Historia del tiempo Stephen Hawking, ebook Parte 4

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Capítulo 11

LA UNIFICACIÓN DE LA FÍSICA

Como vimos en el primer capítulo, sería muy difícil construir de un golpe una teoría

unificada completa de todo el universo. Así que, en lugar de ello, hemos hecho

progresos por medio de teorías parciales, que describen una gama limitada de

acontecimientos y omiten otros o los aproximan por medio de ciertos números. (La

química, por ejemplo, nos permite calcular las interacciones entre átomos, sin

conocer la estructura interna del núcleo de un átomo.) En última instancia, se tiene la

esperanza de encontrar una teoría unificada, consistente, completa, que incluiría a

todas esas teorías parciales como aproximaciones, y que para que cuadraran los

hechos no necesitaría ser ajustada mediante la selección de los valores de algunos

números arbitrarios. La búsqueda de una teoría como ésa se conoce como «la

unificación de la física». Einstein empleó la mayor parte de sus últimos años en

buscar infructuosamente esta teoría unificada, pero el momento aún no estaba

maduro: había teorías parciales para la gravedad y para la fuerza electromagnética,

pero se conocía muy poco sobre las fuerzas nucleares. Además, Einstein se negaba

a creer en la realidad de la mecánica cuántica, a pesar del importante papel que él

había jugado en su desarrollo. Sin embargo, parece ser que el principio de

incertidumbre es una característica fundamental del universo en que vivimos. Una

teoría unificada que tenga éxito tiene, por lo tanto, que incorporar necesariamente

este principio.Como describiré, las perspectivas de encontrar una teoría como ésta parecen ser

mejores ahora, ya que conocemos mucho más sobre el universo. Pero debemos

guardarnos de un exceso de confianza: ¡hemos tenido ya falsas auroras! A

principios de este siglo, por ejemplo, se pensaba que todo podía ser explicado en

términos de las propiedades de la materia continua, tales como la elasticidad y la

conducción calorífíca. El descubrimiento de la estructura atómica y el principio de

incertidumbre pusieron un fin tajante a todo ello. De nuevo, en 1928, el físico y

premio Nóbel Max Born dijo a un grupo de visitantes de la Universidad de Gotinga,

«la física, dado como la conocemos, estará terminada en seis meses». Su

confianza se basaba en el reciente descubrimiento por Dirac de la ecuación que

gobernaba al electrón. Se pensaba que una ecuación similar gobernaría al protón,

que era la otra única partícula conocida en aquel momento, y eso sería el final de la

física teórica. Sin embargo, el descubrimiento del neutrón y de las fuerzas nucleares

lo desmintió rotundamente. Dicho esto, todavía creo que hay razones para un

optimismo prudente sobre el hecho de que podemos estar ahora cerca del final de la

búsqueda de las leyes últimas de la naturaleza.

Historia del Tiempo: Del Big Bang a los Agujeros Negros Stephen Hawking

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En los capítulos anteriores he descrito la relatividad general, la teoría parcial de la

gravedad, y las teorías parciales que gobiernan a las fuerzas débil, fuerte y

electromagnética. Las tres últimas pueden combinarse en las llamadas teorías de

gran unificación, o TGU, que no son muy satisfactorias porque no incluyen a la

gravedad y porque contienen varias cantidades, como las masas relativas de

diferentes partículas, que no pueden ser deducidas de la teoría sino que han de ser

escogidas de forma que se ajusten a las observaciones. La principal dificultad para

encontrar una teoría que unifique la gravedad con las otras fuerzas estriba en que la

relatividad general es una teoría «clásica», esto quiere decir que no incorpora el

principio de incertidumbre de la mecánica cuántica. Por otra parte, las otras teorías

parciales dependen de la mecánica cuántica de forma esencial. Un primer paso

necesario, por consiguiente, consiste en combinar la relatividad general con el

principio de incertidumbre. Como hemos visto, ello puede tener algunas

consecuencias muy notables, como que los agujeros negros no sean negros, y que el

universo no tenga ninguna singularidad sino que sea completamente auto contenido

y sin una frontera. El problema es, como se explicó en el capítulo 7, que el principio

de incertidumbre implica que el espacio «vacío» está lleno de pares de partículas y

antipartículas virtuales. Estos pares tendrían una cantidad infinita de energía y, por

consiguiente, a través de la famosa ecuación de Einstein E=mc2, tendrían una

cantidad infinita de masa. Su atracción gravitatoria curvaría, por tanto, el universo

hasta un tamaño infinitamente pequeño.

De forma bastante similar, se encuentran infinitos aparentemente absurdos en las

otras teorías parciales, pero en todos estos casos los infinitos pueden ser

suprimidos mediante un proceso de renormalización, que supone cancelar los

infinitos introduciendo otros infinitos. Aunque esta técnica es bastante dudosa

matemáticamente, parece funcionar en la práctica, y ha sido utilizada en estas

teorías para obtener predicciones, con una precisión extraordinaria, que concuerdan

con las observaciones. La renormalización, sin embargo, presenta un serio

inconveniente a la hora de encontrar una teoría completa, ya que implica que los

valores reales de las masas y las intensidades de las fuerzas no pueden ser

deducidos de la teoría, sino que han de ser escogidos para ajustarlos a las

observaciones.

Al intentar incorporar el principio de incertidumbre a la relatividad general se dispone

de sólo dos cantidades que pueden ajustarse: la intensidad de la gravedad y el valor

de la constante cosmológica. Pero el ajuste de estas cantidades no es suficiente

para eliminar todos los infinitos. Se tiene, por lo tanto, una teoría que parece

predecir que determinadas cantidades, como la curvatura del espacio-tiempo, son

realmente infinitas, ¡a pesar de lo cual pueden observarse y medirse como

Historia del Tiempo: Del Big Bang a los Agujeros Negros Stephen Hawking

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perfectamente finitas! Durante algún tiempo se sospechó la existencia del problema

de combinar la relatividad general y el principio de incertidumbre, pero, en 1972, fue

finalmente confirmado mediante cálculos detallados. Cuatro años después se

sugirió una posible solución, llamada «súper gravedad». La idea consistía en

combinar la partícula de espín 2, llamada gravitón, que transporta la fuerza

gravitatoria, con ciertas partículas nuevas de espín 3/2, 1, 1/2 y 0. En cierto sentido,

todas estas partículas podrían ser consideradas como diferentes aspectos de la

misma «superpartícula», unificando de este modo las partículas materiales de espín

1/2 y 3/2 con las partículas portadoras de fuerza de espín 0, 1 y 2. Los pares

partícula / antipartícula virtuales de espín 1/2 y 3/2 tendrían energía negativa, y de

ese modo tenderían a cancelar la energía positiva de los pares virtuales de espín 2,

1 y 0. Esto podría hacer que muchos de los posibles infinitos fuesen eliminados, pero

se sospechaba que podrían quedar todavía algunos infinitos. Sin embargo, los

cálculos necesarios para averiguar si quedaban o no algunos infinitos sin cancelar

eran tan largos y difíciles que nadie estaba preparado para acometerlos. Se estimó

que, incluso con un ordenador, llevarían por lo menos cuatro años, y había muchas

posibilidades de que se cometiese al menos un error, y probablemente más. Por lo

tanto, se sabría que se tendría la respuesta correcta sólo si alguien más repetía el

cálculo y conseguía el mismo resultado, ¡y eso no parecía muy probable!

