INTRODUCCIÓN
En diciembre de 2004 me reuní con la Dra. Anabel Arrieta Ostos, el Dr. Leopoldo García-Colín Scherer y el Dr. Alfredo Sandoval Villalbazo en la sala de juntas del Departamento de Física y Matemáticas de la Universidad Iberoamericana de México. Les expuse mis dudas con respecto a algunos conceptos de la cosmología moderna, a saber, la energía oscura y la materia oscura, no-bariónica. Me dieron a entender que, efectivamente se trata de especulaciones sin fundamento en observaciones físicas, pero que no pocos astrofísicos los consideran indispensables, para que en el modelo cosmológico estándar o concordante, conocido como el modelo  , las cuentas chequen. Esta conversación me reafirmó en mi propósito de llevar a cabo mi proyecto de investigación, con el fin de buscar un modelo alternativo, más apegado a la física ortodoxa, y, además, analizar los enunciados sobre el origen y la evolución del Universo, hechos a lo largo de la historia de la cosmología antigua y moderna, desde el punto de vista de la filosofía de la ciencia, para ver cuáles son enunciados científicos refutados, cuáles enunciados científicos corroborados, cuáles metafísicos, cuáles (a)teológicos, cuáles especulaciones en la frontera de ciencia y ciencia ficción y cuáles ciencia ficción no aceptable en la ciencia.
En la primera parte del libro, se analizan las principales aportaciones a la astrofísica de los presocráticos, Copérnico y Kepler (Capítulo 1); de Galileo y Newton (Capítulo 2); de Faraday y Maxwell y otros estudiosos del electromagnetismo, y Bohr y Feynman y otros estudiosos de la física cuántica (Capítulo 3); de Einstein (Capítulo 4); y de los descubridores del Big Bang y del fine-tuning (Capítulo 5), eliminando en la marcha algunos mitos históricos que han llegado a ser aceptados en algunos círculos, sobre Copérnico, Galileo, Newton y Einstein.
Presto mucha atención a Newton y Einstein, no solamente por la obvia importancia que tienen en la cosmología moderna, sino porque la diferencia entre la gravitación newtoniana y la relativista hace la diferencia entre el modelo  y el incipiente modelo relativista que compite con éste para explicar la dinámica de galaxias, cúmulos de galaxias y de la expansión del Universo entero. Desde que Zwicky y Rubin empezaron a analizar la dinámica de galaxias y cúmulos de galaxias, muchos astrofísicos, siguiendo su ejemplo, afinaron los parámetros del modelo concordante  e introdujeron el concepto especulativo antes mencionado de la materia oscura no-bariónica, que resulta indispensable para que las cuentas chequen en el contexto de la gravitación newtoniana. Asimismo, desde que Perlmutter, Riess y Kirshner descubrieron la aparente aceleración de la expansión del Universo, se introdujo el concepto de la energía oscura, igualmente indispensable en el contexto de la gravitación newtoniana.
No es sino hasta entrando al siglo XXI, que algunos astrofísicos valientes e independientes empezaron a explorar las implicaciones de la relatividad general, para resolver los problemas de la dinámica de galaxias, de cúmulos de galaxias y de estructuras todavía más grandes, a saber, los filamentos de cúmulos y vacíos que afectan de manera diferencial el correr de los relojes en sus respectivos campos gravitacionales. Se trata de Brownstein, Buchert, Cooperstock, Kolb, Manfield, Matarrese, Moffat, Paranjape, Riotto, Sussman, Wiltshire, Zalaletdinov y Paranjape, entre otros. Estos autores han demostrado, a mi parecer de manera convincente, que si tomamos en serio la relatividad general, se pueden resolver estos problemas, sin necesidad alguna de los conceptos especulativos de la materia y energía oscuras.
