Entropía,Gravedad, Materia… ¡Vida!

  ¡La filosofía! Y, lo que creemos que sabemos

Con alguna frecuencia hemos hablado aquí de ENTROPÍA. Viene del griego entrope que significa transformación o vuelta. Es un proceso mediante el cual un sistema tiende a consumirse, desorganizarse y morir. Se basa en la segunda ley de la termodinámica que plantea que la pérdida de energía en los sistemas aislados los lleva a la degradación, degeneración, desintegración y desaparición.

En todo lo que ocurre hay una fuerza presente que conforma la dinámica de las cosas y del universo mismo.

               Nada permanece, todo cambia

En nuestro Universo, todo se transforma, nada permanece siempre igual. El paso del Tiempo está acompañado por la Entropía y el deterioro de los “Sistemas” es visible a simple vista. En cierta ocasión, Darwin censuró a aquellos que especulaban con el origen de la Vida replicando que uno también podría especular sobre el origen de la Materia. Hoy, los físicos y los cosmólogos creen que saben cómo se originó la materia, y la comparación de este proceso con la biogénesis resulta extraordinariamente reveledora. El Universo observable contiene 10⁵⁰ toneladas de materia, y el problema de la procedencia de dicha materia atormentó a la cosmología durante muchos años.

Aquellos primeros críticos de la teoría del Big Bang (como Fred Hpyle y otros), pusieron objeciones razonables a la hipótesis de que toda esta materia surgió simplemente, y sin una razón aparente, en el comienzo del Tiempo. La idea de que el Universo se originó con la matria necesaria ya allí, era para muchos una idea completamente acientífica, como sabemos, todo tiene una razón de ser y nada se produce “porque sí”.

Es increíble con la facilidad que podemos hablar de aquello que no sabemos. Lo de arriba pretende ser (según dicen): “Este mapa tridimensional ofrece una primera mirada a la distribución a gran escala de la llamada Materia Oscura, una forma invisible de materia que conformaría la mayoría de la masa del Universo”. Y, me pregunto yo, si es invisible, si no sabemos de qué está formada, si no emite radiación… ¿cómo podemos representarla en forma alguna?

Pero sigamos con el problema de la materia que estábamos comentando. En ese enigma, nos queda mucho camino por andar. Los físicos descubrieron hace tiempo que las partículas de materia pueden crearse si se concentra la energía suficiente, un proceso que puede demostrarse realmente en el laboratorio utilizando grandes aceleradores. Pero, por desgracia, esto no resuelve -totalmente- el enigma cosmológico, porque plantea la cuestión de la procedencia inicial de la energía necesaria para formar el material cosmológico que pudieron formar las estrellas y los mundos. La hipótesis de que la energía del universo era simplemente “dada” -¿estaba allí de entrada?-, nos lleva a un escenario con cierto tufillo a “milagro” en la teoría del Big Bang.

Así que, como podeis ver, desde siempre se ha recurrido a “asegurar” cuestiones desconocidas haciendo afirmaciones sin sentido, sin poder dar una explicación fehaciente y consistente que nos lleve a la convicción de lo que estamos diciendo. Por ejemplo, debajo de la imagen de arriba, ponen la leyenda siguiente:

“Una imagen compuesta del cluster galactico CL0024+17 tomada por el telescopio espacial Hubble muestra la creacion de un efecto de lente gravitacional producto de la interación gravitatoria de la materia oscura.”

Uno no sabe si reír o llorar cuando escucha, como “reputados científicos” se atreven a decir cosas así. Claro que, en los años ochenta se resolvió -en parte- el enigma de la fuente de la energía cósmica. Se descubrió que la “energía total del universo” podría ser realmente cero, y que por lo tanto se trataba realmente de un caso de nada por nada. La razón de que el universo pueda tener energía cero y pese a todo contenga 10⁵⁰ toneladas de materia es que su campo gravitatorio tiene energía negativa. Las cuentas muestran que las dos contribuciones pueden cancelarse exactamente para dar cero. En realidad, esas cuentas están presentes en todo lo que podemos ver. Por ejemplo, fijaos en el átomo, por una parte está la carga positiva (los protones) y por la otra la negativa (los electrones) y, ambas se “anulan” u “compensan” para hallar la estabilidad. En el Universo todo es el resultado de dos fuerzas antagónicas que se anulan para que todo sea posible. Ahí tenemos la estabilidad de las estrellas que, por una parte quieren expandirse por la energía de la fusión nuclear y, por la otra, quieren implosionar, contraerse, por la fuerza de la gravedad. Ambas fuerzas se anulan recíprocamente y la estrella puede brillar durante miles de millones de años.

Alnitak, Alnilam y Mintaka, las tres estrellas azuladas del Cinturon de Orión que relucen gracias al equilibrio que más arriba os comentaba.

La ciencia encontró un mecanismo convincente para explicar cómo fue canalizada la energía positiva de la materia, y una cantidad igual de energía negativa fue el campo gravitatorio. Así, en efecto, ¡toda la materia cósmica fue creada realmente gratis! Una vez que los cosmólogos advirtieron esto, se hizo plausible la hipótesis de que en el comienzo del universo el esapcio estaba vacío; toda la materia apareció después (aunque con gran rapidez), como resultado de un proceso físico natural. La nueva teoría se consideraba superior y más científica porque eliminaba la necesidad de postular “el tufillo” sobrenatural que llevaba la materia en el comienzo del tiempo.

