Stephen Hawking

Física. Universo. Astronomía. Origen. Evolución. Big Crunch. Agujeros negros. Pensamiento. Espacio. Tiempo. Teoría de cuerdas. Tierra

  • Enviado por: Alba Jiménez
  • Idioma: castellano
  • País: España España
  • 5 páginas
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INTRODUCCIÓN

Calificado por muchos como el que es “quizás el mayor físico de nuestro tiempo”, “el heredero de Einstein” y “la más espléndida mente viva”, Hawking ha hecho avanzar enormemente nuestra concepción del universo en que vivimos. Desde sus orígenes hasta los agujeros negros, pasando por una comprensión más clara y precisa de la cosmología y la astrofísica, del tiempo y el espacio.

¿De dónde venimos? ¿Cómo comenzó el Universo? ¿Por qué el Universo es como es? ¿Cómo acabará? son preguntas fascinantes que seguro que todos nosotros, al igual que Hawking, nos hemos planteado alguna vez e intentado encontrar respuestas científicas.

La obra de Hawking se caracteriza por su amplitud y riqueza que, obviamente, no puede ser recogida en unas cuantas páginas. A pesar de ello, encontré muy interesante la estrecha relación entre la asignatura y sus teorías y me pareció interesante realizar un estudio general y básico sobre varias de sus conferencias mundiales distribuidas hoy en día por Internet.

La historia de cómo hemos llegado a éste universo es la historia del aprendizaje de la comprensión de todo lo que vemos.”- Stephen Hawking

¿JUEGA DIOS A LOS DADOS?

Esta conferencia versa sobre si podemos predecir el futuro o bien éste es arbitrario y aleatorio.

La imagen del universo que se aprecia hoy en día no siempre ha sido así y no hace falta remontarse a épocas muy lejanas para comprobarlo.

En la antigüedad, el mundo era percibido por el ser humano como algo arbitrario e impredecible que se movía motivado por el comportamiento aparentemente caprichoso de unos dioses.

Poco a poco, la gente se fue dando cuenta de ciertas regularidades en el comportamiento de la naturaleza (en especial el de los cuerpos celestes) y por ello la Astronomía fue la 1º ciencia en desarrollarse. Todo esto llevó a la idea del determinismo científico, que obedecía una serie de leyes científicas. Todo esto fue expresado por 1º vez por el científico francés Laplace quien dijo que si en un instante determinado conociéramos las posiciones y velocidades de todas las partículas en el Universo, podríamos calcular su comportamiento en cualquier otro momento del pasado o del futuro.

Esta idea ha sido uno de los dogmas centrales de la ciencia desde los tiempos de Laplace. Eso implica que podemos predecir el futuro, al menos en principio. Sin embargo, en la práctica nuestra capacidad para predecir el futuro está severamente limitada por la complejidad de las ecuaciones, y por el hecho de que a menudo exhiben una propiedad denominada caos.

Ya en el sXX, el principio de incertidumbre de Heisenberg desbancó la visión determinista de Laplace. ¿Cómo puede uno predecir el futuro, cuando uno no puede medir exactamente las posiciones ni las velocidades de las partículas en el instante actual?

Einstein estaba muy descontento por esta aparente aleatoriedad en la naturaleza. Su opinión se resumía en su famosa frase 'Dios no juega a los dados'. Einstein, sin embargo, se hallaba en un error, ya que el principio de Heisenberg fue demostrado. Así pues, se demostró que “Dios juega a los dados con el universo”. No sólo juega definitivamente a los dados sino que además a veces los lanza a dondo no podemos verlos.

Basándose en este principio, se creó la mecánica cuántica, que aunque en la actualidad no se halle muy extendida debido a la complejidad de la base matemática que le acompaña, es la física del futuro.

Otro punto importante a tratar sobre la obra de Stephen Hawking y referente a esta exposición, son los denominados agujeros negros.

El primero en darles nombre fue John Wheeler, cuando descubrió que al agotarse el ciclo vital de las estrellas, siempre que poseyeran masa suficiente, explotaban y daban lugar a una materia de densidad infinita donde el espacio y el tiempo dejan de existir, dando así origen a un agujero negro.

Hawking demostró que los agujeros negros no son totalmente negros sino que pueden emitir radiaciones (partículas portadoras de energía) en sus bordes. Estos hallazgos asombraron al resto del mundo. Lo que se entiende comúnmente como “el vacío” no está realmente vacío ya que está formado por pares de partículas y antipartículas. Estas partículas y antipartículas existen porque un campo, tal como los campos que transportan la luz y la gravedad, no puede valer exactamente cero. Esto denotaría que el valor del campo tendría tanto una posición exacta (en cero) como una velocidad o ritmo de cambio exacto (también cero). Esto violaría el Principio de Incertidumbre porque una partícula no puede tener al tiempo una posición y una velocidad constantes. Por lo tanto, todos los campos deben tener lo que se denomina fluctuaciones del vacío. El espacio, sólo por serlo, ya posee una cantidad de energía. Debido al comportamiento cuántico de la naturaleza se puede interpretar estas fluctuaciones del vacío como partículas y antipartículas.