¿Cómo es que tantos astrofísicos piensan que los parámetros newtonianos, y no los relativistas, son los adecuados para el estudio de la dinámica gravitacional de galaxias y cúmulos de galaxias, aunque todos reconocen el genio de Einstein? Se trata de una circunstancia aparentemente intranscendente, a saber, la opinión generalizada de que en campos gravitacionales relativamente débiles con velocidades no relativistas basta Newton y sale sobrando Einstein. Si bien es cierto que la teoría newtoniana es una buena aproximación cuando toda la masa de un sistema está concentrada en su centro de masa, como en un sistema solar, ésta deja de ser válida cuando se trata de una nube de objetos, en donde cada objeto con masa contribuye al campo. Al descartar la teoría general a favor de la teoría gravitacional newtoniana, algunos autores no prestaron atención suficiente al hecho de que las estrellas que componen las galaxias, y las galaxias que componen los cúmulos, se mueven exclusivamente por la gravedad, sin fricción. Se sabe desde el tiempo de Eddington que problemas de un sistema ‘atado gravitacionalmente’ (en inglés: gravitationally bound)son intrínsecamente no-lineales aún cuando las condiciones son tales que el campo es débil y la velocidad de los movimientos, no-relativista. Para este tipo de problemas, aún en estas condiciones, se requiere la teoría relativista.
Al desaprovechar la relatividad general, tampoco se prestó atención suficiente al hecho, conocido desde la publicación de teoría de la relatividad general por Einstein, que diferentes campos gravitacionales generan diferencias en el correr de los relojes que se mueven con estos campos (en inglés: co-moving), por ejemplo los relojes en los filamentos de cúmulos y en los vacíos del Universo, y que éstos, a su vez, marcan un tiempo diferente del reloj del observador terrestre, lo que genera un nuevo problema matemático, resuelto solamente recientemente, a saber, el de promediar diferentes ecuaciones tensoriales no-lineales, para calcular la magnitud de la backreaction. Lo increíble es que la astrofísica tardó unos 90 años, de 1917 a 2007, en aplicar la relatividad general a los problemas antes mencionados, dando preferencia a los conceptos especulativos de energía y materia oscuras, en una dinámica gravitacional Newtoniana. Al respecto comenta Wiltshire: “Como físicos teóricos, estamos demasiado inclinados para añadir todo tipo de factores a la acción gravitacional, aún cuando violan principios físicos básicos, en lugar de pensar profundamente sobre los problemas operacionales básicos del objeto de nuestro estudio. En mi punto de vista, Einstein tuvo razón en la Relatividad General”. Lo que Brownstein, Buchert, Cooperstock, Moffat, Sussman, Tieu, y Wiltshire hanpropuesto se deriva lógicamente de la relatividad general.
El modelo concordante  es un modelo consistente y bien afinado, en cambio, el nuevo modelo relativista está en vías de construcción, ni se han integrado bien en una sola teoría las diferentes aportaciones de los autores que acabo de mencionar. Sin embargo, hay indicios convincentes de que el primer modelo es erróneo y el segundo, verdadero. Se trata de una verdadera revolución científica, del tipo señalado por Kuhn, en The Structure of Scientific Revolutions, razón por la cual me he detenido, en el Capítulo 4, para analizar ambos modelos y señalar las implicaciones de la relatividad general para los problemas antes mencionados, caminando por los caminos que estos autores abrieron. Muchos cosmólogos no se dan por enterados cuando se trata de estas aportaciones relativistas. Todavía en 2009 se publicaron libros de texto sobre cosmología sin una sola referencia a estos autores. Kuhn ya señaló que, históricamente, la comunidad científica se resiste a la asimilación de nuevos parámetros, porque muchos invertieron una carrera entera en un modelo que está a punto de ser desplazado.
El problema de la competencia entre dos modelos cosmológicos no es el único al cual se presta atención en este libro. En el capítulo 5 analizo otro problema importante, a saber, el del fine-tuning. Después del Big Bang, el segundo descubrimiento más importante de la cosmología del siglo XX es, a mi parecer, el del finetuning, es decir, el aparente ajuste fino de las leyes físicas y sus constantes y de las mismas condiciones iniciales del Big Bang, de tal manera que ha permitido que emergieran en la evolución del Universo estrellas de larga duración, con fusión nuclear capaz de producir elementos pesados, como carbono y oxígeno, y con sistemas solares como el nuestro que permiten la evolución de vida compleja. En el mismo capitulo evalúo seis propuestas diferentes sobre el así llamado multiverso, que pretenden explicar este finetuning y demuestro que cuatro de estas teorías del multiverso son científicas y han sido refutadas por los hechos, y dos son ciencia ficción, porque no pueden ser contrastadas con la realidad. Así parece, que la explicación del finetuning elude explicaciones científicas. Esta afirmación nos introduce en la metafísica.
