El uno de octubre será demasiado tarde

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Fred Hoyle fue uno de los grandes científicos del siglo XX, así como uno de los más controvertidos, por las excéntricas teorías que defendía. Su descubrimiento científico más importante tuvo que ver con la nucleosíntesis de elementos en las estrellas, más pesados que el hidrógeno y el helio, que son los más sencillos y ligeros que existen. En particular, a partir de su teoría sobre la formación de los átomos de carbono, Hoyle dedujo una primera versión del ajuste fino, que le llevó del ateísmo a una postura vagamente teísta, como se ve en este párrafo de su artículo The universe: past and present reflections (Engineering & Science, 1981):

Es inevitable llegar a la siguiente conclusión: "Algún intelecto súper-calculador tiene que haber diseñado las propiedades del átomo de carbono, de lo contrario, la probabilidad de que yo descubra precisamente ese átomo como resultado de la acción de las fuerzas ciegas de la naturaleza sería minúscula… Una interpretación de los hechos basada en el sentido común sugiere que un súper-intelecto ha jugado con la física, junto con la química y la biología, y que en la naturaleza no vale la pena hablar de fuerzas ciegas. Los números que uno calcula a partir de los hechos me parecen tan abrumadores como para que esta conclusión esté casi fuera de toda duda."

El fin del universo

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¿Seguirá el cosmos dilatándose indefinidamente o se detendrá la expansión algún día? ¿Qué fuerza sería capaz de conseguirlo? Es evidente que la única que podría hacerlo es la gravedad. La expansión del universo, que provoca la fuga de las galaxias, va en contra de la atracción gravitatoria, que trata de mantener todos los cuerpos unidos entre sí.

Si se mira la ecuación cósmica de la relatividad general de Einstein, la cuestión de si la gravedad conseguirá detener la expansión del universo depende de los valores relativos y de los signos de los tres términos de la ecuación. Según cuáles sean, pueden ocurrir tres cosas:

¿Se anticipó Dante a Einstein?

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En un artículo reciente se afirma que la Divina Comedia de Dante Alighieri presenta una cosmología que se parece mucho a la que Einstein expresó por medio de su teoría general de la Relatividad. ¿Qué hay de cierto en ello?

En otro artículo de este blog resumí la historia de la cosmología desde la versión griega geocéntrica, formalizada por Ptolomeo, hasta la versión moderna de Copérnico, Kepler y Newton. Es evidente que Dante, que escribió la Divina Comedia a principios del siglo XIV, no conocía la cosmología moderna, pero sí el sistema Ptolemaico, que adoptó íntegramente, aunque con un importante añadido.

La relación entre el sistema de Dante y el de Einstein fue señalada en un artículo publicado en la revista Scientific American en agosto de 1976, escrito por J.J. Callahan y titulado La curvatura del espacio en un universo finito. Este artículo compara el universo de Newton (finito, no homogéneo, Euclídeo y con un centro), el de Leibnitz (infinito, homogéneo, Euclídeo y sin centro) y el de Einstein (finito, homogéneo, no Euclídeo y sin centro). Al adaptarse a la geometría plana de Euclides, los dos primeros pueden representarse mediante modelos gráficos como los de la figura adjunta.

Ateísmo, teísmo y ciencia

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En la actualidad, la población mundial se reparte entre dos sistemas contrapuestos e irreconciliables: el ateísmo y el teísmo. Son irreconciliables, porque parten de axiomas fundamentales opuestos (Dios no existe y Dios existe). El reparto de la población viene a ser este:

• Alrededor de un 10% de ateos convencidos, dispuestos a defender sus ideas.
• Entre un 10 y un 20% de teístas convencidos, que intentan vivir de acuerdo con sus creencias.
• Un 10% de agnósticos, que en teoría no aceptan ninguno de los dos axiomas, aunque en la práctica tienden a acercarse a uno de los dos polos contrapuestos.
• Entre un 60 y un 70% de indiferentes, bien porque no les importa el debate; o porque viven como si Dios no existiera, sin plantearse si existe; o porque tienen creencias, pero no dejan que estas afecten su modo de vivir.

4 aclaraciones sobre la historia del universo

James Peebles

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Ciertas declaraciones de James Peebles, reciente Premio Nobel de física, han despertado mucha polémica, a pesar de que lo que ha dicho no es nuevo, pues los físicos teóricos llevan mucho tiempo afirmando precisamente lo mismo.