A pesar de estos problemas, y de que las partículas de las teorías de súper

gravedad no parecían corresponderse con las partículas observadas, la mayoría de

los científicos creía que la súper gravedad constituía probablemente la respuesta

correcta al problema de la unificación de la física. Parecía el mejor camino para

unificar la gravedad con las otras fuerzas. Sin embargo, en 1984 se produjo un

notable cambio de opinión en favor de lo que se conoce como teorías de cuerdas.

En estas teorías, los objetos básicos no son partículas que ocupan un único punto

del espacio, sino objetos que poseen una longitud pero ninguna otra dimensión más,

similares a trozos infinitamente delgados de cuerda. Estas cuerdas pueden tener

extremos (las llamadas cuerdas abiertas), o pueden estar unidas consigo mismas en

lazos cerrados (cuerdas cerradas) (figura 11.1 y figura 11.2). Una partícula ocupa un

punto del espacio en cada instante de tiempo. Así, su historia puede representarse

mediante una línea en el espacio-tiempo (la «línea del mundo»). Una cuerda, por el

contrario, ocupa una línea en el espacio, en cada instante de tiempo. Por tanto, su

historia en el espacio-tiempo es una superficie bidimensional llamada la «hoja del

mundo». (Cualquier punto en una hoja del mundo puede ser descrito mediante dos

números: uno especificando el tiempo y el otro la posición del punto sobre la cuerda.)

La hoja del mundo de una cuerda abierta es una cinta; sus bordes representan los

caminos a través del espacio-tiempo de los extremos de la cuerda (figura 11.1). La

hoja del mundo de una cuerda cerrada es un cilindro o tubo (figura 11.2); una

rebanada transversal del tubo es un círculo, que representa la posición de la cuerda

en un instante particular. Dos fragmentos de cuerda pueden juntarse para formar una

única cuerda; en el caso de cuerdas abiertas simplemente se unen por los extremos

Historia del Tiempo: Del Big Bang a los Agujeros Negros Stephen Hawking

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(figura 11.3), mientras que en el caso de cuerdas cerradas la unión es similar a las

dos piernas de un par de pantalones juntándose (figura 11.4). De forma análoga, un

único fragmento de cuerda puede dividirse en dos cuerdas. En las teorías de

cuerdas, lo que anteriormente se consideraban partículas, se describen ahora como

ondas viajando por la cuerda, como las ondulaciones de la cuerda vibrante de una

cometa. La emisión o absorción de una partícula por otra corresponde a la división

o reunión de cuerdas. Por ejemplo, la fuerza gravitatoria del Sol sobre la Tierra se

describe en las teorías de partículas como causada por la emisión de un gravitón por

una partícula en el Sol y su absorción por una partícula en la Tierra (figura 11.5).

En la teoría de cuerdas, ese proceso corresponde a un tubo o cañería en forma

de H (figura 11.6) (la teoría de cuerdas, en cierto modo, se parece bastante a la

fontanería). Los dos lados verticales de la H corresponden a las partículas en el Sol

y en la Tierra, y el larguero transversal corresponde al gravitón que viaja entre ellas.

Figuras 11:1 & 11:2

La teoría de cuerdas tiene una historia curiosa. Se inventó a finales de los años 60

en un intento de encontrar una teoría para describir la interacción fuerte. La idea

consistía en que partículas como el protón y el neutrón podían ser consideradas

Historia del Tiempo: Del Big Bang a los Agujeros Negros Stephen Hawking

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como ondas en una cuerda. La interacción fuerte entre las partículas correspondería

a fragmentos de cuerda que se extenderían entre otros trozos de cuerda, como en

una tela de araña. Para que esta teoría proporcionase el valor observado para la

interacción fuerte entre partículas, las cuerdas tenían que ser como tiras de goma

con una tensión de alrededor de diez toneladas.

Figura 11:3

Historia del Tiempo: Del Big Bang a los Agujeros Negros Stephen Hawking

153

Figura 11:4

En 1974, Joél Scherk, de París, y John Schwarz, del Instituto de Tecnología de

California, publicaron un artículo en el que mostraban que la teoría de cuerdas podía

describir la fuerza gravitatoria, pero sólo si la tensión en la cuerda fuese mucho más

elevada, alrededor de mil billones de billones de billones de toneladas (un 1 con

treinta y nueve ceros detrás). Las predicciones de la teoría de cuerdas serían las

mismas que las de la relatividad general a escalas de longitud normales, pero

diferirían a distancias muy pequeñas, menores que una milésima de una millonésima

de billonésima de billonésima de centímetro (un centímetro dividido por un 1 con

treinta y tres ceros detrás). Su trabajo no recibió mucha atención, sin embargo,

debido a que justo en aquel momento la mayoría de las personas abandonaban la

teoría de cuerdas original para la interacción fuerte, en favor de la teoría basada en

los quarks y los gluones, que parecía ajustarse mucho mejor a las observaciones.

Scherk murió en circunstancias trágicas (padecía diabetes y sufrió un coma en un

momento en que no había nadie cerca de él para ponerle una inyección de insulina).

Así, Schwarz se quedó solo como defensor casi único de la teoría de cuerdas, pero

ahora con un valor propuesto para la tensión de la cuerda mucho más elevado.

Historia del Tiempo: Del Big Bang a los Agujeros Negros Stephen Hawking

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Figuras 11:5 & 11:6

En 1984, el interés por las cuerdas resucitó de repente, aparentemente por dos

razones. Una era que la gente no estaba haciendo, en realidad, muchos progresos,

en el camino de mostrar que la súper gravedad era finita o que podía explicar los

tipos de partículas que observamos. La otra fue la publicación de un artículo de John

Schwarz y Mike Green, del Queen Mary College, de Londres, que mostraba que la

teoría de cuerdas podía ser capaz de explicar la existencia de partículas que tienen

incorporado un carácter levógiro, como algunas de las partículas que observamos.

Cualesquiera que fuesen las razones, pronto un gran número de personas comenzó

a trabajar en la teoría de cuerdas, y se desarrolló una nueva versión, las llamadas

cuerdas «heteróticas», que parecía que podría ser capaz de explicar los tipos de

partículas que observamos.

Las teorías de cuerdas también conducen a infinitos, pero se piensa que todos ellos

desaparecerán en versiones como la de las cuerdas heteróticas (aunque esto no se

sabe aún con certeza). Las teorías de cuerdas, sin embargo, presentan un problema

mayor: parecen ser consistentes ¡sólo si el espacio-tiempo tiene o diez o veintiséis

dimensiones, en vez de las cuatro usuales! Por supuesto, las dimensiones extra del

espacio-tiempo constituyen un lugar común para la ciencia ficción; verdaderamente,

son casi una necesidad para ésta, ya que de otro modo el hecho de que la

relatividad implique que no se puede viajar más rápido que la luz significa que se

tardaría demasiado tiempo en viajar entre estrellas y galaxias. La idea de la ciencia

ficción es que tal vez se puede tomar un atajo a través de una dimensión superior.

Es posible imaginárselo de la siguiente manera. Supongamos que el espacio en el

que vivimos tiene sólo dos dimensiones y está curvado como la superficie de una

Historia del Tiempo: Del Big Bang a los Agujeros Negros Stephen Hawking

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argolla de ancla o toro (figura 11.7). Si se estuviese en un lugar del lado interior del

anillo y se quisiese ir a un punto situado enfrente, se tendría que ir alrededor del lado

interior del anillo. Sin embargo, si uno fuese capaz de viajar en la tercera dimensión,

podría cortar en línea recta.

