El principio del tiempo:
Una nota sobre Stephen Hawking
Trasteando por el sitio web de Stephen Hawking, llego a esta
conferencia de 1996 titulada "The Beginning of Time". Desde
entonces Hawking ha revisado algunas cuestiones en su teoría (ver
aquí mi comentario a su libro El
gran diseño).
Sobre todo, ampliándola con la noción del multiverso. Nada podemos
saber de esos otros universos hipotéticos, pues por definición el
conocimiento científico posible se limita a (algunos aspectos de)
nuestro universo. También es previo este artículo a la comprobación de
la aceleración en la inflación del universo, un descubrimiento que si
no me equivoco vendría a darle la razón a sus tesis al menos en parte,
y a complicar el panorama por otra parte, pues al parecer tras la
primera inflación original del universo sigue una segunda, en
aceleración creciente, impulsada por una fuerza hasta ahora desconocida.
Sea como sea, la noción de que el tiempo
de nuestro universo tiene un
principio, noción unida a la teoría del Big Bang, puede parecer de por
sí bastante chocante. El Big Bang es un después sin un antes, pues
aunque podemos concebir un tiempo imaginario que le preceda (por
ejemplo, "un segundo antes del Big Bang", por simetría con "un segundo
después del Big Bang") ese tiempo hipotético no tiene manifestación
alguna en el mundo físico que conocemos. Quizá se parezca en eso a los
múltiples universos de Hawking.
Obviaré aquí la cuestión de que los mitos de creación como los
platónicos o cristianos también conciben un origen del mundo y del
tiempo. Cristiano era Lemaître, quien propuso por primera vez una teoría matemática sobre el Big Bang.1 La noción de un tiempo infinito tiene cierta inmediatez
intuitiva, pero por otra parte la analogía entre el cuerpo humano y el
universo (microcosmos/macrocosmos) también ha fomentado a nivel popular
la noción de que el universo puede haber tenido un principio, y con él
el tiempo—al menos el tiempo que conocemos, "imagen móvil de la
Eternidad" según lo llama el Timeo. Las
nociones del final del Universo, Apocalipsis o Conflagración Final,
también se
mezclan de modo indisociable con las de final del tiempo. Es otra
característica de estos mitos que no pueden narrarse sin postular un
tiempo de los dioses, o del más allá, que trasciende al tiempo de
nuestro mundo. Quizá este tiempo de los dioses también tenga su
contrapartida analógica en la ciencia.
Una cuestión de precisión conceptual le apuntaría yo a Hawking cuando
dice que en el Big Bang toda la materia del universo estaría
concentrada, o más bien "amontonada" dice. Esto no es exacto. En el Big
Bang no podemos hablar de materia, si entendemos por materia una
determinada configuración de moléculas, átomos y partículas, pues en
ese momento no puede hablarse de moléculas ni de átomos, ni tan
siquiera de partículas, y por tanto no
había materia.
También puede argüirse que en la singularidad del Big Bang no hay
energía en el sentido en que hoy entendemos la palabra—las cuatro o
cinco fuerzas básicas de la naturaleza, pues éstas no se habían
diferenciado, o bien no tiene sentido concebirlas como diferenciadas,
antes de un cierto momento en que puede observarse su actuación
diferencial.
Observemos que Hawking usa la noción de un tiempo previo al Big
Bang—sólo que es una noción de tiempo no usable físicamente, al ser el Big Bang una
singularidad. Su aserto de que el estado del universo después del Big
Bang no dependerá de nada de lo que hubiese antes, sino que corresponde
a un desarrollo nuevo e independiente (causa
incausata)
podría entenderse con más consistencia en el sentido de limitación
cognitiva: no tiene sentido relacionar nada posterior a la singularidad
con nada "anterior", visto que no hay medición u observación posible
más allá de ese límite, y que por tanto esa misma "anterioridad" es una
noción metafísica o teológica, pero no científica. "Since events before
the Big Bang have no observational consequences, one may as well cut
them out of the theory, and say that time began at the Big Bang".