La segunda parte del libro es metafísica. Dado que, en la primera parte del libro, los enunciados y teorías sobre el origen y la evolución del Universo son analizados, desde el punto de vista de la filosofía de la ciencia de Popper, resulta necesario analizar en la segunda parte esta filosofía como tal. La filosofía de la ciencia de Popper señala muy bien la frontera (o como él dice ‘demarcación’) entre teorías científicas y no-científicas, y también entre teorías científicas corroboradas y refutadas. Pero, en el conjunto de enunciados no-científicos existen grandes diferencias entre especulación, ciencia ficción, metafísica y (a)teología. Dado que Popper aporta muy poco para distinguir estos diferentes tipos de enunciados no-científicos, complemento, en el Capítulo 6, su filosofía, para que sirva para mi análisis de la historia de la cosmología. En el mismo capítulo ofrezco argumentos de que la causalidad en el Universo es indeterminista, es decir, el azar juega un papel importante. A la vez demuestro que estos procesos causales azarosos pueden producir resultados con una probabilidad cercana a uno. Esta afirmación tiene implicaciones importantes, tanto para la evolución del Universo, como de la vida compleja en la Tierra.
En la segunda parte analizo también los problemas del origen o causa del Universo y del fine-tuning, desde el punto de vista metafísico. Con la fuerza de la lógica pura se ofrece en el capítulo 7 una corroboración de cinco enunciados metafísicos importantes, a saber, en primer lugar, que el Universo es el conjunto de eventos y objetos que no son causa de sí mismos y que el mismo Universo pertenece a este conjunto; en segundo lugar, que el Universo no es causado por sí mismo, sino por una causa externa que no pertenece al Universo; en tercer lugar, que la causa del Universo es causa de sí misma; en cuarto lugar, que el Universo y todo lo que contiene es objeto de la investigación científica, pero la causa u origen del Universo no es objeto de la investigación científica, sino que representa un problema metafísico; y en quinto lugar, que la causa del Universo es inteligente. En el mismo capítulo 7, reviso diferentes enunciados ateológicos y teológicos de unos veinte cosmólogos, relacionados con estos problemas del origen y del fine-tuning del Universo. Reviso también algunas teorías científicas relacionadas con la evolución de la vida compleja y la consciencia de sí mismo en la Tierra, el último peldaño de la evolución del Universo, analizando, entre otras cosas, el papel que juega el azar en la evolución biológica, de tal manera que ciertos resultados adquieran una probabilidad cercana a uno y señalando el error lógico que tienen en común, bien étonnés de se trouver ensemble, el creacionismo anti-evolucionista y el evolucionismo ateo.
Este libro tiene tres niveles de lectura:
- En un primer nivel, donde se narra la historia de la cosmología, el nivel es de lectura verbal. Todas personas cultas e interesadas lo pueden comprender.
- En un segundo nivel, el lector puede complementar esta lectura, apoyándose en matemáticas simples, que se encuentran insertadas en el texto en cuadros de color amarillo claro.
- En un tercer nivel, se muestran en los apéndices de la tercera parte de este libro los desarrollos matemáticos formales que sustentan algunos enunciados analizados y solamente son recomendables para estudiantes de áreas afines y profesionistas de astrofísica.
El lector que no se interesa en cuestiones físico-matemáticas puede prescindir de los cuadros con un fondo de amarillo claro y de los apéndices. Esto no afectará la coherencia del discurso ni su comprensión.
David Wiltshire, “Cosmic clocks, cosmic variance and cosmic averages”, en New Journal of Physics (2007): 62
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