EL ORIGEN DEL ESPACIO Y DEL TIEMPO

 

Antes de entrar propiamente en el tema del origen del espacio y del tiempo, para una mejor comprensión del mismo, considero adecuado que consideremos otras dos cuestiones: la naturaleza ondulatoria de la materia y la expansión del Universo:

 

LA NATURALEZA ONDULATORIA DE LA MATERIA.- Se trata de una larga historia. Yo diría que empieza con Newton, alrededor del año 1700. Newton, aparte de su insigne aportación sobre el comportamiento de la gravedad, fue también un investigador del fenómeno luminoso, y llegó a la conclusión de que la luz se transmite a base de partículas o corpúsculos. Examinó meticulosamente sus propiedades, especialmente: propagación en línea recta, reflexión y refracción, y consideró que indicaban una naturaleza inequívocamente corpuscular. En su misma época, el holandés Huygens opinaba de una forma muy distinta. Huygens, que era un sabio sobre el tema ondulatorio que había vivido desde su infancia, al tener ocasión de contemplar las ondas en  los canales de La Haya, entendía que la luz era de naturaleza ondulatoria. Aunque prevaleció la opinión de Newton, ya vemos que desde el principio la controversia estaba servida. 

Unos cien años después, en 1801, el inglés Thomas Young dejó bien sentado que la luz se retransmitía en forma de ondas. Fue a través del experimento de la doble rendija, hacía pasar la luz a través de dos rendijas y la proyectaba sobre una pantalla, lo que se observaba es la típica interferencia de ondas, privativa de las ondas. Desde entonces, por la claridad y resolución de este sencillo experimento,  la comunidad de los científicos no tuvo dudas sobre la naturaleza ondulatoria de la luz. Adelantado ya el siglo XIX, Maxwell sentó uno de los hitos de la Física al establecer la existencia del espectro electromagnético, del que la luz formaba parte, corroborando todavía más esta naturaleza ondulatoria del fenómeno luminoso.

Al iniciarse el siglo XX, Max Plank volvió a reabrir el tema. Observó que la energía radiante, si bien depende de la frecuencia vibratoria, se emite en forma de paquetes enteros de energía. Lo cual, estos paquetes enteros, ya volvía a reintroducir el comportamiento propio de los corpúsculos. Y precisamente Einstein, al estudiar el fenómeno fotoeléctrico, llamó cuantos a estos paquetes de energía y llamó fotones a los cuantos de luz, y dejó bien patente esta forma de actuar propia de los corpúsculos o partículas, vio que los fotones actuaban claramente como partículas.

Pero, precisamente con Plank y Einstein comenzaba la Física Cuántica, la gran revolución conceptual que iba a sacudir el mundo del pensamiento, sentando unas nuevas bases que todavía hoy apuntan a dimensiones ignotas y misteriosas, y sin embargo, muchas cosas adquirían una nueva luz, entre ellas la discusión onda – partícula. De Broglie, con su famosa ecuación de onda, dejó sentado que todas las partículas manifestaban un efecto vibratorio. Y todavía el físico austriaco Schrödinger marcó nuevas cotas con una fórmula matemática más sofisticada, la ecuación de onda de Schrödinger, que ha devenido la base de la concepción cuántica, y que define a las partículas como campos vibratorios.

La ecuación de onda de Schrödinger representa algo así como el núcleo de la teoría cuántica. La partícula es en esencia un paquete de ondas estacionarias. Es una realidad virtual que tiene probabilidades de manifestarse como partícula. En contacto con otra realidad virtual adecuada sucede lo que se llama salto cuántico, que no es otra cosa que la expresión de este paquete de ondas indefinido en una partícula definida.

O sea que Demócrito, el precursor del concepto de átomo, no estaba en lo cierto cuando entendía que el átomo indivisible era la esencia última de la materia. Quien sí que estaba en lo cierto era Leibniz cuando decía que la substancia perceptible procede de la imperceptible. 

 

LA EXPANSIÓN DEL UNIVERSO.- Parece increíble pero es verdad, el Universo se expande a velocidades cercanas a la luz. Claro que cuando uno va entendiendo la dinámica de la materia, se apercibe de que no puede ser de otra forma. ¿De dónde sacaría la materia su energía?, esa famosa e = mc2, si no fuera por esta fuerza expansora. Pero veamos cómo los científicos fueron descubriendo este movimiento sorprendente del Universo.

