Génesis (I): El Big Bang

Inicio una breve serie de artículos sobre el origen del Universo y de la vida, desde el punto de vista de este blog: la Ciencia pero también la Filosofía. La idea general es mostrar como en el origen de la materia y de la vida encontramos conceptos y procesos similares: energía, combinaciones al azar y leyes de combinación que regulan las combinaciones.

Big ... Bang!

En el principio nada existía (existir ... del latín existere: aparecer, emerger, ser, que a su vez se forma de ex + sistere: hacia afuera + tomar posición), pero debemos precisar que había "algo" no manifestado (manifestar viene del latín manifestus: patente, palpable), supondremos que ese algo era energía primordial (energía viene del griego enérgeia: fuerza o capacidad de acción, primordial viene de primordialis: relativo a lo originario, al principio fundamental) en cantidades ingentes; así pues, había una capacidad latente de expresarse, que "de repente", se expresó:
"El universo que conocemos se originó en una inmensa explosión de energía pura desde un punto de dimensión cero y densidad infinita
Claro, en este punto  se abren muchos interrogantes, algunos de los cuales son:

http://www.physicsoftheuniverse.com
  • ¿Que es esa "energía primordial"? Pudiera ser una fuerza creativa fundamental, tal como la que busca la denominada Teoría de la gran unificación, que intenta demostrar que, en las condiciones extremas del Universo primitivo, todas las fuerzas de la Naturaleza, electromagnetismo, gravedad, fuerzas nucleares, no estaban manifestadas por separado sino unificadas en una única fuerza primordial de la que posteriormente emanarían las fuerzas que ahora conocemos.
  • ¿Cómo puede existir o ser concebido un punto de dimensión cero? Por la teoría de la relatividad sabemos que la realidad que nos rodea es un espacio-tiempo curvo con una curvatura que depende de la masa que hay en los alrededores, como más masa, más retorcido sobre sí mismo es el espacio-tiempo; en un agujero negro la enorme cantidad de masa retuerce tanto el espacio-tiempo que se pliega sobre si mismo de forma que nos queda un punto sin dimensiones ni espaciales ni temporales. De forma semejante, el punto primordial se comporta así: no está manifestado como espacio y tiempo, es solo energía potencial, hay una capacidad infinita sin utilizar.

Por razones desconocidas que quizá quedan fuera del alcance de la ciencia esa energía no manifestada primordial "decidió" manifestarse en forma explosiva (del latín explosio: echar hacia afuera una gran cantidad de energía); aquí, el "afuera" era el espacio-tiempo, que se creó en la misma explosión. No sabemos que había antes de esa explosión, de hecho la misma pregunta no tiene sentido pues no existía un "antes" al no existir el tiempo. Tampoco sabemos qué la produjo, quizá es apropiado decir que "fue una explosión espontánea", o que la energía estaba en un estado inestable y por eso explosionó, pero no hay nada definitivo; por eso también queda abierta la posibilidad (no científica) de un "ente creador" que "pusiera" esa energía y la impulsara a expansionarse.

Mucho más que una explosión: Leyes del Universo primitivo

Se cree que sólo habían transcurrido 10−43 segundos y la energía primordial ya empezó a diferenciarse, creando las fuerzas gravitatoria y electro-nuclear; un instante después, 10−36 segundos después del big-bang, la fuerza electro-nuclear se diferenció en electromagnética y nuclear. ¿Qué significa este hecho? Sabemos que esas fuerzas tienen expresiones matemáticas muy bien definidas: la gravedad fue descrita por Newton, y más tarde por Einstein, mientras que las fuerzas electromagnéticas fueron descritas por Maxwell, y en cuanto a la nucleares, por diversos físicos.
Ecuación de Einstein, relacionando energía y curvatura del espacio-tiempo

El punto importante aquí es que ... ¡en solo 10−36 segundos! se generó toda esa complejidad de campos de fuerzas, las cuales guiaron el posterior desarrollo del Universo primitivo; hay que señalar que de hecho los campos en esos instantes eran cuánticos, de forma que aún hoy en dia no hemos conseguido hallar sus ecuaciones exactas, especialmente en el caso de la gravedad cuántica. Por tanto, la "explosión" fue mucho más que un simple despliegue de energía, fue también un despliegue de complejas leyes físicas que perduran hoy en dia, 15.000 millones de años después.

