Patricio Valdés Marín
pvaldesmarin@hotmail.com
El universo tuvo un comienzo en un espacio infinitamente pequeño y con una energía infinitamente grande. Posee una unidad fundamental por origen, lo que condiciona que en toda su amplitud operen las mismas leyes universales. Su dimensión es el espacio que se ha venido expandiendo a la velocidad de la luz desde el instante de su creación, hace unos quince mil millones de años atrás. Su límite es el tiempo presente. La fuerza de gravedad que atrae la masa para formar cuerpos celestes y que los mantiene orbitando proviene de una energía inagotable, producto de la propia expansión del universo.
Expansión
En la visión cosmológica del universo, en el extremo de mayor magnitud de las escalas, los astrónomos y astrofísicos concluyen a partir de determinadas evidencias que el universo está en expansión. Esta conclusión que revolucionó la cosmología del siglo XX lleva a señalar, primero, que si el universo está efectivamente en expansión, debió haber tenido entonces un comienzo, y segundo, que éste debió haber consistido en una gran explosión inicial.
La historia de esta concepción comenzó en 1922. Empleando la teoría general de la relatividad de Einstein, Alexandr Friedmann predijo la posibilidad de una explosión al inicio del universo a partir de un denso núcleo de materia. En 1927, conforme a las ideas matemáticas de Friedmann, el abate Georges Lemaître propuso un modelo para una teoría cosmológica de la expansión del universo, postulando un estado inicial, que él llamó “huevo cósmico”, en el que la materia estaba constreñida en un espacio tan pequeño y denso como ello fuera posible. En 1928, H. P. Robertson midió la luz de las galaxias y encontró que aquellas más lejanas son más rojas, es decir, la longitud de onda de la luz proveniente de estrellas de distantes galaxias es más larga que la de la luz emitida por los mismos átomos en laboratorios terrestres o por estrellas similares (las cefeidas) de nuestra propia galaxia,la Vía Láctea. Al año siguiente, Edwin P. Hubble concluyó que el creciente corrimiento al rojo en el espectro de la luz emitida por galaxias cada vez más lejanas es debido al efecto Doppler-Fizeau, lo que significa que, mientras más lejana se encuentre una galaxia, ésta viaja más velozmente, de modo que las galaxias se alejan unas de otras a una velocidad proporcional a sus distancias. En la década de los años treinta George Gamow acuñó el ahora popular término big bang (la "gran explosión") para designar el inicio explosivo del universo a partir de una ironía del astrónomo Fred Hoyle, quien rechazaba tal teoría.
Evidencias
En 1963, Maarten Schmidt, de Caltech, estudió el espectro luminoso del cuasar 3C273, radiofuente cuasi estelar que emite enormes cantidades de radiación en toda la gama para su pequeño tamaño relativo (aunque pueden brillar con la luz combinada de50 a 100 galaxias, cada una conteniendo 100 mil millones de estrellas tan brillantes como el Sol), y concluyó que las líneas de su espectro estaban tan desplazadas hacia el extremo rojo que éste acusaba una velocidad de 40.000 km/s, semejante a las galaxias más veloces, a un 13 por ciento de la velocidad de la luz. Dos años después estudió el espectro del cuasar 3C9 y concluyó por su extremo corrimiento al rojo que se estaba alejando a un 80 por ciento de la velocidad de la luz. Desde entonces miles de cuasares más han sido catalogados, y sus movimientos han sido estudiados. Además, mientras más distante sea el espacio estudiado, los cuasares son más numerosos. Este fenómeno no sólo está corroborando el principio de Hubble que “mientras más lejanos los objetos, se alejan con mayor rapidez”, sino principalmente que la velocidad de estos lejísimos objetos celestes se aproxime a la velocidad de la luz, lo que apunta directamente a conclusiones que analizaremos más adelante. Es posible concluir también que los cuasares son estados iniciales de las galaxias que están a distancias menores. En otras palabras, al principio de Hubble se debe agregar que “mientras más lejanos los objetos, son menos evolucionados”.
