ciertos aspectos cruciales de la realidad nos advierte que no podemos intentar explicar las grandes verdades religiosas (tales como la naturaleza de la creación) a partir de ideas elementales sobre el espacio, el tiempo y la materia recogidas de la experiencia cotidiana.

Las dificultades intelectuales acerca del origen del tiempo no son nuevas. Tanto Aristóteles como Santo Tomás de Aquino rechazaron la idea de que el tiempo hubiera sido creado, puesto que ello implicaría que hubo un primer suceso. ¿Qué causó el primer suceso? Nada, puesto que no hubo ningún suceso anterior.
 

Sin embargo, el carácter finito del tiempo no implica necesariamente la existencia de un primer suceso. Imaginemos sucesos numerados, con el cero correspondiendo a la singularidad. La singularidad no es un suceso, es un estado de densidad infinita o algo parecido, donde el espaciotiempo ha cesado. Preguntarse cuál fue el primer suceso después de la singularidad, equivale a preguntarse cuál es el primer número mayor que cero. No existe tal número puesto que cualquier fracción, por muy pequeña que sea, siempre se puede subdividir indefinidamente. Del mismo modo, no existe un primer acontecimiento.

El concepto de tiempo infinito es igualmente confuso. Como señalara Kant:

Si suponemos que el mundo no ha tenido comienzo en el tiempo, entonces antes de cada instante ha transcurrido toda una eternidad y han pasado en el mundo una serie infinita de cosas. Ahora bien, la condición de Infinitud de la serie consiste en el hecho de que nunca se puede completar a través de síntesis sucesivas. Se deduce que es imposible que haya ocurrido un número infinito de sucesos y que, por tanto, un comienzo del mundo es una condición necesaria para la existencia del mismo.

Sin embargo, teniendo presente a Zenón debemos ir con cuidado al manipular el infinito. De acuerdo con la línea de razonamiento de Kant, Aquiles nunca podría completar la serie infinita de pasos "a través de síntesis sucesivas" necesarios para alcanzar la tortuga. No obstante, sabemos que la alcanzará. Tampoco es una objeción válida señalar que en el caso de Zenón el tiempo transcurrido es finito, mientras que Kant se refiere al paso de un tiempo infinito. En ambos casos hay un número infinito de instantes en juego. Cualquier matemático puede demostrar que no hay más instantes en toda la eternidad que, digamos, en un minuto. En ambos casos hay un número infinito y este infinito no se puede hacer mayor mediante una "expansión infinita".

Otra objeción al razonamiento de Kant es la hipótesis de que el tiempo "transcurre", lo cual implica la idea de un tiempo fluyente o cambiante. Pocos físicos estarían de acuerdo en que el tiempo llave o pasa. Está simplemente allí, como el espacio (a este tema volveremos en el capítulo 9).

En resumen, parece que no hay mucha diferencia entre un Universo eterno y uno con una edad finita, limitado en el pasado por una singularidad. Suponiendo que el segundo sea el correcto, ¿deb
emos concluir que la ciencia apoya la versión bíblica de la creación?

No hay un acuerdo general entre los cristianos sobre como interpretar la narración bíblica del Génesis. En el año 1951, el Papa Pío XII, dirigiéndose a la Academia Pontificia de las Ciencias en Roma sobre las implicaciones de la cosmología moderna, aludió a la teoría del Big Bang y al hecho de que "todo parece indicar que hubo, hace un tiempo finito, un impetuoso comienzo". Sus comentarios provocaron una fuerte reacción (no menor entre los científicos). Los teólogos contemporáneos están todavía divididos acerca de si es o no el Big Bang la Creación supuestamente revelada a los escritores de la Biblia. Así, Ernan McMullin, de la Universidad de Notre Dame en los Estados Unidos, en un artículo reciente titulado «¿Cómo se debería relacionar la cosmología con la teología?» concluye que: «No se puede decir que la doctrina cristiana de la Creación "apoya" el modelo del Big Bang, ni tampoco que el modelo del Big Bang apoya la doctrina de la Creación.» A pesar de ello, muchas personas que consideran que gran parte del Antiguo Testamento es ficción encuentran consuelo en el aparente apoyo que la moderna cosmología científica aporta a la historia del Génesis.