La teoría del Big Bang la propuso en 1931 Georges Lemaître, prolongando hacia el pasado de la ley de Hubble-Lemaître. En 1948, Ralph Alpher y Robert Herman predijeron que, si la teoría del Big Bang es correcta, debe existir una radiación cósmica de fondo con una temperatura próxima a 5 Kelvin. En 1965 Arno Penzias y Robert Wilson descubrieron la existencia de dicha radiación cósmica, cuya temperatura resultó ser de 2,72548 Kelvin. La temperatura es exactamente igual en todas direcciones, salvo por dos efectos que provocan pequeñas diferencias, que en ningún caso modifican más allá de la tercera cifra decimal.

Manipulación mediática: los Premios Nobel y la religión

James Peebles

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El Premio Nobel de Física de 2019 ha sido asignado a la cosmología, y dividido entre tres científicos: James Peebles, canadiense, que recibe la mitad del premio por sus trabajos teóricos; y Michel Mayor y Didier Queloz, que se han repartido la otra mitad por haber descubierto el primer planeta ajeno al sistema solar que gira alrededor de una estrella de la secuencia principal.

La teoría del Big Bang la propuso en 1931 George Lemaître, como consecuencia de la prolongación hacia el pasado de la ley de Hubble-Lemaître. En 1948, Ralph Alpher y Robert Herman predijeron que, si la teoría del Big Bang es correcta, debe existir una radiación cósmica de fondo con una temperatura próxima a 5 Kelvin. En 1965 Arno Penzias y Robert Wilson descubrieron la existencia de dicha radiación cósmica, cuya temperatura resultó ser próxima a 3 Kelvin. Ese mismo año, Robert Dicke, James Peebles y otros colaboradores razonaron que la radiación descubierta por Penzias y Wilson es precisamente la firma del Big Bang que habían predicho Alpher y Herman. Durante los años 70, Peebles fue uno de los principales cosmólogos teóricos que estudiaron el campo de la formación de las grandes estructuras cósmicas (galaxias y grupos de galaxias). Por estos trabajos se le ha concedido ahora el Premio Nobel.

Censura algorítmica y diversidad en la investigación científica

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Manuel Cebrián

Manuel Cebrián, que empezó trabajando en USA en el MIT, y después de un largo periplo que le llevó a la costa oeste de los Estados Unidos y a Australia volvió al MIT y ahora está en Berlín, se hizo famoso gracias a haber ganado dos importantes competiciones organizadas por el gobierno de los Estados Unidos, relacionadas con el uso de las redes sociales para resolver problemas más o menos complejos:

• DARPA Network Challenge (2009), que ofrecía 40.000 dólares de recompensa al primer equipo que consiguiera descubrir, en menos de 8 horas, dónde se habían colocado quince globos rojos, distribuidos por distintas localidades de los Estados Unidos por personal del Pentágono, utilizando para ello una red social de creación propia, organizada durante el mes anterior al día de la competición. A pesar de que recibieron numerosas noticias de avistamientos falsos (fake news) el equipo de Cebrián consiguió ganar la competición, en la que participaron más de 9000 equipos.
• DoS Tag Challenge (2012), que ofreció 5000 dólares de recompensa al equipo que consiguiera localizar a cinco actores, identificados por su fotografía, que representaban a cinco criminales sospechosos que permanecerían visibles durante 12 horas en cinco ciudades europeas y estadounidenses: Nueva York, Washington, Londres, Bratislava y Estocolmo. Aunque sólo consiguieron localizar a tres de los cinco sospechosos, el equipo de Cebrián ganó de nuevo la competición, a pesar de la competencia poco ética de alguno de los otros equipos participantes, que llegó a copiar su web para engañar a posibles informantes, haciéndoles enviar la información a la web de un grupo diferente.

La ciencia y las civilizaciones

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En mi libro Evolución biológica y evolución cultural en la historia de la vida y del hombre, al que hice referencia en un artículo anterior en este blog, analizo la historia cultural de 23 civilizaciones para comparar su evolución. En el caso particular de la ciencia, escribí esto:

...las civilizaciones de primera generación (Mesopotamia, Egipto y las americanas) alcanzaron su máximo desarrollo científico en las matemáticas y la astronomía. Egipto y Mesoamérica sumaron a esas ciencias la medicina. Una civilización de segunda generación (la greco-latina) y una de tercera (el Islam) practicaron también las ciencias de la naturaleza. En cuanto a Occidente, constituye un caso único y sin precedentes, pues su desarrollo científico ha sido abrumador.