Otra evidencia más reciente del big bang se basa en la detección de un eco radial de microondas que proviene de todos los confines del espacio, como una homogénea radiación cósmica de fondo, fenómeno que primero Gamow y luego Robert H. Dicke habían pronosticado a partir de la hipótesis de que el universo fue en un tiempo más caliente y más denso, y, por lo tanto, comprimido en un espacio más reducido. La radiación de aquella época habría quedado rebotando por el universo y es ahora captada en forma de ondas de radio de baja energía. En 1964 Arno Penzias y Robert Wilson comprobaron la existencia de la pronosticada radiación cósmica de microondas de fondo y encontraron que indicaba una temperatura promedio de 3 K, cuando el universo tenía 0,1% de su actual dimensión.
Hubble hizo también otra contribución a la cosmología. Observando hacia todas las direcciones del firmamento, las galaxias más distantes parecen estar distribuidas de manera uniforme, como una consecuencia de una expansión uniforme del universo. Se denomina al hecho que el universo es homogéneo a grandes escalas la “constante de Hubble”.
Posteriormente, el equipo del satélite COBE (por Cosmic Background Explorer) dela NASA , que detectaba microondas llegando de los lugares más apartados del universo, comprobó que éstas son extraordinariamente uniformes, lo que ilustra la homogeneidad de las primeras etapas de la evolución del universo. Sin embargo, el satélite descubrió que cuando el universo comenzaba a enfriarse se produjeron zonas del universo con temperaturas algo más altas y zonas con temperaturas algo más bajas. La causa de esta dispar evolución podría ser atribuida a la forma de acción de la mecánica cuántica. Esta circunstancia podría explicar que del desequilibrio inicial pudieran posteriormente evolucionar las estrellas, los racimos de estrellas, las galaxias y los conglomerados de galaxias.
En los últimos años se han estado estudiando supernovas del tipo I. Éstas tienen un brillo intrínseco de forma muy precisa. Una supernova tipo I es una enana blanca que en un momento dado se transforma en una gigantesca bomba termonuclear. Una enana blanca tiene su gas comprimido al del tamaño dela Tierra con una densidad un millón de veces mayor. Si la compresión genera una temperatura elevada dada, se produce la fantástica explosión. Mientras mayor es la estrella, su explosión alcanza mayor duración. Monitoreando la duración de la explosión se puede deducir el brillo inherente con bastante precisión, con lo que se puede determinar su distancia. Calculando su corrimiento al rojo, se puede determinar su velocidad de alejamiento. En una galaxia estalla una supernova cada 300 años. En cualquier sector del firmamento del tamaño aparente de la Luna llena se puede observar con un potente telescopio unas cinco mil galaxias.
También en el último tiempo, el Programa del Campo Ultra Profundo, encabezado por Steven Beckwith dela John Hopkins University, que emplea el telescopio satelital Hubble, ha llegado a observar, tras larga exposición, galaxias a sólo unos 350 mil años del big-bang.
En consecuencia, la mayoría de los astrónomos y los cosmólogos está convencido de que el universo está en expansión. Esta es relativa: se ve igual desde cualquier punto en el espacio, no estando centrada en nosotros.
Edad
Renombrados científicos estiman que el universo comenzó en un momento dado hace alrededor de diez a veinte mil millones de años atrás y tuvo su origen en un espacio infinitamente pequeño. La edad calculada depende de la manera de medir. Una forma es determinar su tasa de expansión. Si se expande a una velocidad constante, el intervalo de tiempo será la razón entre la distancia entre dos galaxias y su velocidad de separación, que es el recíproco de la constante de Hubble. La primera estimación de Hubble fue de 500 km/s por megaparsec (1 parsec equivale a 3,26 años luz), lo que arrojaba una edad para el universo de sólo dos mil millones de años, contradiciendo la edad estimada de muchas estrellas.
El universo tuvo un comienzo en un espacio infinitamente pequeño y con una energía infinitamente grande. Posee una unidad fundamental por origen, lo que condiciona que en toda su amplitud operen las mismas leyes universales. Su dimensión es el espacio que se ha venido expandiendo a la velocidad de la luz desde el instante de su creación, hace unos quince mil millones de años atrás. Su límite es el tiempo presente. La fuerza de gravedad que atrae la masa para formar cuerpos celestes y que los mantiene orbitando proviene de una energía inagotable, producto de la propia expansión del universo.
