Historia Del Tiempo

Stephen W. Hawking

Historia del tiempo.

Del big bang a los agujeros negros.

Resumen

Stephen W. Hawking

Historia del tiempo.

Del big bang a los agujeros negros.

AGRADECIMIENTOS

Steven Weinberg, Los tres primeros minutos del universo. Einstein. E=mc2.

INTRODUCCIÓN

Tan interesante como los contenidos de gran alcance es la visión que proporciona de los mecanismos de la mente de su autor. Hawking se embarca en una búsqueda de la respuesta a la famosa pregunta de Einstein sobre si Dios tuvo alguna posiblidad de elegir al crear el univeso. Un universo sin un borde espacial, sin principio ni final en el tiempo, y sin lugar para un creador.

Carl Sagan

Capítulo 1 NUESTRA IMAGEN DEL UNIVERSO

Aristóteles, en su libro De los Cielos estableció dos argumentos para creer que la Tierra era redonda: La sombra de la Tierra sobre la luna (en los eclipses lunares) era siempre redonda y la estrella polar aparecía más baja vista desde el sur que desde regiones más al norte. Aristóteles incluso estimó que la distancia alrededor de la Tierra era de 400.000 estadios (hacia el doble del Ecuador correcto).

Aristóteles creía que la Tierra era estacionaria. Esta idea fue ampliada por Ptolomeo en el siglo II d.C. hasta construir un modelo cosmológico completo. La Tierra permaneció en el centro, rodeada por ocho esferas. La esfera más externa transportaba a las llamadas estrellas fijas.

Nicolás Copérnico, hacia 1514, propuso un modelo más simple. Su idea era que el sol estaba estacionario en el centro y que la Tierra y los planetas se movían en órbitas circulares a su alrededor. Casi un siglo después Kepler y Galileo empezaron a apoyar públicamente la teoría copernicana. En 1609 Galileo empezó a observar el cielo nocturno con un telescopio que acababa de inventar. El planeta Júpiter estaba acompañado por varios pequeños satélites o lunas que giraban a su alrededor. Esto implicaba que no todo tenía que girar directamente alrededor de la Tierra. Figura 1a1

Johannes Kepler había modificado la teoría de Copérnico, sugiriendo que los planetas no se movían en círculo, sino en elipses. Las predicciones se ajustaban ahora finalmente a las observaciones.

Las órbitas elípticas constituían una hipótesis bastante desagradable. Kepler no pudo reconciliarlas con su idea de que los planetas estaban concebidos para girar alrededor del Sol atraídos por fuerzas magnéticas. Hacia 1687 Isaac Newton en Pilosophíae Naturalis Principia Mathemática postuló una ley de la gravitación universal, según la cual cada cuerpo en el universo era atraído por cualquier otro cuerpo con una fuerza que era tanto mayor cuanto más masivos fueran los cuerpos y cuanto más cerca estuvieran el uno del otro.

Llegó a ser natural suponer que las estrellas fijas eran objetos como nuestro Sol pero mucho más lejanas.

Newton comprendió que las estrellas deberían atraerse unas a otras; no parecía posible que pudieran permanecer esencialmente en reposo. ¿No llegaría un determinado momento en el que todas ellas se aglutinarían?. En 1691 Newton argumentaba que esto verdaderamente sucedería si solo hubiera un número finito de estrellas; si, por el contrario, hubiera un número infinito de estrellas sobre un espacio infinito, ello no sucedería, porque no habría ningún punto central donde aglutinarse.

En un universo infinito, cada punto puede ser considerado como el centro. La aproximación correcta, es considerar primero una situación finita, en la que las estrellas tenderían a aglutinarse. Podemos añadir tantas estrellas como queramos, que a pesar de ello las estrellas originales seguirán juntándose indefinidamente. Esto nos asegura que es imposible tener un modelo estático e infinito del universo, en el que la gravedad sea siempre atractiva.

En el pensamiento anterior al siglo XX nadie había sugerido que el universo se estuviera expandiendo o contrayendo. Por el contrario, se intentó modificar la teoría, suponiendo que la fuerza gravitacional fuese repulsiva a distancias muy grandes. Hoy en día creemos que tal equilibrio sería inestable: si las estrellas en alguna región se acercaran sólo ligeramente unas a otras, una vez que empezaran a aglutinarse, lo seguirían haciendo. Por el contrario, si las estrellas empezaran a separarse tan sólo un poco, el dominio de las fuerzas repulsivas las alejarían indefinidamente.

