La visita del profesor Stephen Hawking causó un gran revuelo en la ciudad de Granada. El día más importante de su estancia fue el martes 24 de abril de 1999. Tras una rueda de prensa a los periodistas en el Instituto de Astrofísica de Andalucía, el brillante físico teórico impartió un seminario de Cosmología pura y dura para los miembros de dicha institución. Sin embargo, el momento más deseado por todos era la conferencia que daría por la tarde al público en general. Dicha conferencia, organizada por los miembros del Instituto de Astrofísica de Andalucía, se realizó en un auditorio que dispone la Caja Rural de Granada, que cedió gustosamente la instalación para el evento. Sin embargo, dicho recinto sólo podía albergar a unas 500 personas, por lo que mucha gente (estudiantes de secundaria, de universidad, profesores y gente interesada en escuchar a Hawking) se quedaron fuera desgraciadamente.
Dado que existía un aforo limitado, los miembros del IAA otorgaron asientos reservados a las personas que normalmente asistían a las conferencias de divulgación que periódicamente se llevan a cabo en el Instituto. Asimismo, se entregaron también entradas a miembros destacados de la comunidad científica, a profesores de la universidad, y a algunos miembros de la Sociedad Astronómica Granadina. Como se preveía tal inmensa cantidad de personas, se habilitó una pantalla gigantesca para que se pudiera seguir la conferencia a las afueras del recinto. Además, el Parque de las Ciencias también colaboró colocando otras pantallas gigantes en el interior de su edificio principal. Ambos recintos tuvieron un lleno absoluto de personas que, boquiabiertas, seguían la voz del sintetizador de Hawking, transportándolos hacia delante y hacia atrás en el tiempo, haciéndoles reflexionar sobre el maravilloso Universo que nos rodea y que, poco a poco, vamos descubriendo.
1.- Conferencia de Stephen Hawking en la Caja Rural
La Ciencia en el Futuro
La conferencia fue presentada por D. Rafael Rodrigo, director de Instituto de Astrofísica de Andalucía, quien agradeció a la Caja Rural de Granada y al resto de instituciones colaboradoras en el evento su participación. Las conferencias de divulgación organizadas en el Instituto de Astrofísica de Andalucía no son algo reciente, sino fruto de una iniciativa de los astrofísicos del centro que, desde hace más de cinco años, vienen realizándolas una vez al mes. Sus principales organizadores son Antxón Alberdi y Emilio Alfaro. Por estas conferencias han pasado ya prácticamente todos los astrofísicos del I.A.A. (José L. Ortiz, José Vílchez, Luis Miranda, Alberto Castro, Víctor Aldaya,... e incluso los propios organizadores), profesores de Astrofísica de la Facultad de Ciencias de Granada (Eduardo Battaner, Carlos Abia, Inmaculada Domínguez) y astrofísicos de otros centros (David Martínez de I.A.C., Teodoro Roca de Calar Alto ...).
D. Rafael Rodrigo dejó la presentación personal de Stephen Hawking al doctor Víctor Aldaya, quien no se quiso extender demasiado, y sólo resaltó los aspectos más destacados de su peculiar carrera científica: el descubrimiento teórico, junto con Roger Penrose, de una singularidad en el principio de los tiempos (posteriormente denominada "Big Bang") y sus estudios de agujeros negros mediante gravedad cuántica. A continuación, dejó la palabra al profesor Stephen Hawking.
Para comenzar su conferencia, mostró una imagen de uno de los nuevos episodios de "Star Trek", en la que aparece él mismo jugando a las cartas con Newton, Einstein y uno de los protagonistas. Con este toque irónico (que mantuvo a lo largo de toda su conferencia) quiso llamar la atención sobre la visión que siempre se ha tenido del futuro, desde las novelas de H.G. Wells a la saga de "La Guerra de las Galaxias" o la serie "Star Trek". El punto común de todas ellas es el hecho de encontrarnos ante una sociedad estacionaria, esto es, una sociedad en la que los problemas sociales están en muchos casos solventados, y la ciencia es un cuerpo totalmente cerrado, del que sólo se pueden extraer innovaciones tecnológicas. Pero desde que el hombre apareció sobre la faz de la Tierra, no se ha tenido dicha sociedad estática, sino una sociedad en continuo avance y revolución, aunque en ocasiones ocurrieran retrocesos culturales como en la Edad Media.
