Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

Tiempo antes del tiempo

En 1897, cuando ya llevaba seis años de estancia en Tahití, Paul Gauguin creó su obra maestra, que se conserva en el Museo de Bellas Artes de Boston, Estados Unidos. Es una maravillosa alegoría, un verdadero testamento pictórico, pintado inmediatamente antes de su intento de suicidio. Su título "¿De dónde venimos, qué somos, dónde vamos?" resume su contenido, una verdadera reflexión pictórica sobre el ciclo nacimiento-vida-muerte, sobre nuestra identidad y sobre nuestro destino, todo ello en conexión con el mundo cósmico (Un excelente enlace web en http://www.wbur.org/special/gauguin)

Un concepto este, el del tiempo que ha sido siempre difícil de entender para los humanos por lo que, en palabras de Alexis Carrell, el tiempo físico nos es extraño, mientras el tiempo interior es nosotros mismos.


CONCEPTOS. Hace algo más de un mes, en esta misma Sección de Ababol, en el artículo "Partículas de espacio y tiempo" (se puede consultar en la edición digital de La verdad: www.laverdad.es/cienciaysalud), repasábamos los principios de las teorías de la mecánica cuántica y de la relatividad general en relación con los conceptos de espacio y tiempo, señalando como la nueva teoría de la gravitación cuántica, a través de sus conceptos de partículas o átomos de tiempo y de espacio, pretendía resolver varios importantes problemas pendientes.

Hoy hacemos otra aproximación física alternativa, basada en la Teoría de cuerdas, que se plantea la pregunta de si realmente el Big Bang fue el origen del tiempo o de si el Universo ya preexistía en el instante del Big Bang. El análisis sobre las características de un Universo pre-Big Bang constituye actualmente uno de los retos más fascinantes de la Cosmología.

Filósofos como Parménides y Zenón defendían una concepción estática del tiempo, indicando que la distinción entre pasado y futuro es sólo una distinción subjetiva basada en la experiencia, más que un reflejo de una genuina división ontológica. Pero Heráclito y, tras él, Aristóteles opusieron una perspectiva dinámica del tiempo, según la cual el futuro carece de la realidad del pasado y del presente y la realidad se va engrosando conforme pasa el tiempo. Para Aristóteles, no existía un principio del tiempo ya que fuera de la nada no existió nada, por lo que el tiempo se prolongaría eternamente hacia el pasado y el futuro. La teología cristiana adoptó una postura diferente. Para san Agustín Dios existe fuera del espacio y del tiempo y es capaz de darles existencia a estos conceptos. Cuando se le preguntaba sobre qué estaba haciendo Dios antes de crear el mundo él contestaba que como el tiempo en si mismo es una parte de la creación divina, simplemente antes no había nada.

Una de las características más extrañas del tiempo es la de su asimetría. Sabemos que las leyes físicas fundamentales son reversibles en el tiempo, pero fenómenos macroscópicos complejos como el desarrollo de un ser vivo o la caída de un edificio no pueden suceder en un orden inverso. Ello tiende a explicarse por el segundo principio de la Termodinámica que señala que la espontaneidad está ligada a un aumento de la entropía, del desorden, es decir, que el Universo aumenta incesantemente de entropía.

Inmediatamente surge preguntas como ¿por qué se creó el universo en un estado de entropía tan bajo?. ¿Fue ello un accidente, sin el cual el tiempo podría ser isotrópico, no asimétrico?.

Para los filósofos, los físicos y los cosmólogos el estudio del tiempo y del inicio del Universo sigue siendo un tema fascinante.

CUERDAS. El conocimiento científico avanza usando series de aproximaciones en la que cada una supera la precisión de la precedente. La base actual oficial
de los conocimientos sobre los conceptos de espacio, tiempo, materia y energía descansa en las leyes de la mecánica cuántica y de la relatividad restringida y general, enunciadas a comienzos del siglo XX, así como en la teoría del Big Bang sobre el inicio del Universo desde una fuente puntual. Ello supone que los fermiones que componen la materia (electrones, quarqs y sus asociados de antimateria) y los elementos transmisores de la energía (fotones, gluones y bosones de norma débil) son entidades de dimensión nula. Sin embargo en el caso de la gravedad, con su hipotética partícula de fuerza el gravitón, la hipótesis de dimensión nula conduce a absurdos como densidades infinitas, energías infinitas o una deformación infinita de continuo espacio-tiempo.

Para intentar resolver el problema, hacia 1965 apareció una nueva teoría que enseñaba que las partículas fundamentales son las manifestaciones de la vibración de regiones extremadamente pequeñas del espacio (en analogía con los posibles modos de vibración de una cuerda), y que los modos diversos de esas vibraciones son los que dan nacimiento de todos los fermiones y bosones conocidos que, por tanto no serían adimensionales, sino infinitesimalmente monodireccionales. Había nacido la Teoría de cuerdas. Inicialmente abarcaba los modos de vibración como los propios de una cuerda monodireccional. Posteriormente se extendió a vibraciones de membranas de dos direcciones (2-branes), volúmenes de tres dimensiones (3-branes) e incluso al concepto de n-branes multidimensionales, que ya poco tienen que ver con una cuerda, pero se agrupan bajo la denominación de Teoría de cuerdas .

En 1985 se convirtió en Teoría de las supercuerdas, para poder integrar el concepto de supersimetría de la mecánica cuántica. Todo ello ha ido paralelo a que en los últimos tiempos cada vez más especialistas crean que la idea del Big Bang producido por una fuente puntual se deba sustituir por otras alternativas más acordes con la Teoría de cuerdas.

PRE-BIG BANG. El desarrollo actual de una Teoría cuántica de las cuerdas está siendo desarrollado por renombrados físicos como Gabriele Veneziano, del laboratorio europeo CERN. Una posibilidad que se alumbra de estas aproximaciones es la de que el Big Bang no fuese un punto de inicio sino de fluctuación simétrica, es decir, que los acontecimientos inmediatamente tras el Big Bang fuesen exactamente iguales, pero como una imagen en el espejo, de los sucedidos inmediatamente previos al Big Bang, de modo que el Universo iría fluctuando sucesivamente desde un Big Bang hasta otro próximo Big Bang. La relación con los agujero negros podría simplificarse indicando que en el interior de un agujero negro el espacio y el tiempo cambian de comportamiento. El centro del agujero negro no es un punto en el espacio sino un instante en el tiempo. Conforme es engullida más materia la densidad aumenta y cuando la densidad, temperatura y curvatura alcanzan los máximos valores permitidos por la Teoría de cuerdas, se produce una especie de rebote y comienzan a decrecer. El punto de transición es un Big Bang y nuestro Universo actual se habría originado en uno de estos Big Bang acaecido en un gran agujero negro.

Otros modelos desarrollados a partir de la Teoría de cuerdas abogan por sistemas ekpiróticos de conflagración. Nuestro Universo sería uno de los muchos D-branes existentes flotando dentro de un espacio multidimensional. Los branes se atraen unos a otros y pueden colisionar. El Big Bang pudo consistir en una de estas colisiones.

Conclusión: ¡A pesar de tantos conocimientos, realmente qué poco sabemos respecto a nuestra casa, nuestro Universo!