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  • Presentación del libro “Cosmología: La ciencia ante el reto del universo”

    28 de noviembre de 2023

    El sábado 21 de octubre tuvo lugar la presentación en Murcia, en el Museo de la Ciencia y el Agua, del libro Cosmología: La ciencia ante el reto del Universo, de Rafael Alemañ Berenguer, docente, investigador, conferenciante y autor de numerosos artículo y libros de divulgación.

    Prologado por Francisco José Soler Gil, profesor de Filosofía de la Ciencia de la Universidad de Sevilla, el libro nos habla de las fronteras de la física, sus enigmas y las cuestiones pendientes de resolución. Temas que suscitan un gran interés, tanto en la comunidad científica como entre el público no especializado, tales como la dificultad para  unificar la teoría de la relatividad y la mecánica cuántica, la existencia de los multiversos, el misterio de los agujeros negros y los agujeros de gusano, la falta de antimateria en el cosmos o la posibilidad de vida inteligente en otros lugares del universo.

    La cosmología, definida por la RAE como la “parte de la astronomía que trata de las leyes generales, del origen y de la evolución del universo”, precisa de las demás ciencias para alcanzar un desarrollo satisfactorio. Por ello el libro proporciona una panorámica de las teorías fundamentales, de los problemas de integración de las mismas, y de las conexiones de todos estos temas con la física de partículas y otros campos adyacentes como la termodinámica y la astrofísica de partículas.

     

    Tras una breve introducción, Rafael Alemañ pasó a comentar algunas de las cuestiones que han producido más debate en el último siglo, como el principal hito de la cosmología moderna: la teoría de la relatividad de Albert Einstein.

    El tiempo se puede dividir en láminas, por lo que sería una sucesión de láminas superpuestas. Nuestra sensación de paso de tiempo resulta de asignar instantes a cada una de esas láminas, aunque el flujo de tiempo es una ilusión psicológica: los conceptos de pasado, presente y futuro son términos relativos. El espacio y el tiempo son partes de un bloque tetradimensional, en el que cada punto en el espacio y en el tiempo tiene una posición. Por tanto, la sensación de futuro depende de la perspectiva de cada uno: lo que es pasado para nosotros puede ser futuro para un ser que esté en otra parte de la galaxia.

    Imagen: Fuente  CC BY-SA 3.0 DEED

    Pie de foto: Cono de luz, representación del espacio-tiempo con arreglo a la teoría de la relatividad. Crédito foto: Wikimedia Commons

    Otra cuestión de la que se habló y que genera controversia es la relacionada con la física cuántica. Normalmente identificamos la física cuántica con el mundo microscópico (por ejemplo, la desintegración de un átomo de uranio sería un suceso cuántico), pero en la historia del cosmos esta lógica se ha invertido: el universo se expande, y lo que un día fue muy pequeño ahora es gigantesco. Por tanto, el mundo cuántico es importante a efectos cosmológicos.

    Al hilo de aplicar la mecánica cuántica al mundo macroscópico, hay que considerar el experimento mental del gato de Schrödinger, que consiste en imaginar a un gato metido dentro de una caja que contiene un peligroso dispositivo, formado por una ampolla de vidrio con veneno y un martillo sujeto sobre la ampolla. El martillo está conectado a un mecanismo detector de partículas alfa; si llega una partícula alfa el martillo cae rompiendo la ampolla con lo que el gato muere; por el contrario, si no llega no ocurre nada y el gato continúa vivo. Al realizar el experimento, se sitúa un átomo radiactivo al lado del detector que tiene un 50% de probabilidades de emitir una partícula alfa en una hora. Pasada una hora, habrá ocurrido uno de los dos sucesos posibles: el átomo ha emitido una partícula alfa o no la ha emitido (la probabilidad de que ocurra una cosa o la otra es la misma). Como resultado de la interacción, en el interior de la caja, el gato está vivo o está muerto, pero no podemos saberlo si no la abrimos para comprobarlo. Si lo que ocurre en el interior de la caja lo intentamos describir aplicando las leyes de la mecánica cuántica, llegamos a una conclusión chocante: el gato vendrá descrito por una función de onda extremadamente compleja resultado de la superposición de dos estados combinados al cincuenta por ciento: «gato vivo» y «gato muerto». Es decir, aplicando el formalismo cuántico, el gato estaría a la vez vivo y muerto; se trataría de dos estados indistinguibles.

