¿Qué habrá más allá del Modelo Estándar?

Para los babilonios,  incluso la existencia del universo era un hecho contingente, algo que podía suceder. Estamos aquí porque Marduk ganó su batalla contra el monstruo. Si no hubiera sido así, todavía prevalecería el caos primordial. No hubiera habido ni tierra ni cielos y, por supuesto, seres humanos que se maravillasen ante la creación. Así, los aspectos más importantes del mundo dependen de sucesos a los que no se aplica ninguna ley inmutable.

Impresión de un Cilindro-sello babilónico en la que se aprecia la lucha de Marduk contra el monstruo serpentiforme Tiamat. Ya en aquella lejana época los miembros de nuestra especie dejaron muestras de su inmensa imaginación para describir las cosas que ellos “creían” que eran el significado de los fenómenos de la Naturaleza que traducían en dioses. Ahora nosotros, lo hacemos con “la materia oscura” y cosas similares.

El universo sólo podía ser controlado por los dioses, y los dioses sólo podían ser inducidos a atender a las necesidades humanas mediante el uso de rituales. Sospecho que los “universos de espíritus y dioses” proporcionaban mucha más gratificación emocional a los que creían en ellos de la que nuestro universo nos proporciona a nosotros que, habiendo llegado a comprender, más que gratificarnos lo que hace es asombrarnos y sólo nos gratifican los descubrimientos que de la Naturaleza vamos conquistando. Después de todo, el universo de los babilonios era un lugar en el que las cosas que sucedían eran muy humanas.

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El atractivo de todas estas viejas creencias (de alguna manera) no ha desaparecido ni suqiera ahora, en nuestro tiempo actual. Una gran parte del movimiento contracultural de los sesenta implicaba un rechazo de la cultura racional y científica de la Norteamérica moderna que comenzaba a florecer con fuerza y una vuelta a una visión más mítica del universo.

No obstante, por muy satisfactorios emocionalmente que fueran los viejos sistemas, dejaba mucho que desear en el terreno intelectual. Batalla o no batalla en el mundo inferior, el Sol sale cada mañana. Los movimientos de las estrellas y de los planetas pueden depender del humor de los dioses, pero son regulares y predecibles. De algún modo, la yuxtaposición de las verdades muy personales y contingentes de los antiguos universos con el comportamiento regular de los cielos parece difícil de explicar, al menos para las mentes del siglo XXI.

Fueron los griegos los primeros que concibieron un universo algo parecido al que concebimos hoy. Sus ideas se caracterizaban por un vivo escepticismo. Por ejemplo,  en una generación anterior a Arquitas, el historiador Heródoto hizo un viaje por Egipto. Le mostraron un templo en el que los sacerdotes ponían comida para el dios todas las noches. La comida había desaparecido siempre por la mañana, hecho que presentaban a Heródoto como demostración de la existencia del dios.

“Yo no vi ningún dios -comentó-, pero vi muchas ratas junto a la base de la estatua.”

¡Es difícil no encontrar simpático a alguien que piensa de ese modo!

Este tipo de mente inquisitiva condujo a los griegos a un universo que era notablemente diferente de los que hemos podido conocer que representaban civilizaciones más antiguas. Y su trabajo era tan impresionante que siguió siendo la versión aceptada de los cielos hasta después del Renacimiento, casi mil quinientos años y, ante eso, me tengo que preguntar: ¿Durará tánto tiempo nuestra actual visión del Universo?

Y llegó Ptolomeo

    Retrato medieval de Ptolomeo

Nació en Tolemaida Hermía, en el Alto Egipto. Fallece en Alejandría, ciudad en donde desarrolló toda su actividad. Está considerado como uno de los personajes más relevante e importante de la historia. Astrónomo, matemático y geógrafo. Ptolomeo propuso el sistema geocéntrico como la base de la mecánica celeste que persistió durante más de 1400 años. Sus teorías, investigaciones y explicaciones astronómicas prevalecieron en el pensamiento científico hasta el siglo XVI. Esta considerado como el último científico más importante de la antigüedad y su fama se debe a su exposición del sistema ptolomaico. Recopiló los conocimientos científicos de su época, añadiendo sus observaciones y las de Hiparco de Nicea. Escribo una obra conocida con el nombre de “Almagesto” (Ptolomeo la había denominado Sintaxis Matemática) realizada en 13 volúmenes, llegando a Europa en una versión traducida al árabe.

