La última teoría de Stephen Hawking

WMagazín publica en exclusiva el comienzo del último libro del físico británico fallecido este 14 de marzo: 'El gran diseño' donde expuso su última teoría, la Teoría M: muchísimos universos surgidos de la nada como el nuestro. Además, el comienzo de 'Breve historia del Tiempo'

Presentación WMagazín. Publicamos dos pasajes de sendos libros de Stephen Hawking, fallecido a los 76 años este 14 de marzo de 2018. El primero de ellos es de su último libro, El gran diseño, donde habría expuesto su última teoría, la Teoría M, y que escribió con Leoanrd Mlodinow. El segundo pasaje es el comienzo de Breve historia del Tiempo. Ambas obras son de la editorial Crítica y a ella agradecemos estas lecturas.

El gran diseño

La teoría del ser

Cada uno de nosotros existe durante un tiempo muy breve, y en dicho intervalo tan sólo explora una parte del conjunto del universo. Pero los humanos somos una especie marcada por la curiosidad. Nos preguntamos, buscamos respuestas. Viviendo en este vasto mundo, que a veces es amable y a veces cruel, y contemplando la inmensidad del firmamento encima de nosotros, nos hemos hecho siempre una multitud de preguntas. ¿Cómo podemos comprender el mundo en que nos hallamos? ¿Cómo se comporta el universo? ¿Cuál es la naturaleza de la realidad? ¿De dónde viene todo lo que nos rodea? ¿Necesitó el universo un Creador? La mayoría de nosotros no pasa la mayor parte de su tiempo preocupándose por esas cuestiones, pero casi todos nos preocupamos por ellas en algún instante. Tradicionalmente, ésas son cuestiones para la filosofía, pero la filosofía ha muerto. La filosofía no se ha mantenido al corriente de los desarrollos modernos de la ciencia, en particular de la física. Los científicos se han convertido en los portadores de la antorcha del descubrimiento en nuestra búsqueda de conocimiento. El objetivo de este libro es proporcionar las respuestas sugeridas por los descubrimientos y los progresos teóricos recientes, que nos conducen a una nueva imagen del universo y de nuestro lugar en él, muy diferente de la tradicional, e incluso de la imagen que nos habíamos formado hace tan sólo una o dos décadas. Aun así, los primeros bosquejos de esos nuevos conceptos se remontan a hace casi un siglo. Según la concepción tradicional del universo, los objetos se mueven a lo largo de caminos bien definidos y tienen historias bien definidas. Podemos especificar sus posiciones precisas en cada instante. Aunque esa descripción es suficientemente satisfactoria para los propósitos cotidianos, se descubrió en la década de 1920 que esta imagen «clásica» no podía describir el comportamiento aparentemente extraño observado a escalas atómica y sub atómica de la existencia. Fue necesario adoptar, en su lugar, un marco diferente, denominado física cuántica. Las teorías cuánticas han resultado ser notablemente precisas en la predicción de acontecimientos a dichas escalas, y también reproducen las predicciones de las viejas teorías clásicas cuando son aplicadas al mundo macroscópico de la vida corriente. Pero la física clásica y la cuántica están basadas en concepciones de la realidad física muy diferentes. Las teorías cuánticas pueden ser formuladas de muchas maneras diferentes, pero la descripción probablemente más intuitiva fue elaborada por Richard (Dick) Feynman (1918-1988), todo un personaje, que trabajó en el Instituto Tecnológico de California y que tocaba los bongos en una sala de fiestas de carretera. Según Feynman, un sistema no tiene una sola historia, sino todas las historias posibles. Cuando profundicemos en las respuestas, explicaremos la formulación de Feynman con detalle y la utilizaremos para explorar la idea de que el propio universo no tiene una sola historia, ni tan siquiera una existencia independiente. Eso parece una idea radical, incluso a muchos físicos. En efecto, como muchas otras nociones de la ciencia actual, parece violar el sentido común. Pero el sentido común está basado en la experiencia cotidiana y no en el universo tal como nos lo revelan las maravillas tecnológicas que nos permiten observar la profundidad de los átomos o el universo primitivo. Hasta la llegada de la física moderna se acostumbraba a pensar que todo el conocimiento sobre el mundo podría ser obtenido mediante observación directa, y que las cosas son lo que parecen, tal como las percibimos a través de los sentidos. Pero los éxitos espectaculares de la física moderna, que está basada en conceptos, como por ejemplo los de Feynman, que chocan con la experiencia cotidiana, han demostrado que no es así. Por lo tanto, la visión ingenua de la realidad no es compatible con la física moderna. Para tratar con esas paradojas, adoptaremos una posición que denominamos «realismo dependiente del modelo», basada en la idea de que nuestros cerebros interpretan los datos de los órganos sensoriales elaborando un modelo del mundo. Cuando el modelo explica satisfactoriamente los acontecimientos tendemos a atribuirle, a él y a los elementos y conceptos que lo integran, la calidad de realidad o verdad absoluta. Pero podría haber otras maneras de construir un modelo de la misma situación física, empleando en cada una de ellas conceptos y elementos fundamentales diferentes. Si dos de esas teorías o modelos predicen con exactitud los mismos acontecimientos, no podemos decir que uno sea más real que el otro, y somos libres para utilizar el modelo que nos resulte más conveniente. En la historia de la ciencia hemos ido descubriendo una serie de teorías o modelos cada vez mejores, desde Platón a la teoría clásica de Newton y a las modernas teorías cuánticas. Resulta natural preguntarse si esta serie llegará finalmente a un punto definitivo, una teoría última del universo que incluya todas las fuerzas y prediga cada una de las observaciones que podamos hacer  o si, por el contrario, continuaremos descubriendo teorías cada vez mejores, pero nunca una teoría definitiva que ya no pueda ser mejorada.