Hacia 1842, un profesor de Matemáticas de Praga, Johann Christian Doppler, descubrió que las ondas acústicas con el movimiento se deforman, aumentan su frecuencia a medida que se acercan y la disminuyen a medida que se alejan. Este efecto Doppler para el sonido ha tenido inmensas aplicaciones, desde servir para calcular la velocidad de un coche hasta permitir explorar la circulación sanguínea de venas o arterias. Pronto se observó además que el efecto Doppler ocurre también con las ondas luminosas. Y, precisamente, el efecto Doppler de las ondas luminosas es lo que permite detectar el desplazamiento de las estrellas y galaxias.      

Ya en 1868 Sir William Huggins observó el efecto Doppler en las estrellas a través del corrimiento hacia el rojo o el azul en su espectro luminoso. Pero fueron sobretodo Sipher, del observatorio Lowell, a principios del siglo XX (entre 1910 y 1920) y, de una forma especialmente clara, Edwin Hubble, del observatorio Monte Wilson, en 1929, que sentaron que el corrimiento hacia el rojo, que se observaba de forma general en las galaxias lejanas, corresponde al alejamiento de las mismas. Hubble incluso calculó la velocidad de alejamiento de las galaxias que aumenta en proporción con la distancia. Es lo que se llama constante de Hubble. Se calcula que es alrededor de 65 Kms/seg por cada megaparsec (1 megaparsec = 3,2 millones de años luz). Conociendo esta constante de Hubble y sabiendo que el Universo se expande a la velocidad de la luz, por una simple regla de tres, se pude calcular la edad del Universo, que da unos 15 mil millones de años.

 

ORIGEN DEL ESPACIO – TIEMPO.- Hace, pues, unos 15 mil millones de años tuvo lugar una gran explosión, el big –bang, de la que nosotros observamos las consecuencias, nuestra existencia y el estado actual del Universo somos la consecuencia. Pero recordemos que fue una explosión de ondas, no de partículas, sólo así encaja todo. Se manifestó también en forma de partículas pero en esencia todo eran y son ondas. ¿Cómo sucedió esta gran explosión?. Se trata de un hecho singular y nadie tiene la última palabra de lo que sucedió allí. No obstante quiero puntualizar dos supuestos respecto a este tiempo cero del Universo.

El primer supuesto para el tiempo cero es la existencia previa de un campo de energía que se desestabilizó. Un campo de energía que rompió un equilibrio previo, dando lugar a la enorme liberación de energía que fue el big – bang o gran explosión. Sobre este respecto creo que existe bastante consenso entre los científicos.

El segundo supuesto es una hipótesis personal. Creo que debió producirse un choque entre campos ondulatorios que dio lugar a un singular fenómeno de intersección. Este fenómeno de intersección de ondas, que pudo suceder en el momento cero o mucho antes, explicaría muchas cosas y resulta para mí una pieza clave. Explica nada menos que las características del paquete de ondas estacionarias que tiene potencial virtual para manifestarse como partícula. De esta intersección de ondas surgiría el paquete de ondas que conocemos capaz de dar el salto cuántico, con su peculiar efecto rotatorio o de torsión que es lo que le imprime su fuerza.

Esta intersección de ondas explicaría estas características peculiares de las partículas, su espín rotatorio y su fuerza (electromagnética, nuclear fuerte o nuclear débil), a mi entender claramente ligada a este espín o efecto rotatorio. Unas ondas que, interseccionadas, se convierten en un complejo de ondas estacionarias con unas cualidades específicas. Pero esto no es todo porque, todavía, lo que explica mejor es la gravedad. Da una visión especialmente lúcida de lo que es la gravedad.

La gravedad la debemos entender como la consecuencia del efecto frenado que esta intersección de ondas ejerce sobre la expansión general del Universo. El Universo se expande y esta intersección de ondas ejerce un efecto de freno. Y entonces tenemos que este efecto frenado equivale a: gravedad, inercia, materia, partícula, supercuerda, curvatura del espacio... Todos son fenómenos equivalentes a esta intersección de ondas y su correspondiente efecto frenado. Son facetas de una misma cosa. La gravedad, la inercia de los objetos, la supercuerda vibratoria o la curvatura del espacio se entienden especialmente bien. La propia ley de la  inercia, ¿porqué en este Universo en expansión si no es por el efecto frenado?. Aunque estemos acostumbrados a verlas, las cosas no suceden porque sí. Y se entiende la esencia de las partícula subatómicas o la materia que no es otro que este efecto de freno sobre la expansión del Universo que, implacable, sigue su camino a la velocidad de la luz. Una expansión del Universo que en definitiva es el que da la energía a todo. Nosotros nos fundiríamos como la luz de una bombilla si este Universo dejara de expandirse. ¡Afortunadamente parece que este peligro no existe!.