¿Por qué no notamos todas esas dimensiones extra, si están realmente ahí? ¿Por

qué vemos solamente tres dimensiones espaciales y una temporal? La sugerencia

es que las otras dimensiones están curvadas en un espacio Muy pequeño, algo así

como una billonésima de una billonésima de una billonésima de un centímetro Eso

es tan pequeño que sencillamente no lo notamos; vemos solamente una dimensión

temporal y tres espaciales, en las cuales el espacio-tiempo es bastante plano. Es

como la superficie de una naranja: si se la mira desde muy cerca está toda curvada y

arrugada, pero si se la mira a distancia no se ven las protuberancias y parece que es

lisa. Lo mismo ocurre con el espacio-tiempo: a una escala muy pequeña tiene diez

dimensiones y está muy curvado, pero a escalas mayores no se ven ni la curvatura ni

las dimensiones extra. Si esta imagen fuese correcta, presagiaría malas noticias

para los aspirantes a viajeros:

las dimensiones extra serían con mucho demasiado pequeñas para admitir una nave

espacial entera. Plantea, sin embargo, otro problema importante. ¿Por qué deben

estar arrolladas en un pequeño ovillo algunas de las dimensiones, pero no todas?

Presumiblemente, en el universo primitivo todas las dimensiones habrían estado

muy curvadas. ¿Por qué sólo se aplanaron una dimensión temporal y tres espaciales,

mientras que las restantes dimensiones permanecieron fuertemente arrolladas?

Historia del Tiempo: Del Big Bang a los Agujeros Negros Stephen Hawking

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Figura 11:7

Una posible respuesta la encontraríamos en el principio antrópico. Dos dimensiones

espaciales no parecen ser suficientes para permitir el desarrollo de seres

complicados como nosotros. Por ejemplo, animales bidimensionales sobre una

tierra unidimensional tendrían que trepar unos sobre otros para adelantarse. Si una

criatura bidimensional comiese algo no podría digerirlo completamente, tendría que

vomitar los residuos por el mismo camino por el que se los tragó, ya que si hubiese

un paso a través de su cuerpo dividiría a la criatura en dos mitades separadas;

nuestro ser bidimensional se rompería (figura 11.8). Análogamente, es difícil de

entender cómo podría haber circulación de la sangre en una criatura bidimensional.

Historia del Tiempo: Del Big Bang a los Agujeros Negros Stephen Hawking

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Figura 11:8

También habría problemas con más de tres dimensiones espaciales. La fuerza

gravitatoria entre dos cuerpos disminuiría con la distancia más rápidamente de lo

que lo hace en tres dimensiones. (En tres dimensiones, la fuerza gravitatoria cae a

1/4 si se duplica la distancia. En cuatro dimensiones caería a 1/8, en cinco

dimensiones a 1/16, y así sucesivamente.) El significado de todo esto es que las

órbitas de los planetas alrededor del Sol, como por ejemplo la de la Tierra, serían

inestables: la menor perturbación (tal como la producida por la atracción gravitatoria

de los otros planetas) sobre una órbita circular daría como resultado el que la Tierra

girara en espiral, o bien hacia el Sol o bien alejándose de él. o nos helaríamos o nos

achicharraríamos. De hecho, el mismo comportamiento de la gravedad con la

distancia en más de tres dimensiones espaciales significaría que el Sol no podría

existir en un estado estable, en el que la presión compensase a la gravedad. o se

rompería o se colapsaría para formar un agujero negro. En cualquier caso no sería

de mucha utilidad como fuente de calor y de luz para la vida sobre la Tierra. A una

escala más pequeña, las fuerzas eléctricas que hacen que los electrones giren

alrededor del núcleo en un átomo se comportarían del mismo modo que las fuerzas

gravitatorias. Así, los electrones o escaparían totalmente del átomo o caerían en

espiral en el núcleo. En cualquiera de los dos casos no podría haber átomos como

nosotros los conocemos.

Parece evidente que la vida, al menos como nosotros la conocemos, puede existir

solamente en regiones del espacio-tiempo en las que una dimensión temporal y tres

dimensiones espaciales no están muy arrolladas. Esto significa que se podría

recurrir al principio antrópico débil, en el supuesto de que se pudiese demostrar que

Historia del Tiempo: Del Big Bang a los Agujeros Negros Stephen Hawking

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la teoría de cuerdas permite al menos que existan tales regiones en el universo (y

parece que verdaderamente lo permite). Podría haber perfectamente otras regiones

del universo, u otros universos (sea lo que sea lo que eso pueda significar), en las

cuales todas las dimensiones estuvieran muy arrolladas o en las que fueran

aproximadamente planas más de cuatro dimensiones, pero no habría seres

inteligentes en esas regiones para observar el número diferente de dimensiones

efectivas.

Aparte de la cuestión del número de dimensiones que el espacio-tiempo parece

tener, la teoría de cuerdas plantea aún otros problemas que tienen que ser resueltos

antes de que pueda ser reconocida como la teoría unificada definitiva de la física. No

sabemos aún si todos los infinitos se cancelarán unos a otros, o cómo relacionar

exactamente las ondas sobre la cuerda con los tipos específicos de partículas que

observamos. No obstante, es probable que en los próximos años se encuentren

respuestas a estas preguntas, y que hacia el final de siglo sepamos si la teoría de

cuerdas constituye verdaderamente la muy codiciada teoría unificada de la física.

Pero, ¿puede haber en realidad una tal teoría unificada? ¿O estamos tal vez

persiguiendo únicamente un espejismo? Parece haber tres posibilidades:

1. Existe realmente una teoría unificada completa, que descubriremos algún día

si somos lo suficientemente inteligentes.

2. No existe ninguna teoría definitiva del universo, sino una sucesión infinita de

teorías que describen el universo cada vez con más precisión.

3. No hay ninguna teoría del universo; los acontecimientos no pueden predecirse

más allá de cierto punto, ya que ocurren de una manera aleatoria y

arbitraria.

Algunos sostendrían la tercera posibilidad sobre la base de que, si hubiese un

conjunto completo de leyes, ello iría en contra de la libertad de Dios de cambiar de

opinión e intervenir en el mundo. Es algo parecido a la vieja paradoja: ¿puede Dios

hacer una piedra tan pesada que él no pueda levantarla? Sin embargo, la idea de

que Dios pudiese querer cambiar de opinión es un ejemplo de la falacia, señalada

por san Agustín, de imaginar a Dios como un ser que existe en el tiempo: el tiempo

es una propiedad sólo del universo que Dios creó. Al parecer ¡sabía lo que quería

cuando lo construyó!

Con el advenimiento de la mecánica cuántica hemos llegado a reconocer que los

acontecimientos no pueden predecirse con completa precisión, sino que hay

siempre un grado de incertidumbre. Si se quiere, puede atribuirse esa aleatoriedad

a la intervención de Dios, pero se trataría de una intervención muy extraña; no hay

Historia del Tiempo: Del Big Bang a los Agujeros Negros Stephen Hawking

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ninguna evidencia de que esté dirigida hacia ningún propósito. Si tuviera alguno no

sería, por definición, aleatoria. En los tiempos modernos hemos eliminado de hecho

la tercera posibilidad, redefiniendo el objeto de la ciencia: nuestra intención es

formular un conjunto de leyes que nos permitan predecir acontecimientos sólo hasta

el límite impuesto por el principio de incertidumbre.