Expansión
En la visión cosmológica del universo, en el extremo de mayor magnitud de las escalas, los astrónomos y astrofísicos concluyen a partir de determinadas evidencias que el universo está en expansión. Esta conclusión que revolucionó la cosmología del siglo XX lleva a señalar, primero, que si el universo está efectivamente en expansión, debió haber tenido entonces un comienzo, y segundo, que éste debió haber consistido en una gran explosión inicial.
La historia de esta concepción comenzó en 1922. Empleando la teoría general de la relatividad de Einstein, Alexandr Friedmann predijo la posibilidad de una explosión al inicio del universo a partir de un denso núcleo de materia. En 1927, conforme a las ideas matemáticas de Friedmann, el abate Georges Lemaître propuso un modelo para una teoría cosmológica de la expansión del universo, postulando un estado inicial, que él llamó “huevo cósmico”, en el que la materia estaba constreñida en un espacio tan pequeño y denso como ello fuera posible. En 1928, H. P. Robertson midió la luz de las galaxias y encontró que aquellas más lejanas son más rojas, es decir, la longitud de onda de la luz proveniente de estrellas de distantes galaxias es más larga que la de la luz emitida por los mismos átomos en laboratorios terrestres o por estrellas similares (las cefeidas) de nuestra propia galaxia,
Evidencias
En 1963, Maarten Schmidt, de Caltech, estudió el espectro luminoso del cuasar 3C273, radiofuente cuasi estelar que emite enormes cantidades de radiación en toda la gama para su pequeño tamaño relativo (aunque pueden brillar con la luz combinada de
Otra evidencia más reciente del big bang se basa en la detección de un eco radial de microondas que proviene de todos los confines del espacio, como una homogénea radiación cósmica de fondo, fenómeno que primero Gamow y luego Robert H. Dicke habían pronosticado a partir de la hipótesis de que el universo fue en un tiempo más caliente y más denso, y, por lo tanto, comprimido en un espacio más reducido. La radiación de aquella época habría quedado rebotando por el universo y es ahora captada en forma de ondas de radio de baja energía. En 1964 Arno Penzias y Robert Wilson comprobaron la existencia de la pronosticada radiación cósmica de microondas de fondo y encontraron que indicaba una temperatura promedio de 3 K, cuando el universo tenía 0,1% de su actual dimensión.
Hubble hizo también otra contribución a la cosmología. Observando hacia todas las direcciones del firmamento, las galaxias más distantes parecen estar distribuidas de manera uniforme, como una consecuencia de una expansión uniforme del universo. Se denomina al hecho que el universo es homogéneo a grandes escalas la “constante de Hubble”.
Posteriormente, el equipo del satélite COBE (por Cosmic Background Explorer) de
En los últimos años se han estado estudiando supernovas del tipo I. Éstas tienen un brillo intrínseco de forma muy precisa. Una supernova tipo I es una enana blanca que en un momento dado se transforma en una gigantesca bomba termonuclear. Una enana blanca tiene su gas comprimido al del tamaño de
También en el último tiempo, el Programa del Campo Ultra Profundo, encabezado por Steven Beckwith de
En consecuencia, la mayoría de los astrónomos y los cosmólogos está convencido de que el universo está en expansión. Esta es relativa: se ve igual desde cualquier punto en el espacio, no estando centrada en nosotros.
Edad
Renombrados científicos estiman que el universo comenzó en un momento dado hace alrededor de diez a veinte mil millones de años atrás y tuvo su origen en un espacio infinitamente pequeño. La edad calculada depende de la manera de medir. Una forma es determinar su tasa de expansión. Si se expande a una velocidad constante, el intervalo de tiempo será la razón entre la distancia entre dos galaxias y su velocidad de separación, que es el recíproco de la constante de Hubble. La primera estimación de Hubble fue de 500 km/s por megaparsec (1 parsec equivale a 3,26 años luz), lo que arrojaba una edad para el universo de sólo dos mil millones de años, contradiciendo la edad estimada de muchas estrellas.
En 1974 Allan Sandage, astrónomo de Monte Palomar, realizó una nueva calibración entre la distancia de las galaxias y el corrimiento hacia el rojo y concluyó que la edad del universo es de 16 mil millones de años. Recientemente, algunos astrónomos han llegado a calcular, con datos proporcionados por el telescopio Hubble, que la expansión del universo sería de 71 km/s por megaparsec ± 8, es decir, el universo tendría una edad de unos catorce mil millones de años. Por otra parte, se calcula que las estrellas de los racimos globulares, por la velocidad que queman el combustible nuclear, tienen entre quince a veinte mil millones de años. Desde luego, estas estrellas no pueden ser más viejas que el big bang, por lo que el cálculo de su edad deberá ser afinado. En la actualidad, se calcula que el universo tiene 13,7 mil millones de años.
