Ensayo sobre Historia del Tiempo Stephen Hawking

Carlos Lastres Sancho-200729586 Ensayo sobre Historia del Tiempo Stephen Hawking

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En los finales de la década de los 80, el brillante Stephen Hawking escribió un libro donde se expone una visión panorámica de lo que se había descubierto en física hasta esa fecha. El libro se titula Historia del Tiempo. El libro presenta datos interesantes interesantes y numerosos estudios que para la fecha fueron extraordinarios. No obstante, en la actualidad los datos son más comprensibles e inclusive debatibles. El contenido del libro varía desde los inicios de la astronomía, la teoría de la relatividad de Einstein pasando por las observaciones de la física cuántica y por supuesto las múltiples especulaciones de la naturaleza del espacio y tiempo. Es interesante el inicio del texto porque expone un tema crucial que inunda la esencia de todo el argumento del libro. Se menciona que un científico (posiblemente el filósofo y matemático Bertrand Russel) daba una conferencia sobre astronomía y describía como era el movimiento giratorio de la Tierra. Como se sabe hoy en día, explicaba que la Tierra gira alrededor del Sol y éste último giraba alrededor del centro de una colección de estrellas. Concluyendo la charla, una señora se levanto de su asiento y refutó lo descrito en la charla mencionando que la Tierra en realidad era plataforma plana apoyada sobre una cantidad infinita de caparazones de tortugas gigantes. Pero, ¿Cuál es el verdadero sentido de mencionar esto? Muy acertadamente el autor mencionar que aunque la respuesta de la señora resulte absurda ¿Cuáles otras fuentes tenemos nosotros para decir que conocemos mucho mejor la Tierra? ¿Qué nos asegura que el universo es tal y como lo describimos? Y aún más importante ¿Cuál es la naturaleza del Tiempo y espacio? La señora tuvo razón en debatir la charla hasta cierto punto. A pesar de todos los estudios todavía hay muchas respuestas que no pueden darse por completo y esa es parte del sentido del libro. El griego Aristóteles fue uno de los primeros en tener buenos argumentos con respecto al tema. Dice que si la tierra hubiera sido un disco plano, su sombra habría sido alargada y elíptica luego de analizar un eclipse. Por otra parte, los griegos en sus viajes por el mundo sabían que la estrella Polar se veía más baja en el cielo en localidades hacia al sur que en regiones hacia el norte. Inclusive, Aristóteles estimó la distancia alrededor de la Tierra. Según él eran unos 400.000 estadios. No sé conoce la longitud de un espacio de esa época pero se dice que es aproximadamente unos 200 metros lo que nos daría 80000000 metros, estimación que se aproxima al doble de la aceptada hoy en día. A diferencia del pensamiento contemporáneo, Aristóteles pensaba que la Tierra era estática y que los demás cuerpos celestes giraban en órbitas alrededor de ella. Más adelante, Ptolomeo en el siglo II d.C amplía esta idea construyendo un modelo cosmológico completo donde la Tierra era el centro y ocho esferas lo rodeaban. Estos pensamientos eran bastantes avanzados y atinados para la época. Hay que admirar las deducciones deducciones y pensamientos de estos sujetos. No es hasta 1514 que se propone un modelo más simple (Nótese la diferencia de años que sigue dando méritos a los anteriores pensadores) por un cura polaco y astrónomo, Nicolás Copérnico. Propone que el Sol estaba estacionario en el centro y que la Tierra y los demás planetas se movían en órbitas circulares a su alrededor. Este hallazgo fue un gran aporte para la astronomía pero cabe recalcar que eran épocas difíciles y con problemas sociales que afectaban proporcionalmente las investigaciones y divulgaciones de resultados. 1