Para mí, si ya es difícil de entender que pueda haber una cantidad virtualmente infinita de energía en un punto sin dimensiones, todavía es más difícil entender cómo se generaron tales leyes complicadas y exactas, ¿o bien hemos de suponer que no se generaron, sino que ya existían en el punto adimensional original? Pero las leyes son información, más aún, son conocimiento: información altamente estructurada, preparada para ser usada ¿cómo se almacena el conocimiento en un punto adimensional, o cómo se genera desde él? De hecho, esta es una pregunta que hace tiempo me hago: una partícula fundamental, aislada, es decir, un cuanto de un cierto campo, ¿cómo sabe cómo tiene que comportarse? ¿dónde se almacena esa información, ese conocimiento?

Pragmatismo científico y el principio antrópico 

Stephen W. Hawking
La ciencia está renunciando a hacerse estas preguntas, limitándose a contestar lo que cree que realmente pertenece a su ámbito de conocimiento: observar la Naturaleza, descubrir regularidades de comportamiento, intentar describir esas regularidades con un lenguaje exacto. Por ejemplo, la respuesta de Stephen Hawking a la pregunta "¿porqué las leyes del Universo primitivo fueron esas y no otras?, pues cualquiera pequeña variación en ellas, aunque fuera sólo de una centésima parte del 1%, hubiera hecho imposible la existencia del Universo y de la vida tal como los conocemos", es simplemente: «vemos el universo en la forma que es porque nosotros existimos», es una aplicación del llamado "principìo antrópico". Para mí, esta "explicación" no es más que una huida, una ignorancia, pero además una ignorancia que intenta dejar sin sentido a nuestra pregunta, una ignorancia disfrazada de sabiduría, que quiere hacer pasar el afán de saber por ignorancia, pues te dice: "tu pregunta simplemente no tiene sentido, no es una pregunta adecuada". Creo que las preguntas siempre son adecuadas, y lo más honesto es reconocer que no tienes las respuestas, en vez de negar la validez de las preguntas.


Sistemas cibernéticos, regulación y evolución

Un sistema cibernético es auto-regulado, para ello se retro-alimenta, afectando al medio externo y luego adaptándose a él. La Cibernética estudia la regulación y control de todo tipo de sistemas dinámicos y de sus procesos.  Podemos aplicarla al estudio del Universo primitivo, considerándolo como un sistema auto-regulado? En principio no, pues la Cibernética no considera sistemas aislados (aquellos que no intercambian materia ni energía con su entorno), y por definición el Universo es un sistema aislado, pues contiene todo lo existente.

La pregunta es: ¿tenemos conocimiento de algún otro sistema aislado auto-regulado que no sea el Universo? Pues no, al menos hasta mi conocimiento; todo sistema aislado es de hecho una idealización, pues el aislamiento absoluto no existe.

Evolución de un sistema cerrado: energía y entropía


Pensemos en el siguiente sistema cerrado idealizado: en un espacio cerrado dejamos algunas figuras idénticas en movimiento al azar, que obedecen a la siguiente regla:

los choques entre figuras son elásticos, excepto si, al chocar dos figuras, coinciden dos de sus lados en al menos un 50% de su longitud, entonces el choque será inelástico y las dos figuras quedaran unidas.
Podemos imaginar que los lados de las figuras son adhesivos, de forma que si chocan adecuadamente se pegan entre sí. Demos posiciones y velocidades iniciales a las figuras, por ejemplo, la instantánea inicial podría ser:
Figuras moviéndose al azar en un entorno cerrado
Es de esperar que al cabo de cierto tiempo algunas figuras se hayan unido, por ejemplo:
La ley del choque entre figuras produce uniones