Gran explosión
El gigantesco estallido de fuerza con que el universo comenzó a existir, el espacio a expandirse y el tiempo a relacionarlo se denomina, como ya se señaló, “big bang”. Esto quiere decir que antes de ese momento no existía ni el espacio ni el tiempo. Por lo tanto, no debemos imaginar el punto infinitamente pequeño del big bang como rodeado de espacio ni tampoco como subsistiendo en el tiempo. También estos científicos suponen que este espacio infinitamente pequeño contuvo una energía infinitamente grande, origen de toda la energía y masa existente en el presente en el universo. Esta teoría es la única que puede explicar un número de fenómenos que se han observado, como la velocidad de separación entre las galaxias, las cantidades relativas de cuerpos luminosos, el suave eco de fondo y la evolución general de las estructuras cósmicas.
El big bang tuvo dos efectos: 1. la energía primigenia se condensó en masa y carga eléctrica, las que generaron su propio espacio-tiempo. 2. El universo se expandió, se enfrió, se descomprimió disminuyendo su densidad y se complejificó. En el proceso de expansión del espacio se produjo enfriamiento o, en otras palabras, dispersión de energía.
Se calcula que las partículas fundamentales masivas se condensaron en los primeros brevísimos instantes del universo, cuando éste tenía tan sólo 1 x 10-34 segundos, a partir de fotones muy energizados y de cortísima longitud de onda, pero muy poco antes de que se diferenciaran los otros tres tipos de interacción: nuclear fuerte o corta, electromagnética y nuclear débil. Se calcula también que reproducir experimentalmente este fenómeno requeriría un acelerador de partículas del tamaño de una galaxia. Se estima que no todos los fotones se condensaron. Naturalmente, todos estos cálculos son suposiciones.
Se cree que en un comienzo la densidad fue tan grande que se generó un calor extraordinariamente intenso que imposibilitó toda estructuración ulterior. Debió transcurrir un tiempo para que, a causa de la expansión del universo, la densidad inicial fuera disminuyendo. Se estima que después de una existencia de 300.000 años la temperatura del universo descendió a 3000° K, que es suficientemente baja para que los electrones y protones se combinaran y formaran los primeros átomos de hidrógeno y helio. Posteriormente, cuando la temperatura descendió a los 3° K, el universo se hizo transparente a las emisiones electromagnéticas, permitiendo la radiación cósmica de microondas de fondo que ha sido detectada.
La forma y el tamaño del universo
Gran explosión
El gigantesco estallido de fuerza con que el universo comenzó a existir, el espacio a expandirse y el tiempo a relacionarlo se denomina, como ya se señaló, “big bang”. Esto quiere decir que antes de ese momento no existía ni el espacio ni el tiempo. Por lo tanto, no debemos imaginar el punto infinitamente pequeño del big bang como rodeado de espacio ni tampoco como subsistiendo en el tiempo. También estos científicos suponen que este espacio infinitamente pequeño contuvo una energía infinitamente grande, origen de toda la energía y masa existente en el presente en el universo. Esta teoría es la única que puede explicar un número de fenómenos que se han observado, como la velocidad de separación entre las galaxias, las cantidades relativas de cuerpos luminosos, el suave eco de fondo y la evolución general de las estructuras cósmicas.
El big bang tuvo dos efectos: 1. la energía primigenia se condensó en masa y carga eléctrica, las que generaron su propio espacio-tiempo. 2. El universo se expandió, se enfrió, se descomprimió disminuyendo su densidad y se complejificó. En el proceso de expansión del espacio se produjo enfriamiento o, en otras palabras, dispersión de energía.
Se calcula que las partículas fundamentales masivas se condensaron en los primeros brevísimos instantes del universo, cuando éste tenía tan sólo 1 x 10-34 segundos, a partir de fotones muy energizados y de cortísima longitud de onda, pero muy poco antes de que se diferenciaran los otros tres tipos de interacción: nuclear fuerte o corta, electromagnética y nuclear débil. Se calcula también que reproducir experimentalmente este fenómeno requeriría un acelerador de partículas del tamaño de una galaxia. Se estima que no todos los fotones se condensaron. Naturalmente, todos estos cálculos son suposiciones.