En resumen, la evolución del universo es claramente arbitraria. Sin embargo, sí que era posible predecir una combinación de posición y velocidad pero incluso esta limitada certidumbre desapareció cuando se tuvieron en cuenta los efectos de los agujeros negros: la pérdida de partículas e información dentro de los agujeros negros dio a entender que las partículas que salían eran fortuitas. Así pues, se pueden calcular las probabilidades pero no hacer ninguna predicción en firme. Así, el futuro del universo no está del todo determinado por las leyes de la ciencia, ni su presente, en contra de lo que creía Laplace. Dios todavía se guarda algunos ases en su manga.

LA VIDA EN EL UNIVERSO

Esta conferencia versa sobre el desarrollo de la vida en el universo, y en particular, sobre el desarrollo de la vida inteligente.

Hawking cree que la humanidad podría utilizar los avances tecnológicos y científicos para destruirse a sí misma. Afirma que la raza humana no estará segura hasta que consiga llegar a las estrellas y encuentre otros mundos habitables; pero que de todas formas si hacemos de la Tierra un lugar realmente inhabitable, en todo el Sistema Solar no hallaremos ningún otro que nos garantice supervivencia.

Según Hawking durante los dos últimos millones de años, el comportamiento agresivo ha constituido para el individuo una oportunidad para sobrevivir y reproducirse. Por este motivo la propia selección natural Darwiniana lo favoreció e incorporó como un rasgo característico de la especie humana. Dice, que hoy en día, este comportamiento resulta un tanto absurdo, sobre todo si nos detenemos a pensar que poseemos suficientes armas nucleares como para destruir el mundo varias veces. Este es el motivo de que la humanidad no le parezca particularmente inteligente, porque la agresión a sobrevivido como un reflejo fundamental de supervivencia y terminará convirtiendo al ser humano en algo inferior a una maquina; según él la única esperanza de eliminar este instinto radica en la tecnología genética, es decir, pretende modificar la complejidad del ADN, aunque afirma que será un proceso muy lento, pero el único remedio para que los sistemas biológicos sigan siendo superiores a los electrónicos;

¿Qué oportunidades tenemos de encontrar alguna forma de vida alienígena , mientras exploramos la galaxia?. Si la discusión sobre la escala de tiempo para la aparición de vida en la Tierra es correcta, debe haber muchas otras estrellas, cuyos planetas alberguen vida. Algunos de estos sistemas estelares podrían haberse formado cinco mil millones de años antes que la Tierra. Luego, ¿por qué la galaxia no está bullendo de formas de vida auto-diseñadas, mecánicas o biológicas? ¿Cuál es la explicación del por qué no nos han visitado?

  • Una posibilidad es que la discusión, sobre la aparición de vida en la Tierra, es incorrecta. Tal vez la probabilidad de que la vida aparezca espontáneamente es tan baja, que la Tierra es el único planeta en la galaxia, o en el universo observable, en el cual sucedió.

  • Otra posibilidad es que exista una probabilidad razonable para que se formen sistemas de auto reproducción, como las células, pero que la mayoría de estas formas de vida no desarrollaron la inteligencia. Solemos creer en la vida inteligente, como una consecuencia inevitable de la evolución. Es más probable que la evolución sea un proceso al azar, donde la inteligencia es simplemente uno más entre una gran cantidad de resultados posibles. Las bacterias, y otros organismos unicelulares, seguirán viviendo, aún cuando el resto de la vida en la Tierra fuese barrida por nuestras acciones. Hay por tanto apoyos para la visión de que la inteligencia, es un desarrollo poco probable de la vida en la Tierra, desde la cronología de la evolución. Tomó un tiempo muy largo, dos mil quinientos millones de años, llegar a partir de las células hasta los seres multicelulares, los cuales son precursores necesarios para la inteligencia. Esta es una buena fracción del tiempo total disponible, antes de que el sol se destruya. Lo cual daría consistencia a la hipótesis, de que la probabilidad para que la vida inteligente se desarrolle, es baja. En ese caso, cabe esperar que encontremos muchas otras formas de vida en la galaxia, pero es poco probable encontrar vida inteligente.

  • Otro modo, mediante el cual la vida podría fracasar en su intento de desarrollarse hasta un escenario de inteligencia, sería la de que un asteroide o cometa colisionase con el planeta. Acabamos de observar la colisión de un cometa, el Schumacher-Levi, con Júpiter. Esto produjo una serie de bolas de fuego enormes. Se cree que la colisión de un cuerpo algo más pequeño, con la Tierra, hace cerca de 70 millones de años, fue responsable de la extinción de los dinosaurios. Algunos pequeños mamíferos tempranos sobrevivieron, pero cualquier cosa tan grande como un humano habría sido aniquilada casi con toda certeza. Es difícil decir cuan a menudo ocurren tales colisiones, pero una conjetura razonable sobre este promedio, puede ser cada veinte millones de años. Si esta cifra es correcta, significaría que la vida inteligente en la tierra ha aparecido, únicamente gracias al hecho afortunado de que no ha habido colisiones importantes en los últimos 70 millones de años. Otros planetas en la galaxia, en los cuales la vida hubiera aparecido, pudieron no haber tenido un período libre de colisiones lo suficientemente largo como para desarrollar seres inteligentes.