Aunque no perduró ninguna carta de Ptolomeo, en el Renacimiento se reconstruían Mapa Mundi a partir de la Geographia de Ptolomeo. Esta carta es una copia de Johannes de Armsshein, Ulm, en 1482.

En la explicaciones del Almagesto del sistema ptolemaico,  la Tierra se encuentra situada en el centro del Universo y el Sol, la Luna y los planetas giran en torno a ella arrastrados por una gran esfera llamada “Primum Movile”, mientras que la Tierra es esférica y estacionaria. Las estrellas están situadas en posiciones fijas sobre la superficie de dicha esfera.

Claudio Tolomeo, es el hombre en el que se piensa siempre como expositor de la astronomía griega, vivió en Alejandría en el siglo II d. C., y trabajaba en el Museo de Alejandría que funcionaba en cierto modo como un moderno centro de investigación y laboratorio gubernamental.

Tolomeo recopiló las mediciones de sus antecesores griegos y babilonios, hizo algunas por sí mismo y utilizó el trabajo previo para producir un modelo de universo que explicara todo lo que había sido observado y, como es natural, si pensamos en los medios que tenía, puso a la Tierra en el centro, mientras que esferas de cristal giraban siendo portadoras del Sol, de la Luna, de los planetas y de las estrellas.

Explicar aquí ahora lo que era el universo tolemaico no parece lo más adecuado por lo sabido del tema. Sin embargo, sí es preciso decir que, estaba basado en el supuesto tácito del  geocentrismo, y, aunque algunos científicos griegos, como Pitágoras e Hiparco, sugirieron que el Sol no debería ocupar un lugar central en el cosmos, pocos hicieron caso a sus argumentos.

                                Galileo Galilei (1564 – 1642) y Johannes Kepler (1571 – 1630)

Después de quello, como todos con0cemos, llegaron Galileo, Tycho Brahe y Kepler…Newton y Einstein que nos trajeron un Universo muy diferente. Se explicaba las órbitas de los planetas, se descubrió la Gravedad causada por las grandes masas como las galaxias, estrellas y planetas, se habló de cómo se curvaba el espacio-tiempo, se conocieron los cuásares, las estrellas de neutrones y los agujeros negros y, en definitiva, supimos que estamos en un universo en expansión donde la materia y la energía está representada por la materia y las interacciones de fuerzas que interactúan entre sí.

Es cierto, el acto de explorar modifica la perspectiva del explorador. Así ha sucedido con la investigación científica de los extremos de las escalas, desde la grandiosa extensión del espacio cosmológico hasta el “mundo” infinitesimal y vertiginosamente enloquecido de las partículas subatómicas y del átomo.

La exploración del ámbito de las galaxias extendió nuestro alcance de visión en un factor de 10²⁶ veces mayor que nuestra propia escala humana, y produjo la revolución que llamamos relatividad, la cual reveló que la visión newtoniana del mundo sólo era una imagen local y pequeña en un universo más vasto donde el espacio es curvo y el tiempo se hace flexible. La exploración del dominio subatómico nos llevó lejos en el ámbito de lo muy pequeño, a unos 10^-15 de la escala humana, y también significó una revolución, la de la física cuántica que vino a cambiarlo todo en ese dominio infinitesimal.

Aunque la semilla la puso Planck en 1900, fue a partir de 1930 cuando la mecánica cuántica se aplicó con mucho éxito a problemas relacionados con núcleos atómicos, moléculas y materia en estado sólido. La mecánica cuántica hizo posible comprender un extenso conjunto de datos, de otra manera enigmáticos. Sus predicciones han sido de una exactitud notable. Ejemplo de esto último es la increíble precisión de diecisiete cifras significativas del momento magnético del electrón calculadas por la EDC (Electrodinámica Cuántica) comparadas con el experimento.

Imagen ilustrativa de la dualidad onda-partícula, en el que se aprecia cómo un mismo fenómeno puede ser percibido de dos modos distintos. La mecánica cuántica describe, en su visión más ortodoxa, cómo en cualquier sistema físico –y por tanto, en todo el universo- existe una diversa multiplicidad de estados, los cuales habiendo sido descritos mediante ecuaciones matemáticas por los físicos, son denominadoss estados cuánticos. De esta forma la mecánica cuántica puede explicar la existencia del átomo y desvelar los misterios de la estructura atómica, tal como hoy son entendidos; fenómenos que no puede explicar debidamente la física o más propiamente la mecánica clásica.