Si aceptamos que en el Big Bang el espacio y el tiempo surgieron de la nada, debemos admitir que hubo una Creación y que el Universo tiene una edad finita. En este caso, la paradoja de la segunda ley de la termodinámica está resuelta. El Universo no ha alcanzado el equilibrio termodinámico porque "solamente" ha estado desordenándose durante dieciocho mil millones de años, encontrándose aún muy lejos de finalizar el proceso. Además, podemos comprender por qué las galaxia s no se han precipitado unas sobre otras. La violenta explosión las ha separado, y aunque el ritmo de separación está decreciendo, no ha habido suficiente tiempo todavía para que empiecen a retroceder.

Si la teoría del Big Bang se basara solamente en el trabajo de Hubble y Einstein, no hubiera logrado alcanzar el amplio consenso de que disfruta. Afortunadamente, hay datos que la confirman.

La violencia que acompañó el nacimiento del Cosmos debe haber dejado muchas huellas en la estructura del Universo y cabe esperar que algunos residuos de la fase primitiva hayan sobrevivido hasta hoy. La búsqueda de vestigios de la Creación es ahora una de las empresas científicas más populares y, por increíble que pueda parecer, existen buenas razones prácticas para ello. En el Universo
primitivo se dieron unas condiciones físicas extremas que no pueden ser reproducidas en la Tierra, ni siquiera en los laboratorios científicos más sofisticados. Para verificar sus teorías acerca del comportamiento de la materia bajo condiciones extremas, los físicos deben recurrir a la cosmología del recién creado Universo. El Universo primitivo proporciona un laboratorio natural ideal. Si encontramos huellas de los procesos físicos que ocurrieron durante el primer breve destello de la existencia, podremos hacer cálculos y comprobar si estos procesos están de acuerdo con lo que los teóricos predicen acerca del comportamiento de la materia bajo tales condiciones extremas.

El más importante vestigio del Universo primitivo fue descubierto por casualidad a mediados de los años sesenta. Dos físicos que trabajaban para la compañía Bell en Estados Unidos tropezaron con una misteriosa radiación procedente del espacio. Un análisis cuidadoso ha revelado que esta radiación, diseminada por todo el Universo, es un remanente del calor original; podríamos decir que se trata del débil resplandor residual del llameante nacimiento del Universo. El Big Bang, como cualquier otra explosión, generó cantidades enormes de calor, tanto que los gases cósmicos necesitaron cien mil años para enfriarse hasta temperaturas del orden de las de la superficie del Sol. Dieciocho mil millones de años después, la temperatura ha descendido hasta niveles muy bajos, meramente tres «grados por encima del cero absoluto (—273 °C). De todos modos, todavía queda una gran cantidad de energía atrapada en la radiación térmica.

Conociendo la temperatura actual de la radiación residual térmica de fondo, es una simple cuestión de escala calcular su valor en cada época. Cada vez que una región típica del Universo dobla su tamaño, la temperatura decrece en un cincuenta por ciento. Extrapolando hacia atrás en el tiempo, se deduce rápidamente que, por ejemplo, un segundo después de la Creación la temperatura era de diez mil millones de grados. Esto puede parecer muy caliente, pero entra perfectamente dentro del campo de la experiencia de laboratorio. En efecto, usando los modernos aceleradores de partículas para producir colisiones a altas energías, es posible simular durante un fugaz instante las condiciones de la explosión primitiva a simplemente un millón de millonésimas de segundo después del comienzo, cuando la temperatura alcanzaba el asombroso valor de mil billones de grados. Los físicos pueden, pues, con alguna confianza,
construir modelos de muchos de los procesos físicos que debieron ocurrir después del instante inicial.

Con la ayuda de tales modelos es posible determinar qué clase de material cósmico ha albergado el Universo en sus distintas fases de desarrollo. Por ejemplo, entre cerca de un segundo y cinco minutos después del comienzo, las condiciones fueron favorables para que las reacciones nucleares tuvieran lugar. El principal proceso fue la fusión de núcleos .de hidrógeno para formar helio y algo de deuterio. Según los cálculos, la proporción final de helio e hidrógeno debería ser aproximadamente del 25 % en masa, lo cual es un valor muy próximo a las abundancias relativas cósmicas de estos dos elementos observadas hoy en día. (El hidrógeno y el helio constituyen cerca del noventa y nueve por ciento de la materia en el Universo). Una conclusión de tal rigor científico y tan evidente nos hace confiar en que las ideas básicas de la teoría del Big Bang sean correctas.

Dado que las temperaturas que entran en juego en las fases anteriores al primer segundo son tan elevadas, el estudio de este período exige el uso de la física de altas energías. A estas temperaturas la materia está completamente desmenuzada y sus constituyentes elementales (que serán discutidos en el capítulo
11) están separados. Esta fase tan temprana (el primer segundo de la existencia) es actualmente objeto de intenso estudio por los físicos teóricos, algunos de los cuales creen que muchas características actuales del Universo pueden explicarse a partir de procesos que ocurrieron entonces. En el siguiente capítulo se describirán algunos de estos descubrimientos más recientes.