Por el momento, carecemos de respuesta a esta pregunta, pero conocemos una candidata a teoría ú ltima de todo, si realmente existe tal teoría, denominada teoría M. La teoría M es el único modelo que posee todas las propiedades que creemos debería poseer la teoría final, y es la teoría sobre la cual basaremos la mayor parte de las reflexiones ulteriores. La teoría M no es una teoría en el sentido habitual del término, sino toda una familia de teorías distintas, cada una de las cuales proporciona una buena descripción de las observaciones pero sólo en un cierto dominio de situaciones físicas. Viene a ser como un mapamundi: como es bien sabido, no podemos representar la superficie de toda la Tierra en un solo mapa. La proyección Mercator utilizada habitualmente en los mapamundis hace que las regiones del mundo parezcan tener áreas cada vez mayores a medida que se aproximan al norte y al sur, y no cubre los polos Norte o Sur. Para representar fielmente toda la Tierra se debe utilizar una colección de mapas, cada uno de los cuales cubre una región limitada. Los mapas se solapan entre sí y, donde lo hacen, muestran el mismo paisaje. La teoría M es parecida a eso. Las diferentes teorías que constituyen la familia de la teoría M pueden parecer muy diferentes, pero todas ellas pueden ser consideradas como aspectos de la misma teoría subyacente. Son versiones de la teoría aplicables tan sólo en dominios limitados, por ejemplo cuando ciertas magnitudes como la energía son pequeñas. Tal como ocurre con los mapas que se solapan en una proyección Mercator, allí donde los dominios de validez de las diferentes teorías se solapan, éstas predicen los mismos fenómenos. Pero así como no hay ningún mapa plano que represente bien el conjunto de la superficie terrestre, tampoco hay una teoría que proporcione por sí sola una buena representación de las observaciones físicas en todas las situaciones. Describiremos cómo la teoría M puede ofrecer respuestas a la pregunta de la creación. Según las predicciones de la teoría M, nuestro universo no es el único, sino que muchísimos otros universos fueron creados de la nada. Su creación, sin embargo, no requiere la intervención de ningún Dios o Ser Sobrenatural, sino que dicha multitud de universos surge naturalmente de la ley física: son una predicción científica. Cada universo  tiene muchas historias posibles y muchos estados posibles en instantes posteriores, es decir, en instantes como el actual, transcurrido mucho tiempo desde su creación. La mayoría de tales estados será muy diferente del universo que observamos y resultará inadecuada para la existencia de cualquier forma d evida. Sólo unos pocos de ellos permitirían la existencia de criaturas como nosotros. Así pues, nuestra presencia selecciona de este vasto conjunto sólo aquellos universos que son compatibles con nuestra existencia. Aunque somos pequeños e insignificantes a escala cósmica, ello nos hace en un cierto sentido señores de la creación. Para comprender el universo al nivel más profundo, necesitamos saber no tan sólo cómo se comporta el universo, sino también por qué.
¿Por qué hay algo en lugar de no haber nada? ¿Por qué existimos? ¿Por qué este conjunto particular de leyes y no otro? Ésta es la cuestión última de la vida, el universo y el Todo. Intentaremos responderla en este libro. A diferencia de la respuesta ofrecida en la Guía de la galaxia, de Hitchhiker, nuestra respuesta no será, simplemente,”42″.