O sea que todas las fuerzas de la naturaleza: electromagnética, nuclear débil, nuclear fuerte y gravitatoria tienen una explicación conceptual a través de la intersección de ondas y el correspondiente efecto de torsión y de frenado. A muy pequeña distancia el efecto de torsión da la característica fuerza electromagnética o las fuerzas nucleares, débiles o fuertes. A mayor distancia el efecto de torsión se nota solamente en la deformación espacial y correspondiente efecto de freno o gravitatorio.

 

LA CUARTA DIMENSIÓN.- En el contexto de la teoría de la Relatividad, Einstein y su antiguo profesor Hermann Minkowski entendieron en seguida que el tiempo era la cuarta dimensión de la realidad. No bastaban las tres dimensiones espaciales para delimitar la realidad, hacía falta añadir la posición en el espacio. Las tres dimensiones espaciales no existían de forma autóctona sino ocupando una posición en el espacio.

La posición en el espacio es algo que varía constantemente. Imaginemos los movimientos de la tierra de rotación y alrededor del sol, los movimientos propios del sol, los movimientos de la galaxia... a un objeto había que asignarle una posición. A esta posición, que coincidía con el tiempo, se le llamó tiempo. Pretender asignarle a un objeto estrictamente la posición correspondiente hubiera sido imposible, pero en cambio se podía sustituir esta posición por el tiempo en el que sucedía esta posición. Y así ya tenemos la flecha del tiempo, que podríamos decir que fue disparada hace 15 mil millones de años y que nosotros estamos montados en ella.

Los físicos son muy proclives a las Matemáticas, todo lo traducen en fórmulas matemáticas y representaciones geométricas, y de esta concepción del tiempo surgió la representación espacio temporal en forma de coordenadas cartesianas. El tiempo pasó a representarse en las ordenadas (líneas verticales) y el espacio –la trayectoria a través del espacio local -  en las abscisas (líneas horizontales). Una partícula se representa como una flecha ascendente que determina el espacio y el tiempo que le corresponden, el desplazamiento por el espacio tridimensional que observamos y por el tiempo. Si esta flecha fuera descendente significaría que va hacia atrás en el tiempo. Por ejemplo, las antipartículas se pueden representar como flechas descendentes, es decir que viajan hacia el pasado, y así cuando se encuentran con sus correspondientes partículas, que van en sentido ascendente (hacia el futuro), se anulan. Aunque este viajar hacia el pasado, que aquí aparece como muy sencillo, no tenemos por qué aceptarlo como real, las Matemáticas pueden mostrarnos posibilidades reales y también irreales.

Nos cabe, pues, entender que esta representación espacio – temporal atiende a dos coordenadas: la del desplazamiento por el espacio tridimensional que observamos, y la del desplazamiento por el espacio universal que no observamos pero que presentimos como tiempo. Si pudiéramos contemplar el desplegamiento del espacio universal, sería algo así como contemplar el tiempo. Sería, desde luego, el reloj más fidedigno, porque sería la forma de ver como se despliega el tiempo. ¡Quizá en su día y como espíritus del más allá podamos contemplar el esectáculo!.

 

LA RELATIVIDAD DEL ESPCIO Y DEL TIEMPO.- En el núcleo central de la Relatividad encontramos, lo que ha sido una de las grandes revoluciones científicas, el descubrimiento de la variabilidad de las medidas espaciales y del tiempo, dependiendo del movimiento del marco de referencia. Con el movimiento las medidas se acortan y el tiempo se hace más lento. Existen unas magníficas fórmulas matemáticas que, a través del factor de corrección relativista o transformación de Lorentz, cuantifican estas variaciones de las medidas espaciales y del tiempo debidas al movimiento. Pero es que, conceptualmente, sin necesidad de las fórmulas matemáticas, también lo podemos entender. Y quizá todavía lo podemos entender mejor sin apoyarnos en las fórmulas matemáticas. Veamos. 

Con el movimiento las medidas se acortan. ¿Por qué?. Si la materia fuera así de sólida como parece, si no supiéramos que la esencia de la materia es ondulatoria, el hecho de que las medidas se acorten con el movimiento pudiera sorprendernos pero, conociendo esta naturaleza vibratoria, nos ha de parecer muy natural y lógico. Muy natural y lógico es, en efecto, que el movimiento deforme las ondas, sucede con las ondas acústicas y sucede con las ondas luminosas, recordemos el efecto Doppler. Creo que el acortamiento de las medidas no es otra cosa más que una variante del efecto Doppler sobre los paquetes de ondas estacionarias, sobre la realidad cuántica que se comporta como partícula, o sobre esta esencia vibratoria de la materia, dígase como se quiera que todo es lo mismo.