  • Una tercera posibilidad es que durante la fase de transmisión externa haya una probabilidad razonable para que la vida se forme, y se desarrollen los seres inteligentes. Pero en ese punto, el sistema llega a ser inestable, y la vida inteligente se destruye.

  • Una cuarta posibilidad: la de que hay otras formas de vida inteligente ahí fuera, pero que se nos han pasado por alto. Existía un proyecto llamado SETI, la búsqueda de inteligencia extra-terrestre. Este implicaba la exploración de radiofrecuencias, para ver si podríamos captar señales emitidas por civilizaciones extraterrestres. Pero deberíamos ser cuidadosos y no contestar, hasta que nos hayamos desarrollado un poquito más. Descubrir una civilización más avanzada, en nuestra actual etapa, puede ser un poco como cuando los habitantes originales de América se encontraron con Colón. Creo que estaban mejor antes de ello.

El espacio y el tiempo se curvan

La conclusión de este discurso es que el viaje rápido en el espacio, o el viaje atrás en el tiempo no tiene reglas, según nuestra compresión actual. Ambos causarían muchos problemas lógicos, por lo que esperemos que exista una Ley de Protección Cronológica que impida a la gente ir atrás y que maten a nuestros padres. Pero los fans de la ciencia ficción no pierden su entusiasmo. Hay esperanza en la teoría de cuerdas.

El principio del tiempo

¿Qué es, pues, lo que la propuesta sin límite predice para el universo? Lo primero que cabe decir es que, como todas las historias posibles para el universo son finitas en magnitud, cualquier cantidad que se utilice como medida del tiempo tendrá un valor máximo y otro mínimo. Así, el universo contará con un principio y un final. El comienzo en tiempo real será la singularidad del Big Bang, pero en tiempo imaginario el comienzo no será una singularidad, constituirá, por el contrario, un poco como el Polo Norte de la Tierra. Si se consideran grados de latitud en la superficie como análogos del tiempo, podría decirse que la superficie de la Tierra comenzó en el Polo Norte. Pero este es un punto perfectamente ordinario del planeta. No hay nada especial al respecto y en el Polo Norte rigen las mismas leyes que en cualesquiera otros lugares del planeta. Igualmente, el acontecimiento que optemos por denominar "comienzo del universo en tiempo imaginario" será un punto ordinario del espacio-tiempo, muy semejante a cualquier otro. Las leyes de la ciencia regirán en el principio igual que en cualquier otro momento. De la analogía con la superficie terrestre cabe esperar que el final del universo sea similar al principio, a la manera en que el Polo Norte se asemeja al Polo Sur. Pero los polos Norte y Sur corresponden al comienzo y al final de la historia del

universo en el tiempo imaginario, no en el real que experimentamos. Si los resultados de la suma de historias se extrapolan del tiempo imaginario al real, encontraremos que el comienzo del universo en el tiempo real puede ser muy diferente de su final.

En tiempo real, el universo comenzaría su expansión con un radio muy pequeño. Al principio la expansión seria la que se denomina inflacionaria, es decir, el universo doblaría de tamaño cada pequeña fracción de segundo. La inflación creó todos los elementos del universo casi literalmente de la nada. Sin embargo, ahora hay al menos 1E22 partículas en la parte del universo que podemos observar. ¿De donde vinieron todas esas partículas? La respuesta es que la relatividad y la mecánica cuántica permiten la creación de materia a partir de la energía en la forma de pares de partículas / antipartículas. ¿Y de dónde vino la energía para crear esa materia? La respuesta es que constituía un préstamo de la energía gravitatoria del universo. Este tiene una enorme deuda de energía gravitatoria negativa que equilibra exactamente la energía positiva de la materia. Durante el periodo inflacionario el universo recibió un considerable préstamo de su energía gravitatoria para financiar la creación de más materia. Hasta el final del universo no habrá que pagar la deuda de energía gravitatoria.

La conclusión de esta conferencia es que el universo no ha existido desde siempre. Lo que es más, el universo, y el tiempo en sí mismo, tuvieron un comienzo en el Big Bang, hace más o menos 15 mil millones de años. El comienzo del tiempo real podría haber sido una singularidad, en la cual las leyes de la física podrían haberse roto, si el universo satisficiera la condición de no frontera. Esto quiere decir que en la dirección del tiempo imaginario, el espacio-tiempo es finito en extensión, pero no tiene ninguna frontera o borde. Las predicciones de la proposición de no frontera parecen concordar con las observaciones. La hipótesis de no frontera también predice que el universo se colapsará otra vez de manera eventual. Sin embargo, la fase de contracción no tendrá una flecha del tiempo opuesta a la fase de expansión. Por lo tanto continuaremos haciéndonos viejos, y no volveremos a nuestra juventud.