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Ya con una nueva perspectiva de las cosas, dos astrónomos e increíbles pensadores, Johannes Kepler y el italiano Galileo Galilei empezaron a apoyar públicamente la teoría copernicana. Pero no fue hasta 1609 cuando Galileo comenzó a observar en el cielo nocturno con su telescopio (inventado por él) que Júpiter encontró que éste era acompañado por varios pequeños satélites que giraban alrededor. Este hallazgo debió haber sido una de las cosas más emocionantes para el italiano. Si hoy en día resulta interesante descubrir la mínima cosa sobre el universo, uno puede imaginar la magnitud del descubrimiento en esas épocas donde la mayoría de sucesos eran desconocidos. No obstantes, un explicación coherente a este descubrimiento no fue dada hasta 1687 por Issac Newton. Newton presentó una teoría de cómo se mueven los cuerpos celestes en el espacio y tiempo y además, hizo lo que muchos lo lograron, desarrolló las complicadas fórmulas matemáticas para analizar dichos movimientos. Ya para este momento, la astronomía había tenido numerosas teorías pero nunca tan acertadas como las de Newton y es así, como nace poco a poco la nueva era de la astronomía. Newton postuló un conjunto de leyes que hoy en día se siguen utilizando. La primera ley (ley de gravitación) menciona que cada cuerpo en el universo es atraído por cualquier otra con una fuerza que era un tanto mayor entre más masivos fueron los cuerpos y entre más cerca estuvieran uno del otro. Pero esta ley de la gravedad tiene un problema. Si la seguimos al pie de la letra, las estrellas se atraerían unas con otras de forma tal, que no parece posible que pudieran permanecer en reposo con lo que se deduce que llegaría un momento en donde todas se aglutinen. Newton responde a esta pregunta en una de sus cartas hacia el filólogo Richard Bentley donde argumentaba que esto era cierto sólo si hubiera un número finito de estrellas distribuidas en una región finita del espacio. Por el contrario, si hubiera un número infinito de estrellas distribuidas más o menos de manera uniforme sobre un espacio infinito eso no sucedería, ya que no existe un centro donde aglutinarse. Esta respuesta empieza a concebir el hecho de un universo infinito y cambiante. Existe además otra objeción sobre lo estático del universo atribuido por el alemán Heinrich Olbers quién escribió dicho modelo en 1823. Pero no sólo fue él, muchos contemporáneos ya había considerado este problema pero fue Olbers que el mejor lo explicó. Ahora bien, el contraargumento que brinda Olbers radica en que la luz de las estrellas lejanas estaría oscura por la absorción debida a la materia que se interpone. Sin embargo, si eso sucediera, la materia intermedia se calentaría con el tiempo, hasta que brillará de forma tan luminosa como las otras estrellas. Esto nos llevaría a que todo el cielo nocturno debería ser tan brillante como la superficie misma del Sol, pero es evidente que no es así, lo que no lleva a que las estrellas no han estado iluminando desde siempre, sino desde un momento pasado finito. Aquí empieza otro gran problema porque se empieza a discutir sobre un inicio del universo o un momento finito donde inicia todo. Según muchas cosmologías (estudio a gran escala del universo) primitivas y algunas tradiciones religiosas el universo comenzó en algún pasado finito y no muy distante. Este argumento se respalda en la sensación de que era necesario tener una causa primera. San Agustín propone un argumento distinto diciendo que el hombre y el universo no podían haber existido desde hace mucho tiempo. Según él, aceptaba una fecha de unos 5000 años antes de Cristo para dicha 2


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creación. Este tema sobre el inicio del universo intrínsecamente propone un creador. Y es que le mismo autor embarca una búsqueda a una pregunta que formula Einstein sobre si Dios tuvo alguna posibilidad de elegir al crear el universo (partiendo de que Dios existe). A través de la lectura y con los comentarios de Hawkings se observa que él mismo intenta comprender el pensamiento de Dios a pesar de que sea totalmente inesperada la conclusión de su esfuerzo como menciona. Esta discusión ha generado una problemática en los campos científico, filósofo y teólogo. Todos los asuntos de si el universo tiene un principio en el tiempo y de si está limitado en el espacio fueron analizados de manera compleja por el filósofo Immanuel Kant en 1781. Él llamo a estas situaciones antinomia o contradicciones de la razón pura. Le parecía que habían argumentos igual de convincentes para creer la idea de que el universo tenía un principio y la idea de que siempre ha existido. Años después, Edwin Hubble, padre de la cosmología observacional y uno de los más importantes astrónomos del siglo XX sugiere que hubo un tiempo atrás llamado big bang en que el universo era infinitivamente diminuto y denso. Se puede decir con esta teoría que el tiempo se origina en el big bang, ya que todos los tiempos anteriores simplemente no estarían definidos o como el autor menciona es señalar que este principio del tiempo es radicalmente diferente de aquellos anteriormente considerados. Un punto importante aquí es el hecho de conocer que el universo está en constante expansión. Si el universo se expande, es posible que existan razones físicas que establezcan un inicio el cual muchos atribuyen a Dios pero, no tendría sentido decir entonces, que el universo fue creado antes del big bang ya que la expansión del universo si contempla los límites sobre ese inicio. Continuando con el universo, los científicos describen el universo a través de dos teorías parciales: la teoría de la relatividad general y la teoría de la mecánica cuántica. La primera describe la fuerza de la gravedad y la estructura a gran escala del universo. La segunda, por el contrario, observa los fenómenos a escalas diminutas. Parte del objetivo del libro (además de los anteriormente mencionados) es buscar una nueva teoría que unifique las dos anteriores. Ahora buen, la Relatividad de la que habla el autor indica que si la luz viajara con velocidad infinita, en la Tierra se observarían los eclipses a intervalos regulares, exactamente en el mismo momento en que se producen. Como la luz recorre al instante cualquier distancia, esta situación no cambiaría si Júpiter se acercara o alejara de la tierra. Pero, nn 1887, Albert Michelson (el primer norteamericano en recibir el premio Nobel de física) y Morley llevaron a cabo un experimento muy complejo y cuidadoso. Suponiendo que, la tierra gira alrededor del sol a una velocidad de casi 40 kilómetros por segundo, el laboratorio donde se situaban se movía a una velocidad relativamente elevada respecto al éter. Evidentemente, nadie sabía en qué dirección ni con qué velocidad, ya que el éter, de la misma manera, se podría estar moviendo con respecto al sol. Repitiendo el experimento en distintas épocas del año, cuando la tierra ocupa diferentes posiciones a lo largo de su órbita, podríamos esperar descubrir este factor desconocido. Por lo tanto, Michelson y Morley idearon un experimento para comparar la velocidad de la luz medida en la dirección del 3