Esperando todavía más tiempo más figuras se habrán unido al azar:
Las uniones se hacen más numerosas y complejas
A la larga esperamos que todas las figuras queden unidas en una sola figura, es como si actuara una gravedad en ellas. Este sencillo "Universo" no cumple con la ley de conservación de la energía, pues como es sabido los choques inelásticos disipan energía cinética; en el Universo real la energía cinética se transforma en térmica, pero como en nuestro sistema no hemos definido tal concepto, se va disipando la energía; de hecho, como la temperatura está relacionada con la energía cinética, nuestro simple Universo se enfriará irreversiblemente hasta llegar al estado de equilibrio en el que todas las figuras están juntas. También podemos decir que la entropía en nuestro sistema, que podemos tomar como una medida del desorden del sistema, se reduce progresivamente, violando con ello el segundo principio de la termodinámica. Así pues, no es tan sencillo imaginar un sistema cerrado que no vulnere las leyes de la Física: hay que pensar un poco más.

En nuestra segunda versión de sistema cerrado haremos que la energía perdida en los choques inelásticos se emita en forma de un tipo de radiación para la cual no damos más detalles; esa radiación, una vez emitida, no interactúa con nada, es energía libre. Por tanto el sistema cumple ahora con el principio de conservación de la energía: en el estado final de equilibrio todas las figuras estarán unidas y circulará por el espacio una radiación que contendrá toda la energía cinética perdida. ¿Que pasará con la entropía? A pesar de que las figuras están más ordenadas en el estado final, dado que la energía radiante no puede recuperarse, deberá haber un aumento global de la entropía, y se cumplirá el segundo principio, que de hecho tiene que ver con la irreversibilidad: la energía total se conserva, pero se convierte en otra forma tal que no puede recuperarse el estado inicial de figuras separadas.

Pensemos en una tercera versión del sistema, en la cual la energía radiante pueda ser reabsorbida por las figuras, con el efecto de un aumento de la energía cinética. La energía total sigue conservándose; ¿cuál será el estado final de este sistema? Como la absorción de energía no separa las figuras, sólo las acelera, el estado final será el mismo: una única figura, unión de todas las iniciales, con una velocidad determinada por la conservación de la energía total. ¿Que pasa con la entropía? Que vuelve a disminuir, no hay pérdida de energía cinética total, y hay un aumento del orden del sistema: volvemos a violar la segunda ley. En el Universo real no hay la posibilidad de reabsorción total de la energía perdida, hay una degradación que conduce al aumento de entropía.

Así pues vemos que el Universo primitivo, generado a partir de la "nada", fue muy especial: llevaba intrínsecamente unas leyes estrictas y exactas que cumplió desde el mismo momento de su génesis.

¿De donde surge toda la complejidad?

Incluso en el sistema tan simple que hemos usado como ejemplo, para que evolucione hay que poner unos objetos, unas reglas, unas condiciones iniciales, y un tiempo para que el azar realice combinaciones siguiendo las reglas. En cambio parece ser que el Universo no tuvo "objetos" iniciales sino sólo energía, y tuvo reglas iniciales, ¿pero "quien" y "como" las impuso? Supongamos que la energía primordial ya contiene algunas reglas simples iniciales, las cuales pueden combinarse entre sí para formar reglas más complejas; es un proceso parecido al de la unión de figuras pero con reglas. Imaginemos pues un sistema inicial de reglas y de meta-reglas que permiten combinar reglas para generar nuevas reglas, codificado de alguna forma en la misma energía primordial:

Energía en expansión -> espacio-tiempo
Energía + espacio-tiempo -> campos de fuerzas y partículas elementales
Energía + espacio-tiempo + partículas elementales -> átomos
etc. etc.