Breve historia del Tiempo

Hablando del universo

Vivimos en un universo extraño y maravilloso. Se necesita una extraordinaria imaginación para apreciar su edad, tamaño, violencia, e incluso su belleza. Podría parecer que el lugar que ocupamos los humanos en este vasto cosmos es insignificante; quizá por ello tratamos de encontrarle un sentido y de ver cómo encajamos en él. Hace algunas décadas, un célebre científico (algunos dicen que se trataba de Bertrand Russell) dio una conferencia sobre astronomía. Describió cómo la tierra gira alrededor del sol y cómo éste, a su vez, gira alrededor de un
inmenso conjunto de estrellas al que llamamos nuestra galaxia. Al final de la conferencia, una vieja señora se levantó del fondo de la sala y dijo: «Todo lo que nos ha contado son disparates. En realidad, el mundo es una placa plana que se sostiene sobre el caparazón de una tortuga
gigante». El científico sonrió con suficiencia antes de replicar: «¿Y sobre qué se sostiene la tortuga?». «Se cree usted muy agudo, joven, muy agudo», dijo la anciana. «¡Pero hay tortugas hasta el fondo!»
La mayoría de nuestros contemporáneos consideraría ridículo imaginar el universo como una torre infinita de tortugas. Pero ¿por qué nos empeñamos en creer que sabemos más? Olvidemos un minuto lo que conocemos —o creemos conocer— del espacio y levantemos la vista hacia el cielo nocturno. ¿Qué pensamos que son todos estos minúsculos puntos luminosos? ¿Son fuegos diminutos? Resulta difícil imaginar lo que son en realidad, ya que exceden inmensamente nuestra experiencia ordinaria. Si observamos con regularidad las estrellas, probablemente nos habremos fijado en una luz elusiva que sobrevuela el horizonte en el crepúsculo. Es un planeta, Mercurio, pero es muy diferente de la tierra. En él, un día dura dos tercios de lo que dura su año. Alcanza temperaturas que sobrepasan los 400 ºC cuando lo ilumina el sol, y cae a –200 ºC en la oscuridad de la noche. Aun así, por muy diferente que sea Mercurio de nuestro planeta, no se confunde con las estrellas típicas, con sus inmensos hornos que queman miles de millones de kilos de materia cada segundo, y cuyos núcleos se hallan a decenas de millones de grados.
Otra cosa que nos cuesta imaginar es la distancia a que se encuentran realmente los planetas y las estrellas. Los antiguos chinos construyeron torres de piedra para poderlos contemplar más de cerca. Es natural pensar que las estrellas y los planetas se hallan más próximos de lo que realmente están; al fin y al cabo, en nuestra vida cotidiana no tenemos experiencia alguna de las enormes distancias espaciales. Dichas distancias son tan grandes que ni siquiera tiene sentido expresarlas en metros o en kilómetros, las unidades con que expresamos la mayoría de longitudes. En su lugar, utilizamos el año-luz, que es la distancia recorrida por la luz en un año. En un segundo, un haz de luz recorre 300.000 kilómetros, de manera que un año-luz es en efecto una distancia muy grande. La estrella más próxima a nuestro sol, denominada Proxima Centauri (o Alfa Centauri), se halla a unos cuatro años-luz. Está tan lejos que incluso con la nave espacial tripulada más veloz de
que disponemos en la actualidad un viaje hasta ella duraría unos diez mil años.
Los antiguos se esforzaron mucho por entender el universo, pero entonces no disponían de nuestras matemáticas y nuestra ciencia. En la actualidad contamos con recursos poderosos: herramientas intelectuales como las matemáticas y el método científico, e instrumentos tecnológicos como ordenadores y telescopios. Con su ayuda, los científicos han acumulado un rico acervo de conocimientos sobre el espacio. Pero ¿qué sabemos en realidad del universo, y cómo lo conocemos? ¿De dónde viene el universo? ¿Adónde va? ¿Tuvo un inicio? y, si es así, ¿qué pasó antes de él? ¿Cuál es la naturaleza del tiempo? ¿Tendrá un final? ¿Podemos retroceder en el tiempo? Avances recientes de la física, que debemos en parte a las nuevas tecnologías, sugieren respuestas a algunas de estas antiquísimas preguntas. Algún día, estas respuestas nos parecerán tan obvias como que la tierra gire alrededor del sol…, o quizá tan ridículas como una torre de tortugas. Sólo el tiempo (sea lo que sea) lo dirá.

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