La segunda posibilidad, la de que exista una sucesión infinita de teorías más y más

refinadas, está de acuerdo con toda nuestra experiencia hasta el momento. En

muchas ocasiones hemos aumentado la sensibilidad de nuestras medidas o hemos

realizado un nuevo tipo de observaciones, descubriendo nuevos fenómenos que no

eran predichos por la teoría existente, y para explicarlos hemos tenido que

desarrollar una teoría más avanzada. No sería, por tanto, muy sorprendente si la

generación actual de teorías de gran unificación estuviese equivocada, al pretender

que nada esencialmente nuevo ocurrirá entre la energía de unificación electrodébil,

de alrededor de 100 GeV, y la energía de gran unificación, de alrededor de mil

billones de GeV. Podríamos, en verdad, esperar encontrar varios niveles de

estructura más básicos que los quarks y electrones que ahora consideramos como

partículas «elementales».

Sin embargo, parece que la gravedad puede poner un límite a esta sucesión de

«cajas dentro de cajas». Si hubiese una partícula con una energía por encima de lo

que se conoce como energía de Planck, diez millones de billones de GeV (un 1

seguido de diecinueve ceros), su masa estaría tan concentrada que se amputaría

ella misma del resto del universo y formaría un pequeño agujero negro. De este

modo, parece que la sucesión de teorías más y más refinadas debe tener algún

límite a medida que vamos hacia energías cada vez más altas, por lo tanto, debe

existir alguna teoría definitiva del universo. Por supuesto, la energía de Planck está

muy lejos de las energías de alrededor de 100 GeV que son lo máximo que se

puede producir en el laboratorio en el momento actual y no salvaremos el hueco con

aceleradores de partículas en un futuro previsible! Las etapas iniciales del universo,

sin embargo, fueron un ruedo en el que tales energías tuvieron que haberse dado.

Pienso que hay una gran probabilidad de que el estudio del universo primitivo y las

exigencias de consistencia matemática nos conduzcan a una teoría unificada

completa dentro del período de la vida de alguno de los que estamos hoy aquí,

siempre suponiendo que antes no nos aniquilemos a nosotros mismos.

¿Qué supondría descubrir realmente la teoría última del universo? Como se explicó

en el capítulo 1, nunca podríamos estar suficientemente seguros de haber

encontrado verdaderamente la teoría correcta, ya que las teorías no pueden ser

demostradas. Pero si la teoría fuese matemáticamente consistente e hicíese

predicciones que concordasen siempre con las observaciones, podríamos estar

Historia del Tiempo: Del Big Bang a los Agujeros Negros Stephen Hawking

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razonablemente seguros de que se trataría de la correcta. Llegaría a su fin un largo y

glorioso capítulo en la historia de la lucha intelectual de la humanidad por

comprender el universo. Pero ello también revolucionaría la comprensión de las

leyes que lo gobiernan por parte de las personas corrientes. En la época de Newton,

era posible, para una persona instruida, abarcar todo el conocimiento humano, al

menos en términos generales. Pero, desde entonces, el ritmo de desarrollo de la

ciencia lo ha hecho imposible. Debido a que las teorías están siendo modificadas

continuamente para explicar nuevas observaciones, nunca son digeridas

debidamente o simplificadas de manera que la gente común pueda entenderlas. Es

necesario ser un especialista, e incluso entonces sólo se puede tener la esperanza

de dominar correctamente una pequeña parte de las teorías científicas. Además, el

ritmo de progreso es tan rápido que lo que se aprende en la escuela o en la

universidad está siempre algo desfasado. Sólo unas pocas personas pueden ir al

paso del rápido avance de la frontera del conocimiento, y tienen que dedicar todo su

tiempo a ello y especializarse e un área reducida. El resto de la población tiene

poca idea de los adelantos que se están haciendo o de la expectación que están

generando. Hace setenta años, si teníamos que creer a Eddington, sólo dos

personas entendían la teoría general de la relatividad. Hoy en día decenas de miles

de graduados universitarios la entienden y a muchos millones de personas les es al

menos familiar la idea. Si se descubriese una teoría unificada completa, sería sólo

una cuestión de tiempo el que fuese digerida y simplificada del mismo modo y

enseñada en las escuelas, al menos en términos generales. Todos seríamos

capaces, entonces, de poseer alguna comprensión de las leyes que gobiernan el

universo y son responsables de nuestra existencia. Incluso si descubriésemos una

teoría unificada completa, ello no significaría que fuésemos capaces de predecir

acontecimientos en general, por dos razones. La primera es la limitación que el

principio de incertidumbre de la mecánica cuántica establece sobre nuestra

capacidad de predicción. No hay nada que podamos hacer para darle la vuelta a

esto. En la-práctica, sin embargo, esta primera limitación es menos restrictiva que la

segunda. Ésta surge del hecho de que no podríamos resolver exactamente las

ecuaciones de la teoría, excepto en situaciones muy sencillas. (Incluso no podemos

resolver exactamente el movimiento de tres cuerpos en la teoría de la gravedad de

Newton, y la dificultad aumenta con el número de cuerpos y la complejidad de la

teoría.) Conocemos ya las leyes que gobiernan el comportamiento de la materia en

todas las condiciones excepto en las más extremas. En particular, conocemos las

leyes básicas que subyacen bajo toda la química y la biología. Ciertamente, aún no

hemos reducido estas disciplinas al estado de problemas resueltos; ¡hemos tenido,

hasta ahora, poco éxito prediciendo el comportamiento humano a partir de

ecuaciones matemáticas! Por lo tanto, incluso si encontramos un conjunto completo

de leyes básicas, quedará todavía para los años venideros la tarea intelectualmente

retadora de desarrollar mejores métodos de aproximación, de modo que podamos

Historia del Tiempo: Del Big Bang a los Agujeros Negros Stephen Hawking

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hacer predicciones útiles sobre los resultados probables en situaciones complicadas

y realistas. Una teoría unificada completa, consistente, es sólo el primer paso:

nuestra meta es una completa comprensión de lo que sucede a nuestro alrededor y

de nuestra propia existencia.

Historia del Tiempo: Del Big Bang a los Agujeros Negros Stephen Hawking

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Capítulo 12

CONCLUSIÓN

Nos hallamos en un mundo desconcertante. Queremos darle sentido a lo que vemos

a nuestro alrededor, y nos preguntamos: ¿cuál es la naturaleza del universo? ¿Cuál

es nuestro lugar en él, y de dónde surgimos él y nosotros? ¿Por qué es como es?

Para tratar de responder a estas preguntas adoptamos una cierta «imagen del

mundo». Del mismo modo que una torre infinita de tortugas sosteniendo a una Tierra

plana es una imagen mental, lo es la teoría de las supercuerdas. Ambas son teorías

del universo, aunque la última es mucho más matemática y precisa que la primera. A

ambas teorías les falta comprobación experimental: nadie ha visto nunca una tortuga

gigante con la Tierra sobre su espalda, pero tampoco ha visto nadie una

supercuerda. Sin embargo, la teoría de la tortuga no es una teoría científica porque

supone que la gente debería poder caerse por el borde del mundo. No se ha

observado que esto coincida con la experiencia, ¡salvo que resulte ser la explicación

de por qué ha desaparecido, supuestamente, tanta gente en el Triángulo de las

Bermudas!