La jerarquía creciente de reglas generaría todo el Universo, de hecho todo son reglas, o leyes, incluso la materia es energía que se comporta según reglas. Y todas las reglas serían combinaciones de una única fuente: la energía primordial. Esta energía primordial incluiría potencialidad y reglas de creación. En esta visión del Universo, el Big-bang no fue una explosión inicial, sino un despliegue de energía inteligente, auto-controlada por su propio sistema jerárquico de reglas, que a su vez es auto-generado, y todo lo que existe es expresión directa de esa energía manifestándose mediante lo que llamamos leyes de la Naturaleza.

Dios juega a los dados...

Aunque esta famosa afirmación surgió en el contexto de la Física Cuántica, creo que es de aplicación aquí, pues en el modelo que hemos expuesto, al igual que en el sistema simple de figuras, se deja al azar la combinación y formación de reglas más y más complejas. Ahora bien, sabemos seguro que se formaran tales reglas, solo es preciso darle tiempo al sistema. Así que es un azar relativo, pues los resultados sabemos cuales serán, aunque no este determinado el camino exacto de evolución. 

La pregunta es: ¿cuantas reglas iniciales se crearon en el big-bang? O dicho de otro modo, ¿Cuál es la mínima complejidad inicial que tuvo que crearse para que evolucionara hasta generar el complejo Universo actual? Quizá el lector se habrá dado cuenta de que estoy trazando un paralelismo con la aparición de la vida y su posterior evolución: mi tesis es que la evolución del Universo, desde la explosión inicial hasta ahora, y la evolución de la vida, desde los virus hasta los organismos complejos, siguen patrones parecidos: una materia prima más un conjunto inicial de reglas de formación, que aleatoriamente van generando la complejidad que vemos actualmente, y de la que somos parte. En el siguiente post trataré del origen de la vida.

Comentarios

  1. Discutiendo sobre el término que usan: Relatividad, para estas teorías, relatividad yo creo que es un sinónimo de "RELATIVISMO" por tanto este termino se referiría a EPISTEMOLOGÍA y no ciencia, me explico:

    relativismo








    nombre masculino
    Doctrina epistemológica que hace depender la validez del conocimiento de determinados lugares, tiempos, épocas históricas, ciclos de cultura u otras condiciones externas en las cuales este conocimiento se efectuó.
    "el subjetivismo hace depender la validez del conocimiento humano de factores que residen en el sujeto cognoscente, mientras que el relativismo subraya la dependencia de todo conocimiento respecto de factores externos"


    relatividad



    nombre femenino



    1.


    Cualidad de relativo.
    "es posible llegar a una música cuyos valores disonantes o atonales no sean ya los de una relatividad relacionada con la normalidad consonante y tonal, sino como combinación, juego, arquitectura de valores sonoros puros"




    2.



    física
    Teoría según la cual las leyes físicas se transforman cuando se cambia el sistema de referencia; se demuestra que es imposible hallar un sistema de referencia absoluto.
    "la teoría de la relatividad fue formulada por el físico alemán Einstein en 1905"


    Me explico: Se trataría de una teoría o doctrina relativa al CONOCIMIENTO:

    epistemología








    nombre femenino
    Parte de la filosofía que estudia los principios, fundamentos, extensión y métodos del conocimiento humano.
    "durante esos mismos años comenzaron a aparecer historiadores y filósofos de la ciencia que aportaban nuevos problemas a la epistemología científica"


    sinónimos: gnoseología

    La epistemología (del griego ἐπιστήμη epistḗmē, "conocimiento", y λόγος lógos, "estudio") es la rama de la filosofía cuyo objeto de estudio es el conocimiento.

    La epistemología, como teoría del conocimiento, se ocupa de problemas tales como las circunstancias históricas, psicológicas y sociológicas que llevan a la obtención del conocimiento, y los criterios por los cuales se lo justifica o invalida, así como la definición clara y precisa de los conceptos epistémicos más usuales, tales como verdad, objetividad, realidad o justificación. La epistemología encuentra ya sus primeras formas en la Grecia Antigua, inicialmente en filósofos como Parménides o Platón.