Con el movimiento el tiempo se lentifica. Tampoco es difícil comprender el porqué. El movimiento aumenta la energía de los cuerpos y aumenta la masa de los mismos, lo dicen las fórmulas matemáticas que tienen en cuenta el factor de corrección relativista de Lorentz, adoptado por Einstein, y se comprende fácilmente porque el movimiento ya es en si energía. Este aumento de energía aumenta la masa y aumenta la gravitación. Y no resulta nada difícil de comprender que un aumento de la gravitación haga los movimientos más “pesados” y, en consecuencia, atrase los relojes, los haga funcionar más lentamente. Y, por supuesto, este aumento de gravitación no sólo afecta los relojes sino a todas la reacciones: físicas, químicas y biológicas, haciéndolas funcionar más lentamente. Así que no debería extrañarnos, en el consabido ejemplo de los gemelos, que el gemelo que regresara del viaje espacial fuera mucho más joven que el que permanece en tierra. Claro que, por ahora, es difícil que veamos el experimento ¡porque, para un efecto notable, debería viajar a unas velocidades superiores a sus posibilidades no sólo técnicas sino también de supervivencia!.

 

EL ESPACIO Y EL TIEMPO PSICOLÓGICOS.- Tanto al espacio como al tiempo podemos considerarlos desde su faceta de percepción psicológica. Son conceptos abstractos que nosotros percibimos psicológicamente.

Nosotros percibimos al espacio como un concepto abstracto tridimensional. Nosotros no percibimos al espacio de tres dimensiones ligado al tiempo, y creo que hacemos bien porque, si bien es cierto y correcto considerar al tiempo como una dimensión del espacio, ¿es que la realidad material no tiene además otras dimensiones con igual derecho?. Por ejemplo, la realidad vibratoria de cada objeto la considero igual de inseparable del aspecto tridimensional que el tiempo, y creo que con igual categoría de dimensión. Pero, como digo, nosotros percibimos al espacio como una realidad abstracta con tres dimensiones. Yo veo en esta concepción un arquetipo importante. O sea, entiendo que nosotros, al pensar en un espacio concreto, superponemos el concepto de espacio abstracto extraído del reino de los arquetipos. El concepto de espacio tridimensional me parece algo más que un mero supuesto aprendido culturalmente. Es algo muy universal y uniforme, al que veo las características de una arquetipo importante. 

En cuanto al tiempo, hemos de distinguir entre: la flecha del tiempo que señala el desenvolvimiento del Universo en expansión, el tiempo de los relojes y la percepción del tiempo. ¿Cómo percibimos nosotros al tiempo?. Veamos.

Nuestra percepción del tiempo entiendo también que conecta con el reino de los arquetipos. Todos sabemos lo que es el tiempo pero ¿lo sabemos explicar o describir?. Creo que el tiempo es una realidad arquetípica, es un concepto abstracto que extraemos del reino de los arquetipos. El arquetipo tiempo no tiene una realidad intrínseca pero es el reflejo de una realidad concreta. La realidad concreta es la sucesión de acontecimientos, a nivel local y a nivel general, la sucesión de acontecimientos que detectan los relojes y la sucesión de acontecimientos generales del despliegue del Universo. Al arquetipo tiempo nosotros lo percibimos de una forma abstracta y hasta podemos decir que simbólica, y nos resulta imprescindible para representar a la realidad concreta de la sucesión de acontecimientos.

Se suele decir que el tiempo comienza con el big –bang. Cierto, nuestro espacio – tiempo comenzó con el big – bang. Pero ¿es que antes no existía el tiempo?. Creo que el reino de los arquetipos existía mucho antes del big – bang. No dejemos de considerar, por ejemplo, que cuando comenzó nuestro Universo, las leyes de la Física funcionaban ya como ahora, lo cual entiendo que indica un antes inmensamente lejano. Un antes donde  cabe pensar que ocurrirían muchos sucesos y que el concepto de la sucesión de acontecimientos ya estaba representado perfectamente. Por lo tanto, cuando decimos que el tiempo comienza con el big – bang, a todo caso debemos entender que se refiere al tiempo de nuestro Universo.

 Por Ramon Marquès
Conferencia pronunciada el 2-II-02. ante la Asociación Liceu  Joan Maragall de Filosofía, en el Ateneu de Barcelona.   

 

Volver