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movimiento de la tierra a través del éter o bien cuando nos movemos hacia el objetivo contra la velocidad de la luz perpendicularmente a dicho movimiento. Para su sorpresa, comprobaron que la velocidad en ambas direcciones era la misma. Entre 1887 y 1905 diversos sucesos verificaban la teoría del éter. El físico Hendrik Lorentz, en sus estudios intenta explicar el resultado del experimento de Michelson y Morley en función de objetos que se contraían y relojes que se ralentizaban al moverse respecto al éter (utilizó piscinas y comparó relojes en diferentes profundidades). Pero no fue, hasta el célebre año 1905, donde el artículo de un empleado entonces desconocido de la oficina suiza de patentes, Albert Einstein, hizo notar que la idea misma de un éter resultaba innecesaria, siempre y cuando uno estuviera dispuesto a abandonar la idea de un tiempo absoluto (semanas después, el matemático Poincare propuso algo similar pero siempre sin aceptar la interpretación de Einstein). El postulado fundamental de Albert Einstein (teoría de la relatividad) radica que las leyes de la ciencia deben ser las mismas para todos los observadores que se mueven libremente, sea cual sea su velocidad. Esto era cierto para las leyes de Newton, pero ahora Einstein extendía la idea para incluir la teoría de Maxwell. En otras palabras, como la teoría de Maxwell afirma que la velocidad de la luz tiene un valor dado, cualquier observador en movimiento libre debe medir el mismo valor, sea cual sea la velocidad con que se acerque o se aleje de la fuente. La idea fue sencilla de explicar, sin recurrir al éter ni a ningún otro sistema de referencia, el significado de la velocidad de la luz en las ecuaciones de Maxwell, pero también tenía algunas consecuencias notables y a menudo poco intuitivas tal es el caso de que todos los observadores deban obtener la misma velocidad de la luz nos obliga a cambiar nuestro concepto de tiempo. La teoría de la relatividad puso fin a la idea de un tiempo absoluto. Cada observador debe tener su propia medida del tiempo, indicada por un reloj que se moviera consigo, y que relojes idénticos llevados por observadores diferentes no tendrían por qué coincidir realmente. En relatividad no hay necesidad de introducir la idea de un éter cuya presencia de todos modos, no puede ser detectada como demostró el experimento de Michelson-Morley. Se debe aceptar que el tiempo no está completamente separado del espacio, ni es independiente de éste sino que se combina con él para formar una entidad llamada espacio-tiempo. Estas ideas no resultan fáciles de asimilar, ni siquiera por la comunidad de los físicos por lo que transcurrieron años hasta que la relatividad fue universalmente aceptada. Esta aceptación constituye el mejor homenaje a la imaginación de Einstein, a su capacidad para concebir estas ideas y a su confianza en la lógica que le llevó a examinar implacablemente todas las consecuencias por extrañas que parecieran las conclusiones hacia las que conducía. En el espacio-tiempo de la relatividad cualquier suceso, es decir, cualquier cosa que ocurra en un punto particular del espacio y en un instante particular del tiempo, puede ser especificado mediante cuatro números o coordenadas. De nuevo la elección de coordenadas es arbitraria; se puede utilizar cualquier conjunto bien definido de tres coordenadas espaciales y cualquier medida