    La paradoja del gato de Schrödinger nos advierte que no es posible aplicar las leyes de la mecánica cuántica al mundo macroscópico. Aunque se considera una teoría fundamental, en principio aplicable a todas las escalas, no es en absoluto evidente cómo debemos hacerlo cuando consideramos sistemas grandes. Queda abierta la cuestión de por qué los objetos macroscópicos no presentan propiedades cuánticas.

    Imagen: Fuente

    Otro de los temas candentes de los que habla el libro es el de los multiversos. El Big Bang está considerado como el  punto inicial en el que se formó la materia, el espacio y el tiempo. El universo comenzó, pues, como un solo punto y después tuvo lugar la inflación cósmica, una expansión exponencial que se produjo una fracción de segundo después de la gran explosión hace 13.800 millones de años. Después del Big Bang hubo una hiperaceleración de la expansión. Y en esa expansión se produjeros miríadas de universos burbuja, cada una de los cuales contiene su propio universo infinito que se va expandiendo. La tesis de que nuestro universo sea tan solo un ejemplar de una colección de universos con características diferentes resulta muy atractiva (especialmente para la ciencia ficción), pero hay que guardar cautela sobre la misma.

    Foto: Fuente

     

    El profesor Alemañ también comentó el asunto de los agujeros negros, que se forman por el colapso gravitacional de una estrella masiva al final de su tiempo de vida. La gravedad de un agujero negro es tan fuerte que, dentro de él, ningún tipo de partícula, sea material o electromagnética, puede salir, ni siquiera los fotones. Pero esa teoría tiene fallos, por lo que los agujeros negros siguen siendo un misterio. Lo que parece claro, en palabras del autor, es que “hoy día se piensa que casi todas las galaxias poseen en su centro un agujero negro supermasivo, ya que estos objetos parecen haber participado activamente en la formación de las propias galaxias. Si estos objetos son el producto final del colapso de estrellas más masivas que el triple de nuestro Sol, multitud de estrellas deben haberse convertido ya en agujeros negros.”

    Respecto a la posibilidad de crear CTC (Curva Temporal Cerrada, que puede imaginarse como una circunferencia en el espacio-tiempo) y utilizarlas como máquinas del tiempo alrededor de agujeros negros en rotación, no hay ninguna CTC que sea físicamente posible; por tanto no cabe la expectativa de viajar en el tiempo.

    Otra de las cuestiones discutibles que se trataron en la presentación del libro es la de si estamos solos en el universo o no. Seguramente sí hay vida microbiana, pero la existencia de vida inteligente ya es más complicada.

    De los 7 términos de la famosa ecuación del astrónomo estadounidense Frank Drake para calcular la probabilidad de contactar con otras civilizaciones de la Vía Láctea, sólo conocemos el primero de ellos (R*). En su formulación típica, la ecuación se escribe:

    N = R* x Fp x Ne x Fl x Fi x Fc x L

    Donde N simboliza el número de civilizaciones alienígenas para comunicarse fuera de su planeta; R* es el número de estrellas que nacen en nuestra galaxia cada año; Fp es la fracción de esas estrellas con planetas a su alrededor; Ne es el número de planetas situados en la ecosfera, esto es, la zona óptima para la vida; Fl es la fracción de estos planetas que pueden desarrollar vida; Fi es la fracción de planetas donde evoluciona la vida inteligente; Fc, los planetas donde la vida inteligente alcanza un desarrollo tecnológico que permita la comunicación interestelar; y L, la persistencia, es decir, el tiempo que una civilización con ese nivel tecnológico sobrevive. Las civilizaciones nacen, sobreviven durante un breve período cósmico y se extinguen. La probabilidad de que dos civilizaciones coincidan en el tiempo es muy pequeña. Y aunque coincidan, las distancias interestelares son tan grandes, que la probabilidad de comunicación durante su existencia es casi nula.

    Por otro lado la exobiología, que estudia la vida originaria fuera de la Tierra, puede rastrear trozos del universo que caen en nuestro planeta, como el meteorito marciano ALH84001, recogido en la Antártida en 1984, que mostraba un alineamiento de glóbulos identificados por algunos investigadores como el residuo fósil de una bacteria marciana ancestral. Pero ese microcuerpo presenta un aspecto compatible también con morfologías producto de procesos inorgánicos. Por tanto, hoy por hoy no hay evidencias de vida fuera de la Tierra.

    Y con la cuestión de si estamos solos en el universo y los retos de futuro que se plantea la cosmología, el autor nos invitó a seguir profundizando en los temas esbozados.

     

    María Victoria Ruiz Cartagena