Se cree que en un comienzo la densidad fue tan grande que se generó un calor extraordinariamente intenso que imposibilitó toda estructuración ulterior. Debió transcurrir un tiempo para que, a causa de la expansión del universo, la densidad inicial fuera disminuyendo. Se estima que después de una existencia de 300.000 años la temperatura del universo descendió a 3000° K, que es suficientemente baja para que los electrones y protones se combinaran y formaran los primeros átomos de hidrógeno y helio. Posteriormente, cuando la temperatura descendió a los 3° K, el universo se hizo transparente a las emisiones electromagnéticas, permitiendo la radiación cósmica de microondas de fondo que ha sido detectada.
La forma y el tamaño del universo
Antes de la teoría del big bang el universo había sido evidentemente concebido de otras maneras. Muy atrás en la historia quedó aquel universo inmutable, pleno de orden, armonía y belleza que los antiguos griegos imaginaron. Desde luego, esta evolución de la concepción del universo se explica igualmente porque el desarrollo de
En estos últimos años se han efectuado nuevos descubrimientos mientras se ha estado escudriñando profundamente en el cosmos con instrumentos muy avanzados, y han sorprendidos a todos. Entre estos descubrimientos se pueden mencionar algunos. En 1998, usando un nuevo instrumento llamado SCUBA, por “Arreglo de bolometro submilimétrico de uso común,” en inglés, instalado en el telescopio James Clerk Maxwell de
En la ausencia de una teoría comprehensiva para enmarcar la investigación de las profundidades del universo estos fenómenos descubiertos recientemente han conducido a explicaciones extravagantes, tal como la expansión acelerada del universo y la energía oscura, amenazando con destruir teorías aceptadas por mucho tiempo e ideas bien fundamentadas, tal como las ideas de materia y energía y la validez universal de las leyes naturales. Por tanto, en un intento de entender sus causas reales y su verdadera significación, y de encontrar un modo de mantener el cuerpo del conocimiento científico erguido, deseo proponer en las páginas que siguen una nueva teoría del universo como alternativa de aquella que se apoya en la teoría general de la relatividad de Einstein. Creo que ésta no es suficiente para ofrecer una explicación plausible y eliminar las contradicciones que han surgido por estos recientes descubrimientos. De hecho, más que una explicación a estos fenómenos, esta teoría está mejor sostenida por los mismos. Se vincula más con la geometría y su relación con dos teorías: la teoría especial de la relatividad de Einstein que establece que “a la velocidad de la luz la masa es infinita, el tiempo se detiene y el espacio se acorta a cero”, y el principio de Hubble de la expansión del universo que señala que “mientras más lejano, más rápido”.
Ambas teorías requieren sin embargo ser remodeladas por la adición de un corolario a cada una de ellas. Así, pues, es necesario cambiar la conclusión de la contracción de Fitzgerald que “el espacio se acorta a cero” a la siguiente idea: cercana a la velocidad de la luz no es la extensión del objeto como un todo que se va acortando a cero, sino sólo una de sus tres dimensiones, la dimensión específica del objeto que pertenece al eje trazado entre el observador y el objeto mismo. Con el propósito de mantener la simetría, en el mismo grado que el objeto que se aleja del observador a una velocidad cercana a la luz aparece más corto al observador en el eje común a ambos, el plano transversal a este eje debe aparecerle más grande en estas dos dimensiones de lo que es realmente. A la velocidad de la luz, mientras la dimensión del objeto en la dirección del observador le aparece nula, las otras dos dimensiones se agrandan tanto que aparecen envolver al observador.
La ecuación de la contracción de Fitzgerald es L’ = L (1-v²/c²)^(1/2), dónde L es la longitud del cuerpo que se aleja, v es su velocidad de alejamiento, y c es la velocidad de luz. La expresión matemática de este corolario se refiere al hecho que esta ecuación es una de las tres dimensiones de una extensión o volumen que son V = LHW, dónde V es el volumen, H es la altura, y W es el ancho. Así cuando la contracción se vuelve cero porque la velocidad alejamiento del objeto es igual a la velocidad de luz, entonces el producto de las otras dos dimensiones, altura y ancho, se hace infinito.