    En Grecia, el tipo de conocimiento llamado episteme se oponía al conocimiento denominado doxa. La doxa era el conocimiento vulgar u ordinario del ser humano, no sometido a una rigurosa reflexión crítica. La episteme era el conocimiento reflexivo elaborado con rigor. De ahí que el término "epistemología" se haya utilizado con frecuencia como equivalente a "ciencia o teoría del conocimiento".

    Diversos autores distinguen la gnoseología, o estudio del conocimiento y del pensamiento en general, de la epistemología o teoría del modo concreto de conocimiento llamado ciencia. Para otros autores, sin embargo, el término "epistemología" ha ido ampliando su significado y lo utilizan como sinónimo de "teoría del conocimiento".

    Por otro lado, las teorías del conocimiento específicas son también epistemología; por ejemplo, la epistemología científica general, epistemología de las ciencias físicas o de las ciencias psicológicas.

    VER: https://es.wikipedia.org/wiki/Epistemolog%C3%ADa

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  2. continuación:

    Tratando de "cuadrar" estos 3 datos:

    https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/fc/Definicion_clasica_de_conocimiento.png

    El relativismo es el concepto que sostiene que los puntos de vista no tienen verdad ni validez universal, sino que sólo poseen una validez subjetiva y relativa a los diferentes marcos de referencia. En general, las discusiones sobre el relativismo se centran en cuestiones concretas; así, el relativismo gnoseológico considera que no hay verdad objetiva, dependiendo siempre la validez de un juicio de las condiciones en que este se enuncia; o el relativismo moral, que sostiene que no hay bien o mal absolutos, sino dependientes de las circunstancias concretas. Similares postulados se defienden tanto en el relativismo lingüístico como en el relativismo cultural.


    Tradicionalmente se ha considerado que existen dos posiciones opuestas respecto a la naturaleza de la sociedad y los aspectos humanos, o por lo menos a ciertos hechos sociales: el objetivismo y el relativismo.

    El objetivismo sostiene que la verdad es independiente de las personas o grupos que la piensan, o en una forma lógicamente menos restrictiva, afirma que existen algunos hechos objetivos en los que existe acuerdo universal. Por otro lado, el relativismo considera que la verdad depende o está en relación con el sujeto que la experimenta, no existiendo verdades objetivas ni tampoco acuerdos universales compartidos por todos los seres humanos.

    Es preciso ser cuidadoso a la hora de definir lo que es relativismo; así, por ejemplo, no es relativismo aceptar que existen muchas opiniones acerca de las mismas cosas; esto es obvio y nadie lo ha negado. El relativismo aparece cuando además se dice que dichas opiniones son verdaderas si a las personas que las defienden les parecen verdaderas. El relativismo mantiene que existen muchas formas de conceptualizar ciertos hechos sociales, y que ninguna de ellas puede considerarse como "verdadera". En cuestiones humanas y sociales se reconocen tres formas básicas de relativismo:
    1.Cognitivo
    2.Moral
    3.Cultural

    Es conveniente tratarlos juntos ya que se hallan estrechamente vinculados. Por ejemplo el relativismo lingüístico considera que existen interrelaciones entre el nivel cognitivo, el nivel cultural y la lengua materna de una persona. Incluso, quienes se adhieren a uno de ellos, generalmente se adhieren también a los restantes, mientras que quienes los rechazan, lo hacen en forma conjunta. Oswald Spengler escribió: “Toda cultura tiene su propio criterio, en el cual comienza y termina su validez. No existe moral universal de ninguna naturaleza”.

    En el primer caso, admitiendo su veracidad, se niega la verdad absoluta, por lo que no existiría interés por buscarla. En el segundo caso se niega la existencia del Bien objetivo, por lo que habría que borrar a la Ética como actividad intelectual que busca un camino para alcanzarlo. En el tercer caso, no existiría una cultura mejor que otra, por lo que tampoco deberíamos esmerarnos por buscarla. Algunos autores estiman que, en el nivel epistemológico, el relativismo surge de una actitud escéptica, mientras que en el nivel moral surge de una actitud cínica.