Otra objeción a un universo estático e infinito es atribuida a Heinrich Olbers hacia 1923. En tal universo, todo el campo de nuestra visión estaría cubierto de estrellas, que podrían no verse por culpa de la materia intermedia; pero al cabo de un tiempo ésta se habría calentado tanto que brillaría a nuestros ojos como una estrella. la única manera de evitar la conclusión de que todo el cielo nocturno debería ser tan brillante como la superficie del sol sería suponer que las estrellas no han estado iluminando desde siempre, sino que se encendieron en un determinado instante pasado finito.

De acuerdo con distintas cosmologías primitivas y con la tradición judeo-cristiana-musulmana, el universo comenzó en cierto tiempo pasado finito, y no muy distante. Parecía necesaria una "Causa Primera" (dentro del universo, uno siempre explica un acontecimiento como causado por algún otro acontecimiento anterior).

San Agustín en La ciudad de Dios señalaba que la civilización está progresando, por lo que el hombre, y quizás también el universo, no podía haber existido desde mucho tiempo atrás. De acuerdo con el libro del Génesis, aceptaba una fecha de unos 5.000 años antes de Cristo para la creación del universo (no está muy lejos del final del último período glacial, sobre el 10.000 a.C., que es cuando los arqueólogos suponen que realmente empezó la civilización.)

Aristóteles, y la mayor parte del resto de los filósofos griegos, no era partidario de la idea de la creación. Ellos creían que la raza humana y el mundo que la rodea habían existido, y existirían, por siempre. Los antiguos ya habían considerado el argumento descrito arriba acerca del progreso, y lo habían resuelto diciendo que había habido inundaciones periódicas u otros desastres que repetidamente situaban a la raza humana en el principio de la civilización.

Immanuel Kant en Crítica de la razón pura llamó a estas cuestiones antinomias de la razón pura. Si el universo no hubiera tenido un principio, habría habido un periodo de tiempo infinito anterior a cualquier acontecimiento, lo que él consideraba absurdo. Si el universo hubiera tenido un principio, habría habido un periodo de tiempo infinito anterior a él. Ambos argumentos se basan en la suposición implícita de que el tiempo continúa hacia atrás indefinidamente, tanto si el universo ha existido siempre como si no. Como veremos el concepto de tiempo no tiene significado antes del comienzo del universo. Esto ya había sido señalado en primer lugar por San Agustín. Cuando se le preguntó: ¿Qué hacía Dios antes de que creara el universo?, dijo que el tiempo era una propiedad del universo, y que el tiempo no existía con anterioridad al principio del universo.

En 1929 Edwin Hubble hizo la observación crucial de que, donde quiera que uno mire, las galaxias distantes se están alejando de nosotros. El universo se está expandiendo. Parece ser que hubo un tiempo, hace unos diez o veinte mil millones de años, en que todos los objetos estaban en el mismo lugar, y en el que la densidad del universo era infinita (big bang). Bajo tales condiciones, todas las leyes de la ciencia se desmoronarían. Si hubiera habido acontecimientos anteriores a este tiempo, no podrían afectar de ninguna manera a lo que ocurre en el presente. Uno podría decir que el tiempo tiene su origen en el big bang, en el sentido de que los tiempos anteriores simplemente no estarían definidos. En un universo inmóvil no existe la necesidad física de un principio. Si el universo se está expandiendo pueden existir poderosas razones físicas para que tenga que haber un principio. ¡Un universo de este tipo no excluye la existencia de un creador pero sí establece límites sobre cuándo éste pudo haber llevado a cabo su misión!.

Una teoría debe describir con precisión un amplio conjunto de observaciones, y debe ser capaz de predecir positivamente futuras observaciones. Cualquier teoría física es siempre provisional: nunca se puede probar. Pero si por el contrario se realiza alguna vez una nueva observación que contradiga la teoría, tendremos que abandonarla o modificarla.

En la práctica, lo que sucede es que se construye una nueva extensión de la teoría original.

El objetivo final de la ciencia es el proporcionar una única teoría que describa correctamente todo el universo. Es muy difícil construir una única teoría capaz de describir todo el universo.

Los científicos actuales describen el universo a través de dos teorías parciales fundamentales: la teoría de la relatividad general y la mecánica cuántica. Ellas constituyen el gran logro intelectual de la primera mitad de este siglo. La teoría de la relatividad general describe la fuerza de la gravedad y la estructura a gran escala del universo. La mecánica cuántica se ocupa de los fenómenos a escalas extremadamente pequeñas. Desafortunadamente estas dos teorías son inconsistentes entre sí: ambas no pueden ser correctas a la vez. Uno de los mayores esfuerzos de la física actual es la búsqueda de una teoría cuántica de la gravedad. Aún

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