Actualmente, la población de la Tierra sigue un crecimiento exponencial del 1.9%. Esto significa que la población se duplica en 40 años escasos. Podríamos poner como medidas del desarrollo científico el consumo de electricidad o el número de artículos científicos publicados. Ambos también se duplican en 40 años. Sin embargo, no se han alcanzado las visiones utópicas que se tenían sobre el año 2001 al principio o a mitad del siglo pasado. Por ejemplo, en la película "2001: Una Odisea en el Espacio", el hombre ya poseía colonias en la Luna y viajaba a Júpiter. No ocurrirá esto en los próximos años, sea quien sea el que gobierne.
Pero el crecimiento exponencial no puede continuar de esta forma. En caso contrario, para el 2600 todos los seres humanos estaríamos apiñados hombro con hombro en la superficie terrestre, la que brillaría con luz propia por motivo de la electricidad consumida. Esta visión del futuro, nada halagüeña, no parece muy real. ¿Qué sucederá entonces?.
Una posibilidad que podemos plantear es la completa destrucción de nuestra civilización como consecuencia de una guerra nuclear. Podría ser lo que en realidad les sucede a las jóvenes civilizaciones que surgen en cualquier planeta, y por eso aún no hemos topado con alienígenas. Si los gobiernos del planeta están acallando que realmente estamos en contacto con otros seres extraterrestres, desde luego lo están haciendo mucho mejor que en el resto de las cosas. Volverá al tema de los extraterrestres más adelante.
En realidad, nos guste o no, se tiene ahora mismo un peligro real de autodestrucción global. Podemos usar las primeras escenas de la película "Terminator" para visualizar lo que nos podría ocurrir. Se volvería a un estado de barbarie. Sin embargo, él es optimista, y no cree que ocurra un Armageddon en el futuro.
Si consideramos los pensamientos de un erudito del año 1000, casi con total seguridad no hubiera previsto la enorme explosión tecnológica y científica que ha sucedido en los últimos doscientos años, y sobre todo en el último siglo. De esta forma, nos indica Hawking que no podemos extrapolar los avances actuales para intentar predecir el futuro. Probablemente, sucederá lo inesperado.
Desde que Galileo Galilei, hace ya más de 400 años, comenzara el método científico, nuestros conocimientos de las leyes básicas del Universo han crecido de forma espectacular. Galileo fue una de las primeras personas que puso en duda las ideas de Aristóteles, quien defendía que se debía usar la razón pura para conocer el Universo. Con Galileo nació la experimentación científica, esto es, la observación, que ahora es completamente necesaria para la realización de teorías científicas. Sin embargo, en Física Teórica, cada vez es necesaria una mayor abstracción matemática, que se refleja en ecuaciones más y más complicadas. La observación tiene un límite. No podemos observar el inicio del Universo, por lo que sólo podremos entenderlo mediante estas abstracciones matemáticas que surgen en el desarrollo de las teorías físicas.
Para finales del siglo XIX, se tenía una visión casi cerrada de la Física gracias a la teoría de la Gravedad de Newton y a la teoría del Electromagnetismo de Faraday y Maxwell. Constituía el bloque de la Mecánica Clásica, en donde las variaciones en las variables físicas (posición, velocidad, energía) eran continuas y bien definidas. Todo tenía "sentido común". Pero no nos confundamos, puesto que fue el sentido común lo que le sugirió a Aristóteles que, como los planetas estaban en los cielos, y éstos eran perfectos, el movimiento que debían realizar debía ser el más perfecto posible. Y la órbita más perfecta es una circunferencia, considerándose así hasta que Kepler demostró que realmente el movimiento planetario es elíptico.