Enfatiza Hawking la noción de que el Big Bang es un principio
intrínseco al universo y a sus leyes (y, podríamos añadir, intrínseco a
la disciplina de la física).
Si el Big Bang puede parecer a algunos una teoría desagradablemente
creacionista, no parecen mejores las alternativas que se le plantearon,
como la teoría del Estado Estable preconizada por Bondi, Gold, y Hoyle:
ésta suponía la creación continua de materia a partir de la nada en el
espacio intergaláctico, a medida que el universo se expandía. Esta
teoría se acabó de enterrar, dice Hawking, cuando se descubrió en 1965
la radiación de fondo de microondas, inexplicable en los términos del
Estado Estable. (Y difícil también, por cierto, de conciliar con el Big
Bang, precisamente por su relativa uniformidad, que se aviene mal con
la noción de una explosión). La teoría alternativa, del universo
oscilante entre
expansiones y contracciones, tampoco parecía compatible con la
termodinámica, si pensamos en un tiempo infinito, sin principio. El
propio Hawking, con Penrose, calculó que la propia relatividad general
predecía la existencia de singularidades a partir de la distribución de
las masas observables en el universo. Al igual que la contracción de
materia en una estrella provoca una singularidad, un agujero negro, y
el final del tiempo, Hawking arguye que la aparición del universo es
como un agujero negro invertido, una singularidad. (Una noción que de
por sí lleva a suponer, o imaginar, que de cada agujero negro podría
surgir, en alguna dimensión inimaginable, un nuevo universo
autocontenido, a modo de anverso-reverso del "anterior"—pero esto no lo
dice Hawking).
Mirando al cielo estrellado, nos dice la teoría de la relatividad,
vemos el pasado, a modo de un cono de luz que es cada vez mayor cuanto
más lejano está ese tiempo de nuestro vértice observacional en el presente del espacio-tiempo (también
hay una zona de sombra observacional que nos impide tener noticias de
los objetos situados en esa zona del espacio-tiempo). El cono
observacional, sin embargo, también se estrecha a partir de un cierto
momento, en lugar de expandirse—por efecto de la distorsión de la
gravedad concentrada en el pasado—y así se calcula matemáticamente la
presencia de una singularidad en el pasado, si la materia que pudo
haberse generado en ella es la suficiente. Hawking deduce que sí hay
mayores cantidades de materia, más de la que observamos directamente, o
sea, la materia oscura—y lo deduce a partir de la opacidad del
universo: "It then follows that if there is enough matter to make the
universe opaque, there is also enough matter to focus our past light
cone. One can then apply the theorem of Penrose and myself, to show
that time must have a beginning."
Combinando la Relatividad General, y sus tesis sobre la distorsión de
la luz, con la teoría cuántica, resulta la noción de la gravedad
cuántica: el universo inicial está regido, como todo a nivel cuántico,
por el principio de incertidumbre, y el resultado es que no podemos
hacer cálculos como los antes mencionados, que hagan rebotar el
universo más allá de la singularidad, en una serie de contracciones y
expansiones. Es un cálculo imposible en estos términos, y por eso el
universo está, para la ciencia, autocontenido: no puede determinarse
científicamente su origen. (Observa Hawking que por eso muchos líderes
religiosos aceptaron con gusto el Big Bang y los teoremas de la
singularidad).
Introduce a continuación Hawking la noción del tiempo esférico, sin
límites, en la dimensión imaginaria—con la consecuencia de que el
tiempo real, aun teniendo una singularidad, no tendría por qué
"apoyarse" en un tiempo externo (el supuesto tiempo de Dios): el Big
Bang vendría determinado por el estado del universo en su tiempo
imaginario, creando un sistema que en términos matemáticos está
perfectamente autocontenido. Para Hawking, esta "no boundary
hypothesis" tiene comprobación experimental posible a través de
observaciones del auténtico estado del Universo, frente al estado que habría
de tener según las predicciones de la teoría. Es una hipótesis
falsable, y por tanto científica. Lo que no es es demostrable: "But
one's confidence in it would be increased, particularly because there
doesn't seem to be any other natural proposal, for the quantum state of
the universe".