    Hay varias razones por las que algunos autores consideran adecuado el relativismo. Se pueden destacar entre ellas:
    La influencia de elementos físicos, psicológicos o culturales en las creencias de las personas;
    La observación de las muchas ideas o concepciones que tienen los distintos grupos o culturas;
    La observación del cambio de ideas a través del tiempo.

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  3. (continua): Todo ello puede favorecer la convicción de que realmente es imposible dejar de lado la subjetividad en la adquisición de la verdad y de la concepción del mundo. No hay que confundir dos teorías muy próximas pero distintas, el relativismo y el escepticismo: el escéptico afirma que no cabe conocimiento alguno, el relativista que sí es posible el conocimiento pero que éste es relativo a las personas y que por lo tanto pueden existir muchas verdades respecto de las mismas cosas.

    Cabe ser relativista en relación a ciertos géneros de realidades y objetivista respecto de otras. Por ejemplo, muchas personas parecen aceptar puntos de vista relativistas respecto de los valores morales, pero no respecto del conocimiento del mundo físico. El relativismo más radical es el relativismo individual y referido a la totalidad de los conocimientos humanos.

    Sócrates y Platón consideraron inadmisible el punto de vista relativista, tanto por sus consecuencias en el plano moral y político porque, según ellos, es una teoría absurda y que hace imposible el conocimiento.

    Aristóteles nos ofrece una de las posibles críticas (por reducción al absurdo) al relativismo de los sofistas.

    "La doctrina de Protágoras parte del mismo principio (...). En efecto, si todo lo que pensamos, si todo lo que nos aparece, es la verdad, es preciso que todo sea al mismo tiempo verdadero y falso. La mayor parte de los hombres piensan diferentemente los unos de los otros; y los que no participan de nuestras opiniones los consideramos que están en el error. La misma cosa es por lo tanto y no es. Y si así sucede, es necesario que todo lo que aparece sea la verdad; porque los que están en el error y los que dicen verdad, tienen opiniones contrarías. Si las cosas son como acaba de decirse todas igualmente dirán la verdad".

    Aristóteles, Metafísica, Libro Cuarto, V(Biblioteca Filosófica. Obras filosóficas de Aristóteles. Volumen 10. Traducción: Patricio de Azcárate)

    VER: https://es.wikipedia.org/wiki/Relativismo

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  4. (continua): POR TANTO yo creo que debiese de llamarse RELATIVIDAD DEL CONOCIMIENTO EN FISICA, se puede discutir!!:

    Relativismo en física:

    En el ámbito de la ciencia experimental, se buscan modelos descriptivos que se acercan cada vez más a la realidad. Cuando los modelos son altamente predicitvos y tienen un error pequeño, se considera que hay un gran acercamiento a la verdad o se ha podido avanzar en la comprensión del fenómeno modelizado. Todas las teorías físicas "normales" consideran que el mundo físico es objetivo en el sentido de que todas las mediciones hechas por diferentes observadores pueden ser relacionadas entre sí. Por lo que en general en un universo dado se considera que no existe relativismo alguno.

    Sin embargo, el origen del valor concreto de las constantes físicas fundamentales y se cree que dicho valor quedó fijado en el big bang de manera contingente, y no necesaria. Así otro universo podría haber "empezado" con valores diferentes de esas constantes, lo cual habría dado lugar a "fenómenos físicos" no observados en nuestro universo. Por otro lado, se discute la validez de ciertas leyes físicas es de carácter contingente o necesario. Es decir, se desconoce si ciertas leyes físicas podrían haber sido diferentes en otro universo o son condiciones necesariamente imperantes en cualquier universo realista.

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  5. Se trataría de una "cuadratura": https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/75/Lineamundo.PNG/250px-Lineamundo.PNG

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