De igual forma, a principios del siglo XX existían algunos aspectos como la radiación de cuerpo negro o los espectros atómicos que no se satisfacían mediante las leyes clásicas. Así, Planck introdujo el concepto de "cuanto": la naturaleza está cuantizada, no es lisa como mantiene la Mecánica Clásica, sino rugosa. Es el inicio de la Mecánica Cuántica. Hawking espera que los hijos de nuestros hijos la vean con sentido común. Según la Mecánica Cuántica, todas las cosas son posibles, existiendo una probabilidad para cada caso. Por ejemplo, en el periódico "Ideal" de Granada podría aparecer el titular siguiente "Granada win 'la Liga' ", pero es algo altamente improbable...
Sin embargo, estas probabilidades tan bajas en el mundo macroscópico se traducen en probabilidades más o menos altas en el mundo microscópico. En este sentido, el físico teórico (y músico de jazz) Richard Feynman introdujo en la teoría conceptos muy útiles a la hora de entender la naturaleza a muy pequeña escala. Por ejemplo, aunque clásicamente una partícula vaya del punto A al punto B, en Mecánica Cuántica esto no tiene por qué suceder: todos los caminos son posibles, incluidas las posibilidades en las que la partícula viaja más rápido que la luz o hacia atrás en el tiempo. Precisamente, es la suma de todos estos caminos lo que tiene interés físico. De esta forma, se postuló que el espacio vacío en realidad está lleno de partículas que se mueven en lazos cerrados. Estas partículas reciben el nombre de "virtuales" porque no se pueden medir directamente, aunque sus efectos indirectos sí se conocen, y han sido ya medidos en múltiples ocasiones. Por ejemplo, en lo que se conoce como "Efecto Casimir", algo que se tiene en cuenta a la hora de hacer los cálculos teóricos y que se ha encontrado en todos los sucesos que ocurren en los aceleradores de partículas.
Pero existe un problema bastante importante. Como el espacio y tiempo tienen infinitos puntos, existen infinitos lazos cerrados de partículas virtuales, lo que provoca que las ecuaciones físicas diverjan: el espacio-tiempo tendría una energía infinita. Obviamente, esto no puede ser. Es el mayor problema que se encuentra al intentar unir la teoría de la Mecánica Cuántica con la Teoría General de la Relatividad de Einstein. Ésta es la otra gran teoría fisicomatemática del siglo XX, en la que el espacio y tiempo se encuentran entrelazados y fuertemente unidos. Si en realidad existiesen estos infinitos lazos cerrados de partículas virtuales, tendrían infinita energía, y reducirían el Universo a un único punto.
Es en este ámbito donde surge el concepto de "supersimetría". En el año 1971, los físicos teóricos postularon que debían existir, además de las cuatro dimensiones ya conocidas, otras adicionales. Para el estudio de estas dimensiones es necesario el uso de las "variables de Grassmann", que cumplen la propiedad siguiente:
x · y = - y · x
De esta forma, se sugirió que cada partícula debía tener su compañera "supersimétrica", cumpliéndose entre ambas la relación anterior. La contribución en la energía de estas partículas supersimétricas también es infinita, pero de signo contrario a la contribución de las partículas "normales", de tal modo que, al hacer la suma de energías, los infinitos se anulan, y el resultado es un número finito. Como ejemplo aclaratorio de este razonamiento, el profesor Hawking propuso un cálculo práctico. Si consideramos los ingresos que obtiene el gobierno norteamericano a partir de los impuestos, la suma debe ser enorme. Pero también los gastos que tiene este gobierno son exageradamente grandes. Sin embargo, la resta de los gastos a los impuestos proporciona un número finito, que es la cantidad de dinero que se pierde en los políticos...
Precisamente, los estudios teóricos actuales buscan con ahínco una forma en la que estos infinitos se anulen completamente. Sólo en este caso se tendrá una visión unificada de la Teoría de la Relatividad General de Einstein con la Mecánica Cuántica. ¿Cuáles son las perspectivas en el futuro?. Según el profesor Hawking son muy buenas, pero él es muy optimista. En 1980 dijo que lo íbamos a conseguir antes de fin de siglo pero ahora, veintiún años después y aunque se hayan realizado grandes avances, estamos igual de lejos de conseguirlo.