...la astronomía [fue] la primera ciencia que se cultivó... Paralelamente [emergieron] las matemáticas... Pronto se comprobó que [ambas] ciencias estaban relacionadas, pues las matemáticas prestaban apoyo a la astronomía, permitiendo a sus practicantes realizar cálculos y predicciones complejos.

Las religiones paganas... entraron en el campo de la predicción del futuro, utilizando para ello animales sacrificados, [lo que] llevó a una acumulación de conocimientos anatómicos que no tardó en aplicarse al hombre, y que mezclado con conocimientos antiquísimos sobre las propiedades de las plantas medicinales, dio lugar a la formación de un corpus de doctrinas médicas.

Por el contrario, el desarrollo de las ciencias físicas, químicas y biológicas tenía menos urgencia... por lo que sólo fue abordado por las [civilizaciones] que habían alcanzado un nivel suficiente como para liberar de las necesidades de supervivencia gran parte del tiempo de trabajo humano... Esto ocurrió por primera vez en Grecia, cuna de la filosofía y de la mayor parte de las ciencias modernas.

Hilos temáticos en Divulciencia

En este momento, y sin contar este, el blog Divulciencia contiene 225 artículos. Hace cosa de un mes uno de mis lectores, José Manuel Ramos Gascón, me señaló un problema que voy a parafrasear con las siguientes palabras:

Este blog tiene ya muchos artículos que han sido publicados sin seguir ninguna línea argumental, por lo que forman una ristra cronológica y es difícil orientarse entre ellos. Por ello te sugiero que establezcas un sistema de categorías base que permita clasificar las entradas y seguirlas de forma más ordenada de lo que ahora es posible.

Me pareció una idea excelente. Naturalmente, establecer esos hilos temáticos que permitan seguir los artículos asociados con un tema desde el principio hasta el final supone bastante trabajo, pues es preciso modificar todos y cada uno de los artículos previamente publicados en el blog, añadiendo al final del artículo información sobre el hilo al que pertenece, con enlaces a los artículos anterior y siguiente dentro del mismo hilo. Por eso voy a hacerlo progresivamente, a medida que encuentre tiempo para ello.

De momento, tengo ya preparados once hilos temáticos. Si no se dice lo contrario, el orden de un hilo es el cronológico de la publicación de los artículos incluidos en él. El enlace asociado al título conduce al primer artículo del hilo. Dichos hilos son los siguientes:

Qué es una teoría científica

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Karl Popper

Aunque esté de moda decir que las teorías de Karl Popper sobre la evolución de la ciencia están pasadas de moda, su definición de lo que es una teoría científica es inapelable:

Una teoría es científica si y sólo si es posible diseñar un experimento que demuestre que esa teoría es falsa.

Un caso paradigmático es la Interpretación de Copenhague de la Mecánica Cuántica. En 1935, Einstein, Podolsky y Rosen diseñaron un experimento que podría echar abajo dicha teoría. Unos meses más tarde, Niels Bohr publicó otro artículo en la misma revista, en el que respondía al artículo anterior. Casi 30 años después, como expliqué en otro artículo de este blog, el experimento EPR, que hasta entonces había sido mental, pudo llevarse a cabo y confirmó las predicciones de Bohr, en lugar de las de Einstein. Como esta teoría fue capaz de resistir un intento de demostrar su falsedad, debe ser considerada como una teoría científica.

Eso sí, este éxito de la teoría no implica que automáticamente deba considerase correcta o verdadera. Las teorías científicas (siempre según Popper) nunca llegan a serlo. Esta ha resistido con éxito un intento de echarla abajo, pero el próximo podría conseguirlo.

Qué pasó en realidad en la historia de la cosmología

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Para completar el artículo de la semana pasada, voy a hacer aquí un resumen de la historia de la Cosmología, desde los griegos hasta el cambio de paradigma que tuvo lugar en los siglos XVI y XVII.

Elementos básicos de la astronomía de Ptolomeo, con un planeta en un epiciclo (círculo de puntos pequeño), un deferente (círculo de puntos grande), el excéntrico (X) y el ecuante (punto negro).