"The
beginning of real time, would have been a singularity, at which the
laws of physics would have broken down. Nevertheless, the way the
universe began would have been determined by the laws of physics, if
the universe satisfied the no boundary condition. This says that in the
imaginary time direction, space-time is finite in extent, but doesn't
have any boundary or edge."
La teoría coherente en estos términos sería la del universo
inflacionario: un universo que se expande absorbiendo energía del campo
gravitatorio, para crear la materia. Esta inflación habría creado
irregularidades, que serían detectables (y lo fueron al medir la
radiación de fondo en 1992).
La existencia de esas irregularidades no la explica Hawking—¿hay que
suponer un espacio sin materia, permeado por la gravedad, pero de modo
ligeramente irregular, dando lugar a una expansión irregular? Porque, a
un cierto nivel, puede que siga vigente aun en esta ultima thule
del Tiempo, el viejo principio del Rey Lear: "nothing will come of
nothing". Siguen intrigándome las irregularidades iniciales que dieron
lugar a todas las cosas (si bien de modo indirecto). Pues entonces, una
especie de universo previo al universo existiría con anterioridad al
Big Bang, e independientemente de él. Si no entiendo mal.
Admite Hawking que en el colapso final del universo no tiene por qué
haber una fase inflacionaria como la inicial, y que por tanto el tiempo
no es simétrico en ese sentido, la flecha del tiempo no se invierte.
"Como el tiempo no va ir hacia atrás," termina Hawking su conferencia,
"mejor acabo ya".
Así pues, un universo con principio, en nuestra propia dimensión
física, pero sin límites y cerrado sobre sí mismo, sin un principio o
final determinables, en la dimensión del tiempo imaginario que plantea
la teoría del universo sin bordes.
Más allá de lo formulado en esta teoría de Hawking, la propia
existencia de irregularidades en el Universo—vale decir, la propia
existencia del Universo tal y como lo conocemos—hace suponer la
existencia de condiciones previas a la actuación de la Fuerza—y sugiere
la idea de un espacio previo al espacio, y de un tiempo antes del
tiempo. Un espacio y un tiempo fuera de nuestro universo autocontenido,
pero que han dejado huella en él. Nuestro universo es esa huella.2
A
menos que... la irregularidad y la arbitrariedad radical sean la
condición originaria del Universo. A menos que todo haya surgido una
vez sólo, sin explicación (sin explicación concebible para nuestra sed
de regularidades y de repeticiones), más allá de los límites de la
experiencia en los que sí vale la razón, y las regularidades y las
repeticiones. Una hipótesis inquietante, y que no es científica porque
en ese ámbito de lo radicalmente originario no habría ciencia posible.
Como se ve, cada modalidad y dimensión del tiempo tiene sus propias
condiciones. El
tiempo imaginario existe en las ecuaciones de Hawking, y puede explicar
la relación entre el Big Bang y las fuerzas del universo, pero no lo
busquemos en nuestra experiencia perceptible. También es un poco
engañoso hablar de "el tiempo" a nivel de teoría física como si fuese
el tiempo humano de nuestra percepción: hay que tener en cuenta que el
tiempo humano es una representación cognitiva de fenómenos, y que por
lo tanto tiene una relación un tanto paradójica con los fenómenos
representados.
Una paradoja que termina de redondearse (y nos da otro universo sin
bordes, a su manera) cuando apuntamos que las teorías de la física son
a su vez representaciones dentro del universo de la comunicación humana.
Nota
(1) Georges Lemaître (1927). Hay que señalar que el Big Bang en tanto
que modelo hipotético o mapa mental fue ya propuesto en cierto modo por
Edgar Allan Poe en Eureka, y en ciertos de sus aspectos por Erasmus Darwin. Ver mi artículo "El Big Bang antes del Big Bang."