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del tiempo. Pero en la relatividad no existe una diferencia real entre coordenadas espaciales y temporales, de igual modo que tampoco existe entre dos coordenadas espaciales cualesquiera. Hay algunas estrellas que no se mueven. Pero la Tierra está en constante movimiento girando alrededor del sol y por eso las vemos desde diferentes ángulos pensando que tienen algún movimiento. Hay estrellas más cercanas a la Tierra. Pero la estrella más importante para la Tierra, el Sol, no es más que una estrella regular en comparación a las demás estrellas que están en el universo. Comenzando el siglo XX, cuando empezaron a investigar de lleno las estrellas, se logró identificar diferentes estrellas con propiedades muy similares a las del Sol lo que causo controversia y sorpresa. Siguiendo la lectura, se menciona la doctrina del determinismo que radica en la teoría de la gravedad de Newton, y llevó al científico francés Marques de Laplace a argumentar, que el universo era completamente determinista. Laplace sugirió que debía existir un conjunto de leyes científicas que permitieran predecir todo lo que sucediera en el universo, con tal de que conociéramos el estado completo del universo en un instante de tiempo. Para ejemplificar esto, podemos utilizar un simple experimento que realiza el cosmólogo portugués Joao Magueijo. El coloca un tubo de plástico con un groso capaz de contener un gato y un largo aproximado de un metro. Por un extremo del tubo introduce un ratón y por el otro un gato. Al instante, se escucha un crujido y un maullido. Es evidente lo que sucedió dentro del tubo de plástico aún cuando no hayamos podido verlo. De la misma manera, si supiéramos las posiciones y velocidades del Sol y de los planetas en un determinado momento, podríamos usar entonces las leyes de Newton para calcular el estado del sistema solar en cualquier otro instante. El determinismo parece bastante obvio en este caso, pero Laplace fue más lejos hasta suponer que había leyes similares gobernando todos los fenómenos, hasta el punto de incluir el comportamiento humano. Debatiendo el determinismo se encuentra el principio de incertidumbre. El principio de la incertidumbre tiene profundas implicaciones sobre el modo que tenemos de ver el mundo. Incluso más de cincuenta años después, estas no han sido totalmente apreciadas por muchos filósofos, y aún son objeto de mucha controversia. Del principio de incertidumbre surge la mecánica cuántica. La cual dice que en esta teoría las partículas ya no poseen posiciones y velocidades definidas por separado, pues éstas no podrían ser observadas. Seguidamente, se no introduce al término agujero negro. El agujero negro tiene un origen muy reciente. Un agujero negro es una región finita del espacio-tiempo provocada por una gran concentración de masa en su interior, con enorme aumento de la densidad, lo que genera un campo gravitatorio tal que ninguna partícula material, ni siquiera los fotones de luz, pueden escapar de dicha región. Para entender el proceso de creación de un agujero negro, tenemos que tener ciertos conocimientos acerca del ciclo vital de una estrella. Una estrella se forma cuando una gran cantidad de gas, principalmente hidrogeno comienza a colapsar sobre si mismo debido a su atracción gravitatoria. Conforme se contrae, sus átomos empiezan a colisionar entre sí, cada vez con mayor frecuencia y a mayores velocidades y por tanto, calentando el gas. Con el tiempo, el gas

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estará tan caliente que cuando los átomos de hidrogeno choquen ya no saldrán rebotados, sino que se fundirán formando helio. Resulta una paradoja que cuanto más combustible posee una estrella al principio, más pronto se le acaba. Esto se debe entre más masa tenga la estrella, más caliente tiene que estar para contrarrestar la atracción gravitatoria, y, cuanto más caliente está, más rápidamente utiliza su combustible. El autor continua mencionando que los agujeros negros pueden expandirse pero nunca podrán reducirse esto tendrá que implicar que un rayo de luz tiene que acercarse a otro y así poder agrandar el agujero negro, y si dos agujeros negros chocan entre sí pueden formar un único agujero negro, la suma del área de los dos horizontes de los dos agujeros es lo que resulta al final. Pero si en algún momento el agujero negro recibe rayos negativos en si su masa se empezara a reducir, el área del agujero negro o el horizonte de sucesos disminuye, pero la diminución es compensada por la entropía de la radiación emitida. Luego, ya se ha visto numerosas teorías y diferentes posiciones pero, ¿Qué podremos decir del tiempo realmente? Realmente la respuesta sigue borrosa con el simple hecho, de que se tuvo que abandonar la idea de que solo había un tiempo absoluto para que todos los observadores tuvieran su medida de tiempo. El tiempo sigue siendo un factor subjetivo y confuso delimitado por nuestro cerebro y su comprensión del mismo. En notable, que nos hallamos en un universo desconcertante, infinito, lleno de preguntas y vacíos. Por nuestra naturaleza intentamos buscar un principio de todo y un sentido a las cosas que nos rodean. Por el momento, sólo se puede seguir afinando esas teorías o bien, atribuyendo todos estos sucesos y fenómenos a emociones y entidades espirituales para calmar esa necesidad de respuesta. No obstante, el panorama se muestra aceptable. Las investigaciones avanzan y los nuevos pensadores cada vez son más atinados y revolucionarios. Un ejemplo es el portugués Joao Magueijo que ha incursionado en lo últimos años con nuevas tendencias en la física teórica y que presentan una nueva esperanza para todos aquellos amantes del universo y tiempo.

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