El corolario a la teoría de Hubble es más simple y probablemente muy conocido, aunque no tan bien entendido. A la afirmación “mientras más rápido, más lejano”, se debe añadir, “más joven”.
La consecuencia lógica de las teorías tanto de Einstein como de Hubble es que, en relación al big bang, el universo se expande a la velocidad de la luz y que su velocidad de expansión es constante, como veremos enseguida. Por tanto, que cualquier otro puede estar desde inmediatamente cercano hasta en el pasado distante, existiendo uno mismo en el tiempo presente. De ahí, el universo puede ser concebido desde sólo dos puntos de vista válidos y que son necesariamente complementarios. Primero, el universo desde el punto de vista del big bang es el de una aparente esfera cuyo centro es el mismo big bang y cuya periferia contiene toda su materia, existiendo en un tiempo presente contemporáneo, y cuyo radio es igual a la velocidad de la luz multiplicada por el tiempo que ha transcurrido entre en big bang y el tiempo presente. Segundo, para cualquier observador que no esté en el big bang el universo es una esfera aparente cuyo centro es el mismo observador y su periferia es el big bang, donde su geometría debe tomar en cuenta por el tiempo y la velocidad de la luz para que su amplia periferia pueda identificarse con un punto sin espacio, que es el big bang. Será el segundo punto de vista que explicará la evidencia para la expansión del universo y la magnificación de cuerpos celestes ultra distantes. Por su parte, el primer punto de vista explica que la velocidad de expansión del universo es la de la luz. Pero será necesario primero efectuar un esfuerzo crítico para entender la verdadera naturaleza del espacio y el tiempo, y corregir errores ampliamente mantenidos por causa de la teoría general de la relatividad de Einstein.
Espacio-tiempo
Existen algunas afirmaciones elementales que podemos formular en relación al espacio y el tiempo. La dimensión de estos parámetros está relacionada con la cantidad, ya que ambos pueden ser medidos y ambos pueden ser usados como medidas. El tiempo es una de las medidas del movimiento de la materia. La otra es el espacio. A pesar de que el tiempo puede ser distinguido del espacio, su existencia puede ser entendida sólo en relación a su correlativo. A través del movimiento el tiempo se relaciona con el espacio. Por tanto, el tiempo es lo que demora un cuerpo moverse a una cierta velocidad en el espacio. Un reloj, instrumento analógico que nos da la hora y nos indica el tiempo que va transcurriendo, tiene tal capacidad porque cada uno de sus engranajes gira a velocidad constante, y los espacios cubiertos por cada diente en cada engranaje son similares.
Más aún, la interacción de dos cuerpos crea una distancia. La de tres cuerpos, crea un triángulo que se encuentra en un plano bidimensional. Cuatro cuerpos interactuando y no coincidentes en un mismo plano crean cuatro planos, conformando un espacio tridimensional. En el universo este espacio es común a todas las cosas del universo que se relacionen de alguna manera con los cuerpos mencionados. Esta idea puede aclararse si pensamos en la estructura vial de un país, o en una imagen en nuestro cerebro que requiere la acción de numerosas neuronas ubicadas en distintas lugares de éste.
La velocidad de la luz es la velocidad máxima posible en la interacción de dos cuerpos. Si la velocidad de la luz fuera infinita, el tiempo sería nulo y la interacción entre estructuras sería instantánea. Pero desde Einstein, sabemos que el tiempo absoluto no puede existir en el espacio. Un espacio newtoniano con un marco de referencia absoluto no existe. Puesto que la velocidad máxima de transmisión de los acontecimientos en el espacio –aquello por el cual los acontecimientos se relacionan unos con otros– es la de la luz, la simultaneidad absoluta de los acontecimientos es imposible, o, simplemente, si el marco de referencia absoluta no existe, la relación temporal de los eventos es distinta entre un observador y otro, ambos ubicados en distintos lugares. Algo distinto ocurre con la dimensión espacial. El movimiento allí aparece a distintos tiempos, dependiendo de la ubicación del observador. Entonces el espacio es también una dimensión relativa.