¿Qué limite real tenemos en la medida del microcosmos?. Con las leyes clásicas, se obtenían unas medidas límite de 0.01 mm. La Física Atómica alcanzó unos valores en torno a los 0.000 001 mm (o escrito en forma exponencial, 10-6 mm). Los valores actuales mínimos obtenidos con Física Nuclear y de Partículas Elementales son de 10-12 mm (0.000 000 000 001 mm). La teoría impone un límite aún más pequeño, que se conoce como la longitud de Planck. Dicha longitud es la siguiente:
0.000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 001 636 mm
esto es, simplificando con la notación exponencial, 10-36 mm. Para poder obtener medidas de esta precisión, necesitaríamos construir aceleradores mayores que el propio Sistema Solar. Si pensamos que en los Estados Unidos se canceló a mitad del programa la construcción del acelerador de partículas gigante SCC, construir un acelerador mayor que el propio Sistema Solar es más difícil. De todas formas, confía que en el futuro los gobiernos de cualquier país del planeta tengan una mejor disposición con la Ciencia.
Afortunadamente, existe una forma más sencilla y modesta de obtener estas medidas: usando la supersimetría. Hawking confía que el acelerador de partículas del CERN en Ginebra confirme definitivamente en los próximos años la teoría de la supersimetría. No obstante, el límite teórico de la longitud de Planck sigue estando ahí: no podemos mirar por debajo de este valor. Sin embargo, sí podemos estudiar el Big Bang, tanto teóricamente como a través de las consecuencias observacionales que se extraigan del estudio de la radiación cósmica del fondo de microondas. Hawking sigue siendo optimista, y cree al 50% que en los próximos 20 años la teoría física sí podrá alcanzar el ansiado estado estacionario del que hablaba al comenzar su conferencia.
De todas formas, pese a que se consolidara el cuerpo físico y matemático de esta elegante teoría unificatoria, los avances tecnológicos que se puedan extraer de ella seguirían surgiendo continuamente. Sabemos que algunas leyes deben cumplirse seguro. Por ejemplo, los cuerpos macroscópicos no podrán moverse más rápido que la luz ni viajar atrás en el tiempo. Por lo tanto, muchas de las imágenes que vemos en películas y series de ciencia ficción, como la teletransportación de personas en Star Trek, no serán posibles, así como los viajes rápidos a otras estrellas. Lo importante a considerar a partir de este punto es la complejidad, que aumenta continuamente.
Hace 4 000 millones de años, surgieron en los primitivos océanos de una Tierra recién formada unas macromoléculas que eran capaces de copiarse a sí mismas. El cómo nacieron, no lo sabemos. 500 millones de años después, apareció una molécula enorme y altamente complicada: el ADN. El descubrimiento de esta molécula en 1953 por Crick y Watson, científicos en el Laboratorio Cavendish, ha sido el más importante de toda la biología. El ADN es una doble espiral en forma de doble hélice, conectada entre sí mediante ácidos nucleicos (o bases). Sólo existen cuatro bases en la molécula de ADN: adenina (A), citosina (C), guanina (G) y timina (T), que Hawking no pudo pronunciar porque su sintetizador de voz no está preparado para la biología. La evolución de la vida, y la explosión de las distintas especies vivas que fueron poblando el planeta desde entonces son consecuencia directa de los cambios accidentales (o mutaciones) que ocurren en el ADN. Normalmente, una mutación es perjudicial para el individuo, que acabará muriendo pronto. Pero en ocasiones la mutación mejora la especie, la hace sobrevivir y prosperar mejor que las especies anteriores, y la evolución de la vida continúa. La complejidad de la molécula de ADN aumenta. Esta complejidad es proporcional al número de ácidos nucleicos que contiene.