(2). Esta noción de un universo preexistente al Big Bang podría
llevarnos, si no a la teoría de los multiversos en la modalidad
propuesta recientemente por Hawking y otros, sí a la de un universo
pensado desde la teoría evolucionista, generado a partir de la
selección natural de universos anteriores. Lee Smolin argumenta las
razones teóricas que llevarían a pensar en esa dirección en su libro Time Reborn
(ver también su entrevista que traduje como "Lee Smolin habla sobre el
Renacer del tiempo"). Más planteamientos cosmológicos actuales se
recogen en la sección sobre cosmología de mi blog, http://vanityfea.blogspot.com.es/search/label/Cosmolog%C3%ADa
Obras citadas
García Landa, josé Angel. "Stephen Hawking's A Brief History of Time: A Narrative Perspective / Perspectiva narrativa sobre Historia del tiempo, de Stephen Hawking." Social Science Research Network 11 nov. 2010.
http://ssrn.com/abstract=1707364
http://dx.doi.org/10.2139/ssrn.1707364
2010
_____. "El Gran Diseño y Hacedor de Estrellas (1)." En García Landa, Vanity Fea 9 dic. 2010.
http://vanityfea.blogspot.com/2010/12/el-gran-diseno-y-hacedor-de-estrellas.html
2010
_____. "El principio del tiempo." En García Landa, Vanity Fea 8 dic. 2011. (Versión preliminar del presente artículo).
http://vanityfea.blogspot.com/2011/12/el-principio-del-tiempo.html
2011
_____, trad. "Lee Smolin habla sobre El Renacer del Tiempo." Social Science Research Network 26 marzo 2014.
http://ssrn.com/abstract=2414726
2014
_____. "El Big Bang antes del Big Bang—en Spencer, Darwin, y Poe (The
Big Bang before the Big Bang—in Spencer, Darwin, and Poe)." Social Science Research Network 10 July 2014.*
http://papers.ssrn.com/abstract=2463993
2014
Hawking, Stephen. Historia del tiempo: Del big bang a los agujeros negros.
Trad. Miguel Ortuño. Introd. Carl Sagan. Madrid: Alianza Editorial,
1990. 7ª reimp. 1997. (El libro de bolsillo; Ciencia y técnica, 2001).
1999. 7ª reimp. 2005.* (Trad. de A Brief History of Time).
_____. "The Beginning of Time." 1996. En red en Stephen W. Hawking.
http://www.hawking.org.uk/index.php/lectures/publiclectures/62
2011
Hawking, Stephen, and Leonard Mlodinow. The Grand Design. Nueva York: Bantam Books, 2010.
Lemaître, Georges. "Un univers homogène de masse constante et de rayon
croissant, rendant compte de la vitesse radiale des nébuleuses
extra-galactiques." Annales de la Société Scientifique de Bruxelles 47 (April 1927): 49-59. En red en Harvard University:
http://articles.adsabs.harvard.edu/cgi-bin/nph-iarticle_query?1927ASSB...47...49L&defaultprint=YES&filetype=.pdf
2014
Platón. Timeo. En Platón, Diálogos VI: Filebo – Timeo – Critias – Cartas.
Introd., trad. y notas Mª Angeles Durán, Francisco Lisi, Juan
Zaragoza y Pilar Gómez Cardó. Madrid: Gredos, 1982. Reimp. (Biblioteca
Gredos, 30). Barcelona: RBA, 2007. 149-264.
Poe, Edgar Allan. Eureka: A Prose Poem (Eureka: An Essay on the Material and Spiritual Universe). Nueva York: Putnam, 1848.
_____. Eureka. En red en Project Gutenberg.
http://www.gutenberg.org/files/32037/32037-h/32037-h.htm
2012
_____. Eureka: Un ensayo sobre el universo material y espiritual. En Poe, Obras completas II. Barcelona: RBA, 2004. 169-248. de
Smolin, Lee. Time Reborn: From the Crisis in Physics to the Future of the Universe. Boston and New York: Houghton Mifflin, 2013.