Los primeros intentos teóricos de describir y explicar el universo involucraban la idea

de que los sucesos y los fenómenos naturales eran controlados por espíritus con

emociones humanas, que actuaban de una manera muy humana e impredecible.

Estos espíritus habitaban en lugares naturales, como ríos y montañas, incluidos los

cuerpos celestes, como el Sol y la Luna. Tenían que ser aplacados y había que

solicitar sus favores para asegurar la fertilidad del suelo y la sucesión de las

estaciones. Gradualmente, sin embargo, tuvo que observarse que había algunas

regularidades: el Sol siempre salía por el este y se ponía por el oeste se hubiese o

no se hubiese hecho un sacrificio al dios del Sol. Además, el Sol, la Luna y los

planetas seguían caminos precisos a través del cielo, que podían predecirse con

antelación y con precisión considerables. El Sol y la Luna podían aún ser dioses,

pero eran dioses que obedecían leyes estrictas, aparentemente sin ninguna

excepción, si se dejan a un lado historias como la de Josué deteniendo el Sol.

Al principio, estas regularidades y leyes eran evidentes sólo en astronomía y en

pocas situaciones más. Sin embargo, a medida que la civilización evolucionaba, y

particularmente en los últimos 300 años, fueron descubiertas más y más

regularidades y leyes. El éxito de estas leyes llevó a Laplace, a principios del siglo

xix, a postular el determinismo científico, es decir, sugirió que había un conjunto de

Historia del Tiempo: Del Big Bang a los Agujeros Negros Stephen Hawking

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leyes que determinarían la evolución del universo con precisión, dada su

configuración en un instante.

El determinismo de Laplace era incompleto en dos sentidos. No decía cómo deben

elegirse las leyes y no especificaba la configuración inicial del universo. Esto se lo

dejaba a Dios. Dios elegiría cómo comenzó el universo y qué leyes obedecería,

pero no intervendría en el universo una vez que éste se hubiese puesto en marcha.

En realidad, Dios fue confinado a las áreas que la ciencia del siglo xix no entendía.

Sabemos ahora que las esperanzas de Laplace sobre el determinismo no pueden

hacerse realidad, al menos en los términos que él pensaba. El principio de

incertidumbre de la mecánica cuántica implica que ciertas parejas de cantidades,

como la posición y la velocidad de una partícula, no pueden predecirse con completa

precisión.

La mecánica cuántica se ocupa de esta situación mediante un tipo de teorías

cuánticas en las que las partículas no tienen posiciones ni velocidades bien

definidas, sino que están representadas por una onda. Estas teorías cuánticas son

deterministas en el sentido de que proporcionan leyes sobre la evolución de la onda

en el tiempo. Así, si se conoce la onda en un instante, puede calcularse en cualquier

otro instante. El elemento aleatorio, impredecible, entra en juego sólo cuando

tratamos de interpretar la onda en términos de las posiciones y velocidades de

partículas. Pero quizás ése es nuestro error: tal vez no existan posiciones y

velocidades de partículas, sino sólo ondas. Se trata simplemente de que intentamos

ajustar las ondas a nuestras ideas preconcebidas de posiciones y velocidades. El

mal emparejamiento que resulta es la causa de la aparente impredictibilidad.

En realidad, hemos redefinido la tarea de la ciencia como el descubrimiento de leyes

que nos permitan predecir acontecimientos hasta los límites impuestos por el

principio de incertidumbre. Queda, sin embargo, la siguiente cuestión: ¿cómo o por

qué fueron escogidas las leyes y el estado inicial del universo?

En este libro he dado especial relieve a las leyes que gobiernan la gravedad, debido

a que es la gravedad la que determina la estructura del universo a gran escala, a

pesar de que es la más débil de las cuatro categorías de fuerzas. Las leyes de la

gravedad eran incompatibles con la perspectiva mantenida hasta hace muy poco de

que el universo no cambia con el tiempo: el hecho de que la gravedad sea siempre

atractiva implica que el universo tiene que estar expandiéndose o contrayéndose.

De acuerdo con la teoría general de la relatividad, tuvo que haber habido un estado

de densidad infinita en el pasado, el big bang, que habría constituido un verdadero

principio del tiempo. De forma análoga, si el universo entero se colapsase de nuevo

Historia del Tiempo: Del Big Bang a los Agujeros Negros Stephen Hawking

164

tendría que haber otro estado de densidad infinita en el futuro, el big crunch, que

constituiría un final del tiempo. Incluso si no se colapsase de nuevo, habría

singularidades en algunas regiones localizadas que se colapsarían para formar

agujeros negros. Estas singularidades constituirían un final del tiempo para

cualquiera que cayese en el agujero negro. En el big bang y en las otras

singularidades todas las leyes habrían fallado, de modo que Dios aún habría tenido

completa libertad para decidir lo que sucedió y cómo comenzó el universo.

Cuando combinamos la mecánica cuántica con la relatividad general parece haber

una nueva posibilidad que no surgió antes: el espacio y el tiempo juntos podrían

formar un espacio de cuatro dimensiones finito, sin singularidades ni fronteras, como

la superficie de la Tierra pero con más dimensiones. Parece que esta idea podría

explicar muchas de las características observadas del universo, tales como su

uniformidad a gran escala y también las desviaciones de la homogeneidad a más

pequeña escala, como las galaxias, estrellas e incluso los seres humanos. Podría

incluso explicar la flecha del tiempo que observamos. Pero si el universo es

totalmente auto contenido, sin singularidades ni fronteras, y es descrito

completamente por una teoría unificada, todo ello tiene profundas ¡aplicaciones

sobre el papel de Dios como Creador.

Einstein una vez se hizo la pregunta: «¿cuántas posibilidades de elección tenía Dios

al construir el universo?». Si la propuesta de la no existencia de frontera es correcta,

no tuvo ninguna libertad en absoluto para escoger las condiciones iniciales. Habría

tenido todavía, por supuesto, la libertad de escoger las leyes que el universo

obedecería. Esto, sin embargo, pudo no haber sido realmente una verdadera

elección; puede muy bien existir sólo una, o un pequeño número de teorías

unificadas completas, tales como la teoría de las cuerdas heteróticas, que sean

autoconsistentes y que permitan la existencia de estructuras tan complicadas como

seres humanos que puedan investigar las leyes del universo e interrogarse acerca de

la naturaleza de Dios.

Incluso si hay sólo una teoría unificada posible, se trata únicamente de un conjunto de

reglas y de ecuaciones. ¿Qué es lo que insufla fuego en las ecuaciones y crea un

universo que puede ser descrito por ellas? El método usual de la ciencia de

construir un modelo matemático no puede responder a las preguntas de por qué

debe haber un universo que sea descrito por el modelo. ¿Por qué atraviesa el

universo por todas las dificultades de la existencia? ¿Es la teoría unificada tan

convincente que ocasiona su propia existencia? 0 necesita un creador y, si es así,

¿tiene éste algún otro efecto sobre el universo? ¿Y quién lo creó a él?

Historia del Tiempo: Del Big Bang a los Agujeros Negros Stephen Hawking

165

Hasta ahora, la mayoría de los cientificos han estado demasiado ocupados con el

desarrollo de nuevas teorías que describen cómo es el universo para hacerse la

pregunta de por qué. Por otro lado, la gente cuya ocupación es preguntarse por qué,

los filósofos, no han podido avanzar al paso de las teorías científicas. En el siglo

XVIII, los filósofos consideraban todo el conocimiento humano, incluida la ciencia,

como su campo, y discutían cuestiones como, ¿tuvo el universo un principio? Sin

embargo, en los siglos xix y xx, la ciencia se hizo demasiado técnica y matemática

para ellos, y para cualquiera, excepto para unos pocos especialistas. Los filósofos

redujeron tanto el ámbito de sus indagaciones que Wittgenstein, el filósofo más

famoso de este siglo, dijo: «la única tarea que le queda a la filosofía es el análisis del

lenguaje». ¡Que distancia desde la gran tradición filosófica de Aristóteles a Kant!

No obstante, si descubrimos una teoría completa, con el tiempo habrá de ser, en sus

líneas maestras, comprensible para todos y no únicamente para unos pocos

científicos. Entonces todos, filósofos, científicos y la gente corriente, seremos

capaces de tomar parte en la discusión de por qué existe el universo y por qué

existimos nosotros. Si encontrásemos una respuesta a esto, sería el triunfo definitivo

de la razón humana, porque entonces conoceríamos el pensamiento de Dios.

Historia del Tiempo: Del Big Bang a los Agujeros Negros Stephen Hawking

166

ALBERT EINSTEIN

La conexión de Einstein con la política de la bomba nuclear es bien conocida: firmó

la famosa carta al presidente Franklin Roosevelt que impulsó a los Estados Unidos a

plantearse en serio la cuestión, y tomó parte en los esfuerzos de la posguerra para

impedir la guerra nuclear. Pero éstas no fueron las únicas acciones de un científico

arrastrado al mundo de la política. La vida de Einstein estuvo de hecho, utilizando

sus propias palabras, «dividida entre la política y las ecuaciones».

La primera actividad política de Einstein tuvo lugar durante la primera guerra

mundial, cuando era profesor en Berlín. Asqueado por lo que entendía como un

despilfarro de vidas humanas, se sumó a las manifestaciones antibélicas. Su

defensa de la desobediencia civil y su aliento público para que la gente rechazase el

servicio militar obligatorio no le granjearon las simpatías de sus colegas. Luego,

después de la guerra, dirigió sus esfuerzos hacia la reconciliación y la mejora de las

relaciones internacionales. Esto tampoco le hizo popular, y pronto sus actitudes

políticas le hicieron difícil el poder visitar los Estados Unidos, incluso para dar

conferencias.

La segunda gran causa de Einstein fue el sionismo. Aunque era de ascendencia

judía, Einstein rechazó la idea bíblica de Dios. Sin embargo, al advertir cómo crecía

el antisemitismo, tanto antes como durante la primera guerra mundial, se identificó

gradualmente con la comunidad judía, y, más tarde, se hizo abierto partidario del

sionismo. Una vez más la impopularidad no le impidió hablar de sus ideas. Sus

teorías fueron atacadas; se fundó incluso una organización anti-Einstein. Un hombre

fue condenado por incitar a otros a asesinar a Einstein (y multado sólo con seis

dólares). Pero Einstein era flemático: cuando se publicó un libro titulado 100 autores

en contra de Einstein, él replicó, «¡Si yo estuviese equivocado, uno solo habría sido

suficiente!».

En 1933, Hitler llegó al poder. Einstein estaba en América, y declaró que no

regresaría a Alemania. Luego, mientras la milicia nazi invadía su casa y confiscaba

su cuenta bancaria, un periódico de Berlín desplegó en titulares, «Buenas noticias de

Einstein: no vuelve». Ante la amenaza nazi, Einstein renunció al pacifismo, y,

finalmente, temiendo que los científicos alemanes construyesen una bomba nuclear,

propuso que los Estados Unidos fabricasen la suya. Pero, incluso antes de que

estallara la primera bomba atómica advertía públicamente sobre los peligros de la

guerra nuclear y proponía el control internacional de las armas atómicas.

Durante toda su vida, los esfuerzos de Einstein por la paz probablemente no lograron

nada duradero, y, ciertamente, le hicieron ganar pocos amigos. Su elocuente apoyo

Historia del Tiempo: Del Big Bang a los Agujeros Negros Stephen Hawking

167

a la causa sionista, sin embargo, fue debidamente reconocido en 1952, cuando le

fue ofrecida la presidencia de Israel. Él rehusó, diciendo que creía que era

demasiado ingenuo para la política. Pero tal vez su verdadera razón era diferente:

utilizando de nuevo sus palabras, «las ecuaciones son más importantes para mí,

porque la política es para el presente, pero una ecuación es algo para la eternidad».

Historia del Tiempo: Del Big Bang a los Agujeros Negros Stephen Hawking

168

GALILEO GALILEI

Tal vez más que ninguna otra persona, Galileo fue el responsable del nacimiento de

la ciencia moderna. Su célebre conflicto con la Iglesia católica afectaba al núcleo de

su pensamiento filosófico, ya que Galileo fue uno de los primeros en sostener que el

hombre podía llegar a comprender cómo funciona el mundo, y, además, que podría

hacerlo observando el mundo real.

Galileo había creído en la teoría copernicana (que los planetas giraban alrededor del

Sol) desde muy pronto, pero sólo cuando encontró la evidencia necesaria para

sostener la idea, comenzó a apoyarla públicamente. Escribió sobre la teoría de

Copérnico en italiano (no en el latín académico usual), y rápidamente sus puntos de

vista fueron respaldados ampliamente fuera de las universidades. Esto molestó a

los profesores aristotélicos, que se unieron contra él intentando convencer a la Iglesia

católica de que prohibiese el copernicanismo.

Galileo, preocupado por ello, viajó a Roma para hablar con las autoridades

eclesiásticas. Arguyó que la Biblia no estaba pensada para decirnos nada sobre las

teorías científicas, y que era normal suponer que cuando la Biblia entraba en conflicto

con el sentido común estaba siendo alegórico. Pero la Iglesia estaba temerosa de

un escándalo que pudiese debilitar su lucha contra el protestantismo, y, por tanto,

tomó medidas represivas. En 1616, declaró al copernicanismo «falso y erróneo», y

ordenó a Galileo no «defender o sostener» la doctrina nunca más. Galileo se

sometió. En 1623, un antiguo amigo de Galileo fue hecho Papa. Inmediatamente,

Galileo trató de que el decreto de 1616 fuese revocado. Fracasó, pero consiguió

obtener permiso para escribir un libro discutiendo las teorías aristotélica y

copernicana, aunque con dos condiciones: que no tomaría partido por ninguna de

ellas y que llegaría a la conclusión de que el hombre no podría determinar en ningún

caso cómo funciona el mundo, ya que Dios podría producir los mismos efectos por

caminos inimaginados por el hombre, el cual no podía poner restricciones a la

omnipotencia divina.

El libro, Diálogo sobre los dos máximos sistemas del mundo, fue terminado y

publicado en 1632, con el respaldo absoluto de los censores, y fue inmediatamente

recibido en toda Europa como una obra maestra, literaria y filosófica. Pronto el

Papa, dándose cuenta de que la gente estaba viendo el libro como un convincente

argumento en favor del copernicanismo, se arrepintió de haber permitido su

publicación. El Papa argumentó que, aunque el libro tenía la bendición oficial de los

censores, Galileo había contravenido el decreto de 1616. Llevó a Galileo ante la

Inquisición, que lo sentenció a prisión domiciliaria de por vida y le ordenó que

renunciase públicamente al copernicanismo. Por segunda vez, Galileo se sometió.

Historia del Tiempo: Del Big Bang a los Agujeros Negros Stephen Hawking

169

Galileo siguió siendo un católico fiel, pero su creencia en la independencia de la

ciencia no había sido destruida. Cuatro años antes de su muerte, en 1642, mientras

estaba aún preso en su casa, el manuscrito de su segundo libro importante fue

pasado de contrabando a un editor en Holanda. Este trabajo, conocido como Dos

nuevas ciencias, más incluso que su apoyo a Copérnico, fue lo que iba a constituir la

génesis de la física

Historia del Tiempo: Del Big Bang a los Agujeros Negros Stephen Hawking

170

ISAAC NEWTON

Isaac Newton no era un hombre afable. Sus relaciones con otros académicos fueron

escandalosas, pasando la mayor parte de sus últimos tiempos enredado en

acaloradas disputas. Después de la publicación de los Principia Mathematica

(seguramente el libro más influyente jamás escrito en el campo de la física), Newton

había ascendido rápidamente en importancia pública. Fue nombrado presidente de

la Royal Society, y se convirtió en el primer científico de todos los tiempos que fue

armado caballero.

Newton entró pronto en pugna con el astrónomo real, John Flamsteed, quien antes le

había proporcionado muchos de los datos necesarios para los Principia, pero que

ahora estaba ocultando información que Newton quería. Newton no aceptaría un no

por respuesta; él mismo se había nombrado para la junta directiva del Observatorio

Real, y trató entonces de forzar la publicación inmediata de los datos. Finalmente, se

las arregló para que el trabajo de Flamsteed cayese en las manos de su enemigo

mortal, Edmond Halley, y fuese preparado para su publicación. Pero Flamsteed llevó

el caso a los tribunales y, en el último momento, consiguió una orden judicial

impidiendo la distribución del trabajo robado. Newton se encolerizó, y buscó su

venganza eliminando sistemáticamente todas las referencias a Flamsteed en

posteriores ediciones de los Principia.

Mantuvo una disputa más seria con el filósofo alemán Gottfried Leibniz. Ambos,

Leibniz y Newton, habían desarrollado independientemente el uno del otro una rama

de las matemáticas llamada cálculo, que está en la base de la mayor parte de la

física moderna. Aunque sabemos ahora que Newton descubrió el cálculo años antes

que Leibniz, publicó su trabajo mucho después. Sobrevino un gran escándalo sobre

quién había sido el primero, con científicos que defendían vigorosamente a cada uno

de los contendientes. Hay que señalar, no obstante, que la mayoría de los artículos

que aparecieron en defensa de Newton estaban escritos originalmente por su propia

mano, ¡y publicados bajo el nombre de amigos! Cuando el escándalo creció, Leibniz

cometió el error de recurrir a la Royal Society para resolver la disputa. Newton, como

presidente, nombró un comité «imparcial» para que investigase, ¡casualmente

compuesto en su totalidad por amigos suyos! Pero eso no fue todo: Newton escribió

entonces él mismo los informes del comité e hizo que la Royal Society los publicara,

acusando oficialmente a Leibniz de plagio. No satisfecho todavía, escribió además

un análisis anónimo del informe en la propia revista de la Royal Society. Después de

la muerte de Leibniz, se cuenta que Newton declaró que había sentido gran

satisfacción «rompiendo el corazón de Leibniz».

Historia del Tiempo: Del Big Bang a los Agujeros Negros Stephen Hawking

171

En la época de estas dos disputas, Newton había abandonado ya Cambridge y la

vida universitaria. Había participado activamente en la política anticatólico en dicha

ciudad, y posteriormente en el Parlamento, y fue recompensado finalmente con el

lucrativo puesto de director de la Real Casa de la Moneda. Allí pudo desplegar su

carácter taimado y corrosivo de una manera socialmente más aceptable, dirigiendo

con éxito una importante campaña contra la falsificación de moneda que llevó incluso

a varios hombres a la horca.

Historia del Tiempo: Del Big Bang a los Agujeros Negros Stephen Hawking

172

GLOSARIO

aceleración: Ritmo al que cambia la velocidad de un objeto.

acelerador de partículas: Máquina que, empleando electroimanes, puede acelerar

partículas cargadas en movimiento, dándoles más energía.

agujero negro: Región del espacio-tiempo de la cual. nada, ni siquiera la luz, puede

escapar, debido a la enorme intensidad de la gravedad (capítulo 6).

agujero negro primitivo: Agujero negro creado en el universo primitivo.

antipartícula: Cada tipo de partícula material tiene una antipartícula

correspondiente. Cuando una partícula choca con su antipartícula se aniquilan

ambas, quedando sólo energía.

átomo: Unidad básica de la materia ordinaria, compuesta de un núcleo diminuto

(consistente en protones y neutrones) rodeado por electrones que giran alrededor de

él.

big hang: La singularidad en el principio del universo.

big crunch: La singularidad en el final del universo.

campo: Algo que existe a través de todo el tiempo y el espacio, en oposición a una

partícula que existe en un solo punto en un instante.

campo magnético: El responsable de las fuerzas magnéticas, actualmente incluido,

junto con el campo eléctrico, dentro del campo electromagnético.

carga eléctrica: Propiedad de una partícula por la cual puede repeler (o atraer) a

otras partículas que tengan una carga del mismo (u opuesto) signo.

cero absoluto: La temperatura más baja posible, en la cual una sustancia no

contiene ninguna energía calorífica.

condición de que no haya frontera: Tesis de que el universo es finito, pero no

tiene ninguna frontera (en el tiempo imaginario).

cono de luz: Superficie en el espacio-tiempo que marca las posibles direcciones

para los rayos de luz que pasan por un suceso dado.

Historia del Tiempo: Del Big Bang a los Agujeros Negros Stephen Hawking

173

conservación de la energía: Ley de la ciencia que afirma que la energía (o su

equivalente en masa) no puede ser creada ni destruida.

constante cosmológica: Recurso matemático empleado por Einstein para dar al

espacio-tiempo una tendencia inherente a expandirse.

coordenadas: Números que especifican la posición de un punto en el espacio y en

el tiempo.

cosmología: Estudio del universo como un todo.

cuanto: Unidad indivisible, en la que las ondas pueden ser emitidas o absorbidas.

desplazamiento hacia el rojo: Enrojecimiento de la luz de una estrella que se está

alejando de nosotros, debido al efecto Doppler.

dimensión espacial: Cualquiera de las tres dimensiones del espacio-tiempo que

son espaciales -es decir, cualquiera excepto la dimensión temporal.

dualidad onda / partícula: En mecánica cuántica, concepto de que no hay

distinción entre ondas y partículas; las partículas pueden a veces comportarse como

ondas, y las ondas como partículas.

electrón: Partícula con carga eléctrica negativa que gira alrededor del núcleo de un

átomo.

enana blanca: Estrella fría estable, mantenida por la repulsión debida al principio

de exclusión entre electrones.

energía de la gran unificación: La energía por encima de la cual se cree que la

fuerza electromagnética, la fuerza débil y la interacción fuerte se hacen

indistinguibles unas de otras.

energía de unificación electrodébil: La energía (alrededor de 100 GeV) por

encima de la cual la distinción entre la fuerza electromagnética y la fuerza débil

desaparece.

espacio-tiempo: El espacio de cuatro dimensiones, cuyos puntos son los sucesos.