Hace unos 8 000 ó 6 000 años apareció el lenguaje escrito. La información podía ahora transmitirse mucho más rápido que como lo hace la evolución biológica. Aumenta enormemente la complejidad, llegado al punto en el que en la actualidad se publican en el mundo más de 200 000 libros al año. Una novela rosa posee tanta información como la parte de ADN que nos diferencia a los seres humanos de los monos. Esta transmisión de datos a través de medios externos nos ha hecho dominar el planeta y conseguir la explosión demográfica que existe hoy día. Ahora, toda esta información va a poder usarse para alterar el ADN humano. No importa que, por razones religiosas o éticas, muchas personas intenten impedirlo, porque se hará tarde o temprano, nos guste o no. El desarrollo de humanos mejorados provocará diferencias raciales con los humanos no mejorados. Debemos estar preparados para ello.
Otro aspecto muy importante a tener en cuenta es el desarrollo de la Inteligencia Artificial. En la actualidad, los ordenadores no son más inteligentes que una lombriz de tierra, y no hemos visto a ninguna lombriz dando clases magistrales de física teórica. Sin embargo, cada 18 meses se duplica la velocidad y la complejidad de los computadores. La complejidad biológica debe superar a la tecnológica. ¿Cómo será posible?.
La inteligencia humana depende directamente del tamaño del cerebro, que a su vez depende de la "cantidad de cabeza" que es capaz de pasar por el conducto natal. Si se consiguen desarrollar embriones y fetos fuera del cuerpo materno, podemos eliminar este problema, y crear seres humanos más inteligentes y que piensen más rápido. No obstante, no se podrán "construir" seres humanos con ambas características, puesto que la transmisión de datos necesita de compuestos químicos para llevarse a cabo, y éstos actúan lentamente si el tamaño del cerebro es muy grande.
En el caso de los ordenadores, el límite se encuentra en la física de la materia. La velocidad máxima viene impuesta por la velocidad de la luz, y el tamaño por la constitución atómica de la propia materia. Lo que se está intentando en realidad es copiar la red neuronal del cerebro humano y adaptarla a las necesidades de los computadores.
De esta forma, y para terminar, Hawking cree que en el milenio que acabamos de inaugurar nos extenderemos por los planetas del Sistema Solar y viajaremos a las estrellas más cercanas, en donde incluso podremos establecer colonias. Puede que en este viaje por la Galaxia nos encontraremos con civilizaciones mucho más avanzadas que la nuestra, o mucho más primitivas, pero no con nuestro mismo nivel. Si existen dichas civilizaciones ultraavanzadas, ¿por qué no vienen a visitarnos a la Tierra?. Puede que tengan un código ético que les impide tomar contacto con civilizaciones en plena formación, como es el caso de la nuestra. Aunque también podía ser que en realidad la probabilidad de vida inteligente sea muy baja. Las bacterias nos sobrevivirían a una guerra nuclear. Es posible que las civilizaciones jóvenes terminen autodestruyéndose. Pero él sigue siendo optimista y no cree que esto suceda con nuestra especie. Lo que es seguro es que en la sociedad del futuro no se tendrán múltiples tipos de razas humanoides, como sugiere Star Trek; ni existirá una sociedad y una ciencia estática, sino que tendremos algo completamente dinámico, como sugiere en su aparición en un episodio de la serie de dibujos animados "los Simpsons" ...
2.- Seminario de Stephen Hawking en el IAA
La presentación de Stephen Hawking. fue realizada por el Dtor.Víctor Aldaya, astrofísico en el I.A.A (Instituto de Astrofísica de Andalucía) e investigador teórico en el complicado tema de la gravedad cuántica, que ha colaborado con él en varias ocasiones. Resaltó los estudios de Hawking junto con Roger Penrose sobre la singularidad del Big Bang, y la búsqueda de una teoría en Gravedad Cuántica sobre los agujeros negros, introduciendo la radiación que lleva su nombre (Radiación de Hawking). Asimismo, Aldaya resaltó la investigación que el profesor Hawking está llevando a cabo en el terreno de las teorías supersimétricas.