Pero giremos la cabeza para poder mirar al problema de la Biogénesis para encontrarnos con una singular inversión de los sentimientos. Ahora no tenemos que explicar el origen de la materia, sino el origen de la información. Mientras que es buena ciencia buscar un proceso físico para generar materia, se considera acientífico en extremo considerar un proceso que genere información. La información no es algo que se supone que viene gratis (como la materia cósmica), sino algo por lo que uno tiene que trabajar (si queremos saber, hay que estudiar, observar, investigar y experimentar). En realidad, esto simplemente la segunda ley de la termodinámica revisada, porque la aparición espontánea de infomación en el universo sería equivalente a una reducción de la entropía del universo: una violación de la segunda ley, “un milagro”. Ahora bien, el hecho de que el universo contiene información es innegable (porque no está en equilibrio termodinámico). Si la información no puede crearse, debe haber estado allí en el comienzo, como parte del impulso inicial. La conclusión a la qque nos vemos guiados es que el universo venía lleno de información, o entropía negativa, desde su nacimiento mismo.

¿Qué nos dicen las observaciones astronómicas sobre el contenido de información del universo primitivo? Aquí descubrimos algo muy curioso. Uno de los elementos de prueba más decisivos a favor de la teoría del big bang es la existencia de un fondo universal de radiación térmica, que parece ser una especie de brillo residual del gozoso nacimiento del universo. Esta radiación ha viajado a través del espacio y del tiempo sin sufrir prácticamente ninguna perturbación desde el tiempo inmediatamente posterior al “supuesto” big bang, y, nos proporciona así, una instantánea imagen de cómo era el universo en su comienzo. Las medidas hechas desde los satélites han determinado que el espectro de la radiación térmica cósmica corresponde exactamente a un estado de equilibrio termodinámico.. Pero el equilibrio termodinámico es un estado de máxima entropía que, a través de métodos y modelos existentes, implica mínima información.

Así que, nos vemos enfrentado a a una contradicción muy molesta. La segunda ley prohíbe que el contenido de información del universo aumente a medida que este evoluciona, pero, por lo que podemos decir del universo primitivo, éste contenía muy poca información. De modo que ¿de donde ha venido la información presente hoy en el universo? Otra manera de exponer el problema sería en términos de entropía. Si el universo empezó próximo al equilibrio térmodinámico, o máxima entropía, ¿cómo ha alcanzado su estado actual de desequilibrio, dado que la segunda ley prohíbe que la entroìa total disminuya?

La respuesta a esta paradoja cósmica es ahora bien conocida (al menos eso creemos): procede de un cuidadoso estudio de la gravitación. Para ver que diferencia supone la gravitación para la termodinámica, uno de los índices que podemos escoger como guía es ver cómo se comporta la gravedad en las nubes interestelares que contienen las masas de miles de millones de soles. El gas, como consecuencia de la gravedad, comienza a contraerse al ser perturbado (digamos que por vientos estelares) y, la gravitación se hace muy importante en ese medio. Así que, el gas se contrae y en algunos lugares se acumulan grumos de material más denso. En los centros de esos grumos la contracción producida por la gravedad, calentará el gas, aparecerán gradientes de temperatura y fluirá calor y, en la nube interestelar, se formarán estrellas nuevas y cúmulos de ellas.

El flujo de radiación térmica procedente de esas estrellas (como el Sol, pongamos por caso), es la fuente de energía libre, o entropía negativa, que como sabemos, impulsa toda la vida en el planeta Tierra mediante la fotosíntesis y otros procesos biogenéticos que llevan a la materia “inerte” a evolucionar por medio de procesos complejos bioquímicos hasta convertirse en una especie de “sopa primordial” a partir de la cual, surge eso que llamamos vida y que es, el mejor exponente de la entropía negativa presernte en el universo.

Por eso, bajo la acción de la gravitación, un gas supuestamente en equilibrio termodinámico y a una temperatura uniforme y máxima entropía sufre de todas formas cambios y transiciones de fases adicionales que lleva a esa Nebulosa a un estado de desequilibrio o inestabilidad inducida por la fuerza de gravedad y que se convierte en una fuente de información. Así, podríamos decir que, la Gravedad, ha cambiado las reglas del juego toda vez que, su presencia, rompe el equilibrio termodinámico y, el estado de máxima entropía se rompe al aparecer la entropía negativa que, de alguna manera, será motivo de un futuro de vida.

Claro que, para algunos, todos estos procesos son auténticos enigmas sin resolver. ¿Cómo, siendo la gravitación una fuerza tan débil, pudo desempeñar un papel tan directo en los procesos bioquímicos? Penrose nos dice (como experto mundial en la gravitación) que él ha especulado con que la gravedad podría afectar a las biomoléculas a través de procesos cuánticos. También Lee Smolin ha comparado los temas de la vida y la gravitación en su libro La vida del cosmos, donde elabora una analogía entre el comportamiento de los ecosistemas y las galaxias espirales. Muchas de las ideas que aquí os dejo, son debidas a Paul Davies que, en su libro El quinto milagro, nos habla de todo esto y mucho más.

Lo cierto es que, poco a poco, vamos pudiendo entender como a partir de ciertos comportamientos de la materia en presencia de las fuerzas fundamentales del universo, nos llevan a estados supuestamente caóticos a partir de los cuáles, finalmente, la materia “inerte” se convierte en vida. Todo eso ocurre por el simple hecho de que las galaxias espirales se comportan y tienen una dinámica cosmológica que las lleva a la creación de entropía negativa que, en definitiva nos lleva de manera directa e irremediable hasta el surgir de la vida en mundos que, el azar ha colocado, de manera aleatoria, en esos lugares de privilegio que llamamos “zonas habitables” en los que son posibles la presencia del agua líquida, ese bien que, los humanos, nunca hemos sabido valorar en su justo valor.

emilio silvera