La teoría del Big Bang está ampliamente aceptada entre los astrofísicos y los cálculos sobre las abundancias del helio se han convertido en parte de la cosmología corriente. Es, por tanto, fácil pasar por alto la sorprendente naturaleza de estos éxitos. Si un arqueólogo del siglo XIX presumiera haber descubierto el Jardín del Edén y hubiera proporcionado un vestigio que mostrase la innegable evidencia de la obra de Dios durante el primer día, realmente hubiera causado un gran revuelo. Puede que el helio no sea muy familiar para la mayoría de la gente. Sin embargo, se puede comprar normalmente en el mercado industrial. Es un pensamiento extraordinariamente sugestivo que esta sustancia común de laboratorio se formara en el horno primitivo, no ya en el primer día, sino durante los primeros pocos minutos de la existencia.

Aunque la opinión científica actual da un fuerte apoyo a la teoría de la Creación, es importante darse cuenta de que no existe ninguna razón lógica en contra de que el Universo tenga una edad infinita. La principal dificultad física estriba (tal como hemos visto) en el segundo principio de la termodinámica. Sin embargo, alguna que otra vez se han propuesto mecanismos para soslayar esta dificultad. Uno de ellos es el modelo del estado estable debido a Hermann Bondi, Thomas Gold y Fred Hoyle. En todas las versiones de esta teoría, el Universo tiene una edad infinita. La muerte térmica se evita postulando la creación continua de nueva materia de baja entropía. Así, se afirma que la materia no apareció toda de una vez en la explosión primitiva, sino que va surgiendo gradualmente, o quizás esporádicamente, en pequeñas dosis a lo largo de los eones. El ritmo medio de creación de materia se ajustaría (quizá mediante un mecanismo de realimentación) de manera que, cuando la densidad del Universo decreciera debido a la expansión, la recién creada materia llenaría los espacios libres a fin de mantener la densidad sensiblemente constante. La dispersión de las galaxias estaría con ello compensada por la creación de nuevas galaxias en el vacío resultante, de modo que el aspecto global del Universo sería bastante similar en cualquier época. Globalmente nada cambiaría (ver fig. 3). En contraste, en el modelo del Big Bang la densidad de galaxias decrece uniformemente y el Universo evoluciona en estructura y disposición.

Hoyle intentó explicar la creación continua de la materia inventando un nuevo tipo de campo que transportase energía negativa. El incremento uniforme de este campo suministra la energía positiva necesaria para crear la materia (la creación de materia a partir de la energía se describirá en el capítulo siguiente). Así, Dios es abolido por completo en el modelo del estado estable. En primer lugar, no hace falta que se cree la energía primitiva necesaria para la creación de la materia: se consigue simplemente depositando energía negativa en algún otro sistema. En segundo lugar, el espacio y el tiempo no han sido creados, ya que siempre han existido.

El modelo del estado estable ha tenido un gran atractivo filosófico para muchos científicos, que se sintieron atraídos por su elegancia y simplicidad. Sin embargo, los avances en astronomía acaban Inexorablemente con cualquier teoría incorrecta, y el descubrimiento de la radiación cósmica de fondo en 1965 fue la estocada definitiva para el modelo del estado estable. No obstante, esta teoría nos
 


 
Fig. 3. La figura contrasta tres "instantáneas" sucesivas de una región del espacio en expansión según las teorías del Big Bang y del estado estable. En el caso del Big Bang (arriba) el número de galaxias por volumen de espacio es constante. En el caso del estado estable (abajo) la densidad de galaxias permanece invariable a través de las distintas épocas, de manera que deben crearse nuevas galaxias para rellenar los huecos producidos por el espacio en expansión, lega una idea importante, puesto que demuestra la posibilidad lógica de un Universo sin ninguna creación abrupta ni una muerte térmica, en el cual todos los procesos, incluidos los de creación de materia, se atribuyen a mecanismos naturales.
 
El hecho de que la moderna cosmología haya proporcionado datos físicos en favor de la Creación es motivo de gran satisfacción para los pensadores religiosos. Sin embargo, saber que hubo una Creación no es suficiente. La Biblia dice que Dios creó el Universo. ¿Puede la ciencia arrojar alguna luz acerca de la causa del Big Bang? Esto forma parte del tema de los próximos escritos.