• La cosmología griega (con la excepción de Aristarco de Samos) puso a la Tierra en el centro del universo. Platón y, sobre todo, Aristóteles establecieron la idea de que, como el cielo es perfecto, las órbitas de los planetas tenían que ser exactamente circulares, pues para ellos la circunferencia es la curva más perfecta de todas.
• El modelo griego explicaba bien los movimientos del sol y la luna, y por tanto permitía predecir los eclipses, pero tuvo un problema con los movimientos retrógrados de los planetas entonces conocidos (Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno). Tres siglos antes de Cristo, Apolonio de Pérgamo propuso que las órbitas de esos planetas son epiciclos, circunferencias centradas en otra circunferencia (el deferente), que a su vez gira alrededor de un punto situado cerca de la Tierra, pero fuera de su centro (el excéntrico).

¿Era incorrecta la física en la cosmología de Ptolomeo?

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Eclipse solar de 1919

Un artículo reciente de la revista Science News tiene este título: Los eclipses demuestran que una física equivocada puede dar resultados correctos. Afirma que la física de Ptolomeo era incorrecta, porque suponía que la Tierra estaba en el centro del universo, y a pesar de ello constata que la ciencia griega era capaz de predecir las fechas de los eclipses.

Según el artículo, la física de Ptolomeo era menos correcta que la de Copérnico, que catorce siglos después cambió la situación al proponer que no era la Tierra, sino el Sol, el que se encuentra en el centro del universo.

El artículo de Science News hace un análisis completamente equivocado. La física de Ptolomeo era exactamente la misma que la de Copérnico. Copérnico no propuso ningún cambio en las teorías físicas que habían regido en la astronomía clásica desde Hiparco (siglo II a.e.C.). Lo que hizo Copérnico fue proponer que, con un cambio en el sistema de coordenadas, y aplicando la misma física, los cálculos son más fáciles de realizar y se obtienen –lógicamente– los mismos resultados.

El Timeo de Platón, base filosófica del modelo cosmológico medieval

Platón, según Rafael Sanzio

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Entre los diálogos de Platón, el Timeo ha atraído siempre la atención de los estudiosos, pues representa la primera descripción en la filosofía griega de un modelo cosmológico coherente, que alcanzó gran resonancia al pasar a formar parte del modelo medieval a través de su traducción –parcial- al latín por el misterioso filósofo romano Calcidio.

De Calcidio se sabe muy poco. Aunque vivió en el siglo IV, no conocemos su fecha de nacimiento ni de fallecimiento, ni el lugar donde vivió. Se ignora si era cristiano o pagano (neoplatónico). Su libro está dedicado a un tal Osio, que quizá sea el obispo de Córdoba que participó en el Concilio de Nicea, pero no es seguro.

Se suele afirmar que la filosofía medieval en Europa Occidental se basó al principio en Platón, y a partir del siglo XII en Aristóteles. La explicación que se da es que en el ámbito del Imperio Romano de Occidente se había perdido el dominio del griego, por lo que ya no se podía leer a los clásicos en su lengua original, y no existían traducciones al latín, pues los romanos ilustrados de la época imperial conocían perfectamente el griego y no necesitaban traducciones. Lo que no se suele mencionar es que las obras de Platón también se habían vuelto inaccesibles, con la única excepción del Timeo, que en la versión parcial traducida por Calcidio conoció un auge inesperado durante la Edad Media, mucho mayor que el que tuvo la obra de Calcidio en vida de su autor.

¿Existe el universo?

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La Wikipedia define así el universo:

El universo es la totalidad del espacio y del tiempo, de todas las formas de la materia, la energía y el impulso, y las leyes y constantes físicas que las gobiernan. Sin embargo, el término también se utiliza en sentidos contextuales ligeramente diferentes y alude a conceptos como cosmos, mundo o naturaleza. Su estudio, en las mayores escalas, es el objeto de la cosmología, disciplina basada en la astronomía y la física, en la cual se describen todos los aspectos de este universo con sus fenómenos.

Antes de aplicarse al universo, la palabra griega cosmos significaba orden y belleza. Obsérvese que este sentido se mantiene en una de sus derivadas, la palabra cosmética. La palabra latina mundus tiene también los dos significados: como sustantivo, el mundo, la totalidad. Como adjetivo, limpio, aseado, elegante. Es de suponer que el primer sentido lo copió de Grecia, y para traducir cosmos adoptaron la misma palabra que representaba en latín el otro significado, del que proviene el adjetivo inmundo. Finalmente la palabra naturaleza (physis en griego) tiene más bien connotaciones fenoménicas (o sea, más que al universo se refiere a lo que ocurre en él). De esta palabra provienen física (estudio de la naturaleza) y metafísica (más allá de la física).