Este es el Universo que hoy podemos ver gracias a los avances de la tecnología y los nuevos conocimientos

¡Qué lejos quedan los babilonios y el universo de Marduk!

¡Qué simple se ve ahora el universo de Ptolomeo!

El desarrollo de la relatividad especial creó un escenario nuevo. Una de las conclusiones del trabajo de Eisntein es que ningún objeto -de hecho, ninguna influencia o perturbación de ninguna clase- puede viajar a una velocidad mayor que la de la luz. Sin embargo, como hemos podido leer muchas veces, la teoría universal de la gravedad de Newton, que experimentalmente funciona tan bien y es tan grata para la intuición, habla de influencias que se transmiten en el espacio a grandes distancias instantáneamente. De nuevo fue Einstein el que intervino en el conflicto y lo resolvió ofreciendo un nuevo concepto de la Gravedad en su teoría general de la relatividad.

Así, nuestro mundo cambió de nuevo y ahora, se rige por estas dos leyes: Cuántica y Relativista que son las que marcan las pautas de la Ciencias físicas y Cosmológicas. ¿Cómo veremos el Universo dentro de un milenio? Seguramente nos parecerá el universo ahora presente, tan atrasado como nos parece hoy el de Ptolomeo.

No es sólo que el Espacio y el Tiempo estén influidos por el estado del movimiento del observador, sino que, además, pueden alabearse y curvarse como respuesta a la presencia de materia o energía. Tales distorsiones en la estructura del Espacio y el Tiempo, transmiten la fuerza de Gravedad de un lugar a otro que, más cercano o más lejano, recibe la influencia de esta fuerza fundamental. Así que, desde entonces no se puede ya pensar que el Espacio y el Tiempo sean un telón de fondo inamovible e inerte en el que se desarrollan los sucesos del universo; al contrario, según la relatividad especial y la relatividad general, son actores de primera fila que desempeñan un papel íntimamente ligado al desarrollo de todos los hechos que en el universo ocurren.

Una vez más  el modelo se repite: el descubrimiento de la relatividad general, aunque resuelve un conflicto, nos lleva a otro. A lo largo de tres décadas a partir de 1900, los físicos desarrollaron la mecánica cuántica en respuesta a varios problemas  evidentes que se pusieron de manifiesto cuando los conceptos de la física del siglo XIX se aplicaron al mundo microscópico. Como he mencionado anteriormente, el tercer conflicto, el más trascendental, surge de la incompatibilidad entre la mecánica cuántica y la relatividad general. La forma geométrica ligeramente curvada del espacio, que aparece a partir de la relatividad general, es incompatible con el comportamiento microscópico irritante y frenético del universo que se deduce de la mecánica cuántica.

                                Un amigo tiene en sus manos la teoría luz-luz… ¿será el futuro?

Y, volvemos otra vez al principio: Tenemos que persistir en aquellos trabajos de los años ochenta, cuando se presentó la solución que ofrecía la teoría de cuerdas para este tercer conflicto o problema. En realidad, es el mayor conflicto que se nos presenta en la física moderna. Necesitamos ya, para poder explicar muchas cosas y seguir avanzando, una teoría cuántica de la gravedad. Estamos parados, no podemos avanzar como sería deseable y, desde luego muchas son las iniciativas que se intentan: Teoría de Cuerdas, Teoría Luz-luz (energía-masa) y otras muchas que están, en la mente de los mejores físicos del mundo pero que no acaban de germinar.

Esperémos que pronto salgan a la luz esas ideas y pensamientos que nos lleven hacia una ciencia física del futuro en la que, nuevos paradigmas vengan a jubilar (cariñosamente lo digo) a estas dos que ahora son el soporte de todo: ¡Cuántica y Relatividad! y, me pregunto yo: ¿Habrá algo más después de esas dos teorías que, llevando un siglo en el candelero, piden a gritos que las jubilemos?

Según todos los indicios, para cuando pasen algunos miles de millones de años más, si es que aún estamos aquí (como poco probable), cuando apuntemos con nuestros telescopios al cielo profundo, ya no podremos ver imágenes como esta, toda vez que las galaxias, se alejan las unas de las otras y nuestro universo se estará dirigiendo, de manera inexorable, hacia su “muerte térmica”. Claro que, esa podría ser una visión del presente que, en realidad, nada tendría que ver con la realidad del universo futuro.

emilio silvera