Historia del Tiempo: Del Big Bang a los Agujeros Negros Stephen Hawking

174

espectro: Separación de, por ejemplo, una onda electromagnética en sus

frecuencias componentes.

espín: Propiedad interna de las partículas elementales, relacionada con, pero no

idéntica a, el concepto ordinario de giro.

estado estacionario: El que no cambia con el tiempo: una esfera girando a un

átomo constante está estacionaria porque tiene una apariencia idéntica en cualquier

instante, aunque no esté estática.

estrella de neutrones: Una estrella fría, mantenida por la repulsión debida al

principio de exclusión entre neutrones.

fase: En una onda, posición en su ciclo en un instante especificado: una medida de

si está en una cresta, en un valle, o en algún punto entre ellos.

fotón: Un cuanto de luz.

frecuencia: Para una onda, número de ciclos completos por segundo.

fuerza nuclear débil: La segunda más débil de las cuatro fuerzas fundamentales,

con un alcance muy corto. Afecta a todas las partículas materiales, pero no a las

partículas portadoras de fuerzas.

fuerza electromagnética: La que se produce entre partículas con carga eléctrica, la

segunda más fuerte de las cuatro fuerzas fundamentales.

fusión nuclear: Proceso en el que dos núcleos chocan y se funden para formar un

único núcleo, más pesado.

geodésico: El camino más corto (o más largo) entre dos puntos.

horizonte de sucesos: Frontera de un agujero negro.

interacción nuclear fuerte: La más fuerte de las cuatro fuerzas fundamentales y la

que tiene el alcance menor de todas. Mantiene juntos a los quárks dentro de los

protones y los neutrones, y une los protones y los neutrones para formar los núcleos

de los átomos.

límite de Chandrasekhar: Máxima masa posible de una estrella fría estable, por

encima de la cual tiene que colapsar a un agujero negro.

Historia del Tiempo: Del Big Bang a los Agujeros Negros Stephen Hawking

175

longitud de onda: En una onda, distancia entre dos valles o dos crestas

adyacentes.

masa: Cantidad de materia de un cuerpo; su inercia, o resistencia a la aceleración.

mecánica cuántica: Teoría desarrollada a partir del principio cuántico de Planck y

del principio de incertidumbre de Heisenberg (capítulo 4).

neutrino: Partícula material elemental extremadamente ligera (posiblemente sin

masa), que se ve afectada solamente por la fuerza débil y la gravedad.

neutrón: Partícula sin carga, muy similar al protón, que representa

aproximadamente la mitad de las partículas en el núcleo de la mayoría de los

átomos.

núcleo: Parte central del átomo, que consta sólo de protones y neutrones,

mantenidos juntos por la interacción fuerte.

partícula elemental: La que se cree que no puede ser subdividida.

partícula virtual: En mecánica cuántica, partícula que no puede ser nunca

detectada directamente, pero cuya existencia sí tiene efectos medibles.

peso: La fuerza ejercida sobre un cuerpo por un campo gravitatorio. Es

proporcional, pero no igual, a su masa.

positrón: La antipartícula (cargada positivamente) del electrón.

principio antrópico: Vemos el universo de la forma que es porque, si fuese

diferente, no estaríamos aquí para observarlo.

principio cuántico de Planck: La idea de que la luz (o cualquier otra onda clásica)

puede ser emitida o absorbida solamente en cuantos discretos, cuya energía es

proporcional a la frecuencia.

principio de exclusión: Dos partículas de espín 1/2 idénticas no pueden tener

(dentro de los límites establecidos por el principio de incertidumbre) la misma

posición y la misma velocidad.

Historia del Tiempo: Del Big Bang a los Agujeros Negros Stephen Hawking

176

principio de incertidumbre: Nunca se puede estar totalmente seguro acerca de la

posición y la velocidad de una partícula; cuanto con más exactitud se conozca una de

ellas, con menos precisión puede conocerse la otra.

proporcional: «X es proporcional a Y» significa que cuando Y se multiplica por

cualquier número, lo mismo le ocurre a X. «X es inversamente proporcional a Y»

significa que cuando Y se multiplica por cualquier número, X se divide por ese

número.

protón: Cada una de las partículas cargadas positivamente que constituyen

aproximadamente la mitad de las partículas en el núcleo de la mayoría de los

átomos.

quark: Partícula elemental (cargada) que siente la interacción fuerte. Protones y

neutrones están compuestos cada uno por tres quarks.

radar: Sistema que emplea pulsos de ondas de radio para detectar la posición de

objetos, midiendo el tiempo que un único pulso tarda en alcanzar el objeto y ser

reflejado.

radiación de fondo de microondas: La procedente del brillo del universo primitivo

caliente, en la actualidad tan fuertemente desplazada hacia el rojo que no aparece

como luz, sino como microondas (ondas de radio con una longitud de onda de unos

pocos centimetros).

radiactividad: Descomposición espontánea de un tipo de núcleo atómico en otro.

rayo gamma: Ondas electromagnéticas de longitud de onda muy corta, producidas

en la desintegración radioactiva o por colisiones de partículas elementales.

relatividad especial: Teoría de Einstein basada en la idea de que las leyes de la

ciencia deben ser las mismas para todos los observadores que se mueven

libremente, no importa cual sea su velocidad.

relatividad general: Teoría de Einstein basada en la idea de que las leyes de la

ciencia deben ser las mismas para todos los observadores, no importa cómo se

estén moviendo. Explica la fuerza de la gravedad en términos de la curvatura de un

espacio-tiempo de cuatro dimensiones.

segundo-luz (año-luz): Distancia recorrida por la luz en un segundo (o en un año).

Historia del Tiempo: Del Big Bang a los Agujeros Negros Stephen Hawking

177

singularidad: Un punto en el espacio-tiempo en el cual la curvatura del espaciotiempo

se hace infinita.

singularidad desnuda: Singularidad del espacio-tiempo no rodeada por un agujero

negro.

suceso: Un punto en el espacio-tiempo, especificado por su tiempo y su lugar.

teorema de la singularidad: El que demuestra que tiene que existir una

singularidad en determinadas circunstancias; en particular, que el universo tuvo que

haber comenzado con una singularidad.

teorías de gran unificación (TGU): Las que unifican las fuerzas electromagnéticas,

fuerte y débil.

tiempo imaginario: Tiempo medido utilizando números imaginarios.

4

4 Nota sobre esta versión digital: Se digitalizó de la primera versión en español, excepto el prólogo escrito

por Stephen Hawking, traducido de la versión remozada en inglés, y el capítulo 10 (agujeros de gusano y

viajes en el tiempo), el cual fue digitalizado de la versión remozada en español. La introducción original

escrita por Carl Sagan se mantuvo, así como los agradecimientos, ambos de la primera versión. Los

agradecimientos de la versión posterior no se incluyeron. Las imágenes corresponden a la versión en

inglés

Producido por las newsgroups: chile.ciencia.misc & chile.rec.literatura

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