En el universo las cosas se mueven en relación a un observador desde cero hasta la velocidad de la luz. En consecuencia, el espacio y el tiempo son mediciones universales para todo movimiento, y ambos están enmarcados por la velocidad de la luz como su referente absoluto. Puesto que la magnitud del movimiento máximo posible en el universo tiene un límite absoluto, que es la velocidad del fotón, Einstein concluyó que el espacio y el tiempo son relativos, esto es, ambos parámetros son correlativos respecto a este movimiento con valor absoluto. Él introdujo el concepto “espacio-tiempo” como dos parámetros relativos que están relacionados entre sí y que tienen la velocidad de la luz como su referente absoluto.
En el otro extremo de la escala a distancia mínima entre dos cuerpos, de los más pequeños que existen, es el número de Planck. En consecuencia, el tiempo y el espacio no son infinitamente pequeños, como muchas veces se supone. Comienza a existir a partir de dicha distancia. En el universo existe un límite inferior y un límite superior para la causalidad. El límite inferior es la dimensión del cuanto de energía, dada por la constante de Planck, el cual determina la escala menor para la existencia de la relación causal. El límite superior para esta relación se refiere a la velocidad máxima que puede tener el movimiento, que es la velocidad de la luz.
Lo que subyace al movimiento es el cambio, que está en el origen del movimiento. Éste es su lado visible y mensurable. De este modo, ambos –el tiempo y el espacio– son respectivamente las medidas de la duración y de la extensión de un proceso. En ambos casos el tiempo y el espacio miden una causa en relación a su efecto. Por una parte el tiempo mide lo que demora una causa afectar un efecto y cuanto demora un cambio en efectuarse. En este segundo sentido la duración puede durar un instante breve, o puede durar mucho más. Por la otra el espacio mide la distancia entre una causa y su efecto y el cambio operado por ambos. Cuando el cambio se mide a través de la relación causal, el tiempo se vuelve irreversible, porque existe gasto de energía, generación de fuerza y estructuración de algo. Sin embargo, el espacio permite que un cuerpo pueda retornar las veces que se quiera a un mismo punto, como el pistón dentro del cilindro de un motor.
La medida del tiempo es dada por la tasa de cambio de un proceso, la cual está determinada por leyes naturales. La cantidad de agua que bulle a presión atmosférica está en relación directa con la energía que ingresa al sistema. Este tiempo es por tanto absoluto. Este mismo tiempo se relativiza para un observador cuando se introduce el parámetro de velocidad entre el observador y aquello que observa. Si el observador se aleja del caldero en ebullición a velocidades cercanas a la de la luz, podrá observar que el tiempo de ebullición se hace más lento.
El razonamiento anterior apunta al hecho que la existencia de tanto el tiempo como el espacio depende de la interacción de los cuerpos, que es la base del cambio. El siguiente paso de este razonamiento es que ni el espacio ni el tiempo preexisten a las cosas. El pensamiento de que tanto el tiempo como el espacio tienen una naturaleza anterior a las cosas proviene desde Kant, cuando definió el tiempo y el espacio como intuiciones sensibles a priori. Por el contrario, si afirmamos que la materia y la energía se identifican con todas las cosas del universo, ni el espacio ni el tiempo pueden existir independientemente, sino que sus existencias dependen de las existencia de la materia y la energía. El espacio y el tiempo no sólo dependen de la materia y la energía, sino que son posteriores temporal y naturalmente. El tiempo es la tasa a la cual la energía se transfiere.
Podemos perfectamente imaginar que en el primer instante, al principio del tiempo, y cuando el espacio ni siquiera estaba comprimido en lo infinitamente pequeño, estuvo sólo la energía, infinitamente grande. Entonces no había ni tiempo ni espacio. A partir de este primer instante, en lo que se ha venido a denominar el “big bang”, cuando esta energía primigenia comenzó a “condensarse” en estructuras –la masa y la carga eléctrica– que ejercían fuerza a partir de la escala cuántica, fue posible el desarrollo del tiempo y la extensión del espacio. Este desarrollo y esta expansión no fueron ni son ahora independientes de la conversión de la energía en masa y carga eléctrica. Las partículas fundamentales responsables de estas dos propiedades son altamente funcionales y generan sus propios campos espaciales de fuerza dentro de los cuales pueden interactuar causalmente.
La energía primigenia ha ido dando origen a la estructuración ulterior de la materia a partir de su condensación primera en partículas fundamentales en un acto de creación que no tiene término. A partir de la transformación de la energía en partículas fundamentales que crean sus propios campos de fuerza surgió el tiempo y el espacio. De hecho, ambos parámetros se explican por su relación con la fuerza y la estructura. Tanto como la funcionalidad de las estructuras que transforma la energía en fuerza hizo posible el tiempo (el tiempo es generado por la relación causal), la estructuración de la materia conformó el espacio (un espacio es inconcebible si no es parte de una estructura). Tal como la fuerza genera el tiempo, la estructura, por su parte, genera el espacio. Esto es, si la fuerza se define en función de la alteración del movimiento de la materia en el espacio-tiempo, y la materia se define en cuanto estructurada según las coordenadas espaciales, la fuerza deberá definir el tiempo. En esta ecuación la fuerza se desvincula del espacio, pues éste queda anulado al encontrase a ambos lados de dicha ecuación.
A la inversa, esto quiere decir no sólo que el tiempo depende de la fuerza, sino que la fuerza desarrolla el tiempo. Más arriba vimos que la energía es anterior a la fuerza. La energía que emana de una causa es siempre tiempo futuro, potencialidad. Cuando entra el parámetro espacial, la energía, mediatizada por la complementariedad fuerza-estructura, se vuelve fuerza y el tiempo sufre desarrollo. Esta idea es comprensible si se piensa que la fuerza, que porta energía especificada o diferenciada, es el necesario nexo interestructural entre la causa y su efecto; es el punto de encuentro entre la estructura causa y la estructura efecto. Para que ocurra un efecto es necesario que la causa sea mediatizada por una fuerza si acaso se identifican tanto la causa como el efecto con estructuras funcionales. En la relación causal la causa genera una fuerza que el efecto consume y, en esta acción, ambos son modificados de alguna manera. Sintetizando, la fuerza genera la relación causal al actualizar el traspaso de energía.
Ahora bien, puesto que en toda relación causal se produce una secuencia temporal, la fuerza es aquello que se interpone entre el “antes” y el “después” de tal acontecimiento; ella constituye el “ahora” del acontecimiento para modificar irreversiblemente la estructura. En todo cambio hay traspaso de energía de acuerdo a la primera ley de la termodinámica; todo cambio es irreversible, según su segunda ley. Por lo tanto, podemos subrayar que la fuerza genera el devenir y desarrolla el tiempo. Un solo acontecimiento, una sola relación causa-efecto, no logra decirnos mucho acerca del espacio-tiempo: tan sólo que un acontecimiento separa un antes de un después en algún lugar. La dimensión espacio-temporal es el conjunto de los múltiples acontecimientos particulares que están sucesivamente relacionados porque se van actualizando en un tiempo determinado, que es el presente para un determinado lugar del espacio. Pero ella no puede ser únicamente lineal, ni tampoco unidimensional. El tiempo no es independiente del espacio, pues la sucesión de acontecimientos no se da únicamente en un punto espacial, sino que abarca un tejido interdependiente de distintos acontecimientos cuya correlación es asunto de la posición en el espacio no sólo del observador, que es un referente particular, sino del big bang, que es el referente absoluto de todo el universo. El universo es el conjunto de las interrelaciones causales que tiene su origen en el big bang. Y a causa de este origen común, aquél tiene unidad y sus leyes naturales se cumplen en todo tiempo y lugar.
He mostrado más arriba que el espacio es propio de la estructura, y el tiempo, de la fuerza. Entonces, nuestro universo no es el campo espacio-temporal donde juegan fuerzas y estructuras, sino que el juego mismo es el espacio-tiempo desarrollado por la interacción fuerza-estructura. Si su origen primigenio fue una energía infinita contenida en un no-espacio, su evolución en el curso del tiempo ha seguido el transcurso de una continua y cada vez más compleja estructuración, la cual ha ido desarrollado el espacio.
Vivimos en una época cuando está de moda la visión cosmológica construida en torno a la teoría general de la relatividad de Einstein. El mundo científico siente un gran aprecio por esta teoría y, en cierto sentido, adapta los resultados de las observaciones y experimentaciones para no contradecirla. Lo que es completamente real es que existe una absoluta contradicción entre lo expuesto más arriba y esta teoría.
(Continúa en El universo de la cosmología 2. http://universocosmologico2.blogspot.com/)