El seminario del Dtor. Hawking tuvo un alto nivel matemático, algo absolutamente necesario para el desarrollo de una Teoría Cuántica de Campos. Para comenzar, repasó las ecuaciones de campo de la Relatividad General de Einstein. Según esta teoría físico matemática, el espacio y el tiempo se encuentran unidos, creándose un artificio matemático denominado métrica, responsable de la forma y curvatura del continuo espacio-tiempo. Estas métricas dependen de muchos factores, siendo uno de los más importantes la masa de las partículas o cuerpos que se introducen en la teoría. Para poder explicar el movimiento y evolución temporal de dichas partículas, se introducen las acciones, que en realidad son unas integrales matemáticas que ya han surgido en Teoría Cuántica de Campos para explicar cómo se mueven las partículas elementales bajo las interacciones electromagnéticas (la eléctrica y la magnética), fuertes (la responsable de la cohesión de los nucleones en los átomos) o débiles (la causante de la radiactividad).
Para explicar cuánticamente la creación del Universo recurre a una métrica con puntos estacionarios, esto es, que posean unas propiedades especiales en el tiempo y el espacio. Esta métrica recibe el nombre de "de Sitter". En ella, se considera un universo plano envuelto en una esfera cuatridimensional (el espacio y el tiempo). Esta esfera sirve para imponer unas condiciones de borde que se utilizarán para la resolución de las ecuaciones de Einstein.
Como ejemplo sencillo de acción, y sólo como muestra de lo complicadas que pueden llegar a ser las ecuaciones consideradas, se indica a continuación la definición (no completa) de la acción combinada, en la que se tienen en cuenta todas las interacciones conocidas, incluyendo un término de masas para la acción gravitatoria. El segundo sumando es, en realidad, un conjunto de varias integrales, que el profesor Hawking necesitó explicar en varias transparencias.
Posteriormente, continuó el desarrollo matemático con la búsqueda de la función a dos puntos. Esta función es necesaria para ver cómo evolucionan las propiedades existentes entre dos puntos cualquiera al avanzar el tiempo. Si estas propiedades cambian considerablemente, se crean perturbaciones en la métrica de "de Sitter". Son precisamente las perturbaciones lo que van a dar lugar al Universo: si la sopa primigenia de partículas originada en el Big Bang hubiese sido homogénea, no se hubiesen podido crear las macroestructuras que derivarían en supercúmulos de galaxias. Por lo tanto, es necesaria la resolución de las cinco ecuaciones de Einstein que surgen al imponer las condiciones de límite de la esfera en cuatro dimensiones para obtener teóricamente la buscada función a dos puntos.
Por simplicidad, de los cálculos (que llegados a este punto son aún mas complicados), Hawking sólo considerará la parte más sencilla de la acción combinada (la que se comporta como un escalar, esto es, como un número, no como un vector o un tensor), que ajusta a la función a dos puntos. Pero lo que realmente interesa es una adaptación de esta función a dos puntos que se pueda comparar con las fluctuaciones observadas en el fondo de microondas de la radiación cósmica de fondo. Con ello, se puede definir un límite observacional para la validez de la teoría física sobre el nacimiento y posterior evolución del Universo que está construyendo. Este límite es función de un parámetro N, que a su vez depende de si se considera en la acción un término con masa efectiva o no, pero que en ambos casos es elevado.
Por último, el profesor Hawking destaca las tres características básicas que debe incorporar un modelo final en Cosmología. En primer lugar, el modelo debe satisfacer la aproximación de N grande para que sea observacionalmente compatible (la teoría sea capaz de explicar las observaciones astronómicas). Por otro lado, el estado de "de Sitter" debe tener una inflación continua. Esto quiere decir que en la creación del Universo, éste se expandió de golpe sólo una vez en una única inflación (ver modelos cosmológicos para la creación del Universo). Para finalizar, debe incorporar "ghosts", esto es, fantasmas, algo que se nos escapa por el momento, pero que los físicos teóricos encontrarán tarde o temprano.
Necesitamos una Teoría Unificada para entender el origen del Universo.
Por el momento no la tenemos, pero la estamos buscando ...
Respuesta de Stephen Hawking
a una pregunta formulada por los astrofísicos del I.A.A.