El error de Einstein

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Cuando Einstein formuló en 1915 la teoría de la Relatividad General, no tardó en aplicarla al universo entero, obteniendo la siguiente ecuación cosmológica:

Es curioso que esta ecuación sea idéntica a la ecuación que se obtendría a partir de la teoría de la gravitación de Newton. Tan sólo hay una diferencia entre las dos: la constante k representa, en el caso de Newton, la energía total del universo; en el caso de Einstein, su curvatura.

Cada término de esta ecuación contiene una constante universal. Aparte de k, G es la constante gravitatoria; L es la llamada constante cosmológica, cuya interpretación no está muy clara. Inicialmente Einstein pensó que podría eliminar ese término de la ecuación haciendo L=0. Así la ecuación se simplifica y es posible resolverla analíticamente. Entonces descubrió que la solución, en ese caso, era un cosmos en expansión continua. Como él creía que el universo tenía que ser estacionario, decidió asignarle a L un valor crítico L_c, para conseguir que lo fuera.

La obra científica de Stephen Hawking

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A lo largo de su vida, la labor científica de Stephen Hawking ha sido bastante productiva, aunque los medios, influidos por su triste situación personal, tienden a exagerar su importancia, poniéndole incluso al nivel de Einstein. Sus trabajos más destacados han sido los siguientes:

•  Los teoremas de la singularidad, demostrados en 1970 en colaboración con Roger Penrose, que probaron que la aplicación de las ecuaciones de la Relatividad General de Einstein al universo entero exige que haya al menos un punto singular en dicho universo (un punto en el que confluyen todas las geodésicas del universo). Como consecuencia de este teorema, en el libro The Large Scale Structure of Space-Time (1973, escrito con George Ellis), Hawking abrazó sin ambages la teoría de que el universo comenzó en un punto de densidad infinita (el Big Bang).

Una foto desde el abismo del tiempo

La radiación cósmica de fondo detectada por el telescopio espacial Planck

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A medida que los sucesivos telescopios espaciales de la NASA y de la Agencia Espacial Europea (COBE, WMAP, Planck) nos envían datos sobre la radiación cósmica de fondo, las imágenes correspondientes suelen aparecer en la primera página de los diarios de mayor difusión, usualmente acompañadas por titulares que no siempre son afortunados. Veamos unos cuantos:

Propiedades antrópicas y suprantrópicas

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En un artículo publicado previamente hablé del problema del ajuste fino, que se basa en la constatación de que muchas propiedades del universo parecen diseñadas para hacer posible nuestra existencia. Con otras palabras: esas propiedades cumplen el principio antrópico, lo que no significa otra cosa que la constatación de que el universo debe cumplir todas las condiciones necesarias para nuestra existencia, puesto que nosotros estamos aquí. Por otra parte, el principio de la mediocridad establece que las condiciones antrópicas del universo deberían ser las mínimas necesarias para hacer posible nuestra vida.

Se ha publicado recientemente un libro de Robin James Spivey titulado Aqueous solution, que sostiene que ciertas propiedades del universo son suprantrópicas (van más allá del principio antrópico), porque, no siendo necesarias para nuestra existencia, su presencia asegura nuestro futuro. Según Spivey, estas propiedades son un indicio de diseño mayor que las propiedades antrópicas, pues el principio de la mediocridad se opone a su presencia.

El problema del ajuste fino

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En dos artículos publicados previamente he hablado de la relación entre las teorías del multiverso y el problema del ajuste fino, señalando que dichas teorías no resuelven el problema. Este artículo describe brevemente en qué consiste ese problema.

Brandon Carter

En 1973, Brandon Carter formuló el principio antrópico, nombre que después ha sido deplorado por su autor, por prestarse a malos entendidos. Dicho principio no es más que la constatación de que el universo debe cumplir todas las condiciones necesarias para nuestra existencia, puesto que nosotros estamos aquí.

Algo más de una década más tarde, John Barrow y Frank Tipler publicaron un libro titulado El principio antrópico cosmológico,  en el que plantearon una versión más fuerte del principio antrópico, según la cual las constantes del universo tienen valores muy críticos, y variaciones mínimas en dichos valores harían imposible la vida. Esta constatación plantea el problema del ajuste fino, que se basa en el análisis del efecto que tendría un cambio en los valores de esas constantes. Con otras palabras: el universo parece diseñado para que sea posible la vida. Veamos algunos ejemplos: