Roger Penrose : “Ciclos del tiempo­. Una extraordinaria nueva visión del universo”

Hay que hablar ante todo de Roger Penrose, autor de este libro, porque sin entender al primero será inútil comprender el segundo, claramente reservado para los matemáticos y para los que hablan el mismo lenguaje que Penrose quien, desde su inicial orientación matemática (de la que es profesor en Oxford) derivó a campos de la física, de éstos a los de la cosmología para acabar en terrenos que cabalgan sobre la conciencia y la vida. No se trata precisamente de un friqui (pese a la frecuencia con que éstos aparecen entre los autores de éxito en la no ficción), sino que ha sido aportador de nuevas ideas y conceptos hoy aceptados, colaborador en libros con Hawkins y figura reconocida como influyente del pensamiento actual. Su deriva ha acabado llevándole a un terreno más filosófico que científico. Será que todo conocimiento profundo unido a la inquietud intelectual de búsqueda de la verdad (la realidad, en la física más amplia) conduce a la filosofía.

El libro me atrajo por su título. De los subtítulos me fío menos; sus autores parecen ser los editores y su propósito, elevar las ventas. Un título que habla del tiempo y sus ciclos. Uno piensa que el motivo que le impulsó a escribir “Cycles of Time” fue su nueva visión del Big Bang. Más concretamente el interrogante: ¿Qué había antes del Big Bang? Penrose hace grandes esfuerzos por ser inteligible, aunque solo lo conseguirá con el mundo de los matemáticos y los físicos a los que especialmente reserva una última parte donde se desentiende del gran público y les habla en su peculiar lenguaje.

Algo que le distingue son los términos con los que se avanza en los razonamientos expuestos. Al mismo tiempo que se admite su verosimilitud, se admite la posibilidad de su incorrección. El libro fue registrado y publicado en 2010. Si se tiene en cuenta que Penrose nació en 1931, podemos considerar que, a sus 79 años, el libro tiene algo de testamento. Pero debemos de moderar esa apreciación cuando contemplamos al amplio espectro de temas abordados por el matemático y filósofo. Sigue atenazado por las dudas y sus conclusiones son simples apuestas y tomas de posición.

Tres capítulos dividen el libro. El primero (“La Segunda Ley y su misterio subyacente”) es algo así como un ejercicio de calentamiento preciso para entrar en el segundo (“La naturaleza especialmente singular del Big Bang”) y concluir con un tercero (“Cosmología cíclica conforme”) en la que mezcla comprobaciones, pruebas y conclusiones. Y, por descontado, dudas; lo que revela el profundo impulso científico que mueve a Penrose. Al lector no deja de desconcertarle la forma en que, tras plantear una tesis, añade sus dudas y señala sus posibles puntos flacos. Eso sí, siempre, aludiendo a espacios, conceptos y teorías que a la mayoría de quienes se asomen a este libro resultan ajenos, si no hostiles. Penrose es aquí todo menos un divulgador, aunque en algunos momentos pretenda serlo, con escaso al éxito para mí. Todo lo contrario de lo que sucedió con otro libro suyo: “El camino a la realidad”.

El primero de los capítulos está dedicado a la Segunda Ley de Termodinámica. Y se pregunta: “¿Cuál es esta ley? ¿Cuál es su papel fundamental en el comportamiento físico? ¿Y en qué sentido nos presenta un misterio auténticamente profundo?” La cosa no se alivia cuando promete ofrecer al final del libro un intento de “entender la enigmática naturaleza de este misterio y por qué nos sentimos impulsados a hacer todo lo posible por resolverlo”, añadiendo que “en mi opinión solo pueden resolverse adoptando una perspectiva nueva y muy radical sobre la historia de nuestro universo”. Poco sabíamos y se nos presenta una auténtica enmienda a la totalidad. Recordemos que este segundo principio expresa que “la cantidad de entropía del universo tiende a incrementarse en el tiempo”. Se asimila éste al desorden y sienta la irreversibilidad de los fenómenos físicos.

Penrose comienza afirmando que, frente a otras leyes físicas que afirman igualdades, ésta es la única ley que presenta una desigualdad. Porque la segunda ley nos lleva a la entropía, que no deja de ser algo fluctuante. La entropía la concibe como “medida del desorden o aleatoriedad del sistema”. Algo que casi siempre sube y aumenta, pero que a veces se reduce y disminuye. Una vez que nos ha echado al charco, Penrose nos comentará la visión de la entropía como “recuento de estados”; y cuando ésta muestra sus puntos débiles nos recordará la entropía de Boltzmann, nos conducirá a los “espacios de fases”, nos aportará la idea de “granulado grueso” y afirmará sus relaciones con el mundo logarítmico. El lector medio pierde a estas alturas su esperanza de comprender los argumentos y trata únicamente de captar sus ideas inspiradoras. Como la de que el Sol suministra energía a la Tierra que, con un nivel deficitario de ella, carcomido por la entropía, permite la vida.

Con ese espíritu se adentra en el capítulo segundo, que le introducirá en los arcanos del Big Bang, una idea joven sugerida por Georges Lamaître y Edwin Hubble en los ruidosos veinte y avalada por el descubrimiento de la radiación de fondo cósmica de microondas. Penrose parece ser consciente en todo momento de la “levedad” de la teoría del Big Bang, que él defendió y que no abandona. Considerando que éste es una singularidad, en el sentido de crear simultáneamente materia, espacio y tiempo, no es extraño que se pregunte: ¿y antes que hubo?

Más que la presentación de una tesis o hipótesis, Penrose nos ofrece una historia breve de las ideas que han ido conformando la actual imagen del Big Bang que manejamos. Lo que hace que previamente nos lleve de la mano a otear (que no a comprender por el profano) ideas como los espacios de Mendeléiev o los “conos neutros”, para la final enfrentarnos con los agujeros negros y la energía/materia oscura.

Al final la cosa se presenta simple: un agujero negro termina colapsando (disolviéndose) y genera en su muerte un nuevo Big Bang. Estas singularidades se repiten una y otra vez, una vez transcurrido el “eón” de su vida, pero cada vez más potentes. Esto conduce a una doble pregunta: ¿Hasta cuándo? ¿Qué sucedió en nuestro pasado? Ninguna tiene contestación, pero la segunda suscita un curioso problema en la que el cosmólogo se convierte en algo así como un recogedor de basuras. Porque es evidente que el nuevo universo naciente se encuentra con restos del anterior no afectados por la muerte del agujero negro. No es solamente eso: es que, como singularidad que es, existe la posibilidad de que hayan cambiado las leyes fundamentales de la física y sus fórmulas. O la de que colapsos aislados hayan originado un multiverso al que somos ajenos.

EL capítulo final del libro está dedicado a describir la llamada “Cronología cíclica conforme” (CCC) y manifestar su apoyo a ella. Eso sí: un apoyo tímido y circunstancial. Todo consiste en un continuo renacer del universo: tras expandirse, el universo se contrae hasta un límite en donde se produce un nuevo Big Bang en el colapso o “pop” del último y absorbente agujero negro que, transcurrido un eón, volverá a colapsarse tras expandirse, pasando de una entropía prácticamente nula a otra desbocada en su exceso. Y así sucesivamente. No son cambios continuos, ni rápidos; estamos hablando de googols (un 1 seguido de 100 ceros). Esa parsimonia atrae por su suavidad a Penrose. No hay prisa. Pero ¿cómo se generó el primero de esos Big Bangs? El CCC no contesta.

No puede ponerse en duda ni la importancia del contenido este libro ni la honestidad con la que Penrose expone sus opiniones, incluidas las modificaciones que, a lo largo de su vida, ha introducido en ellas. No ha ocultado ni los puntos débiles de las que ahora expone, ni deja de aludir a las críticas y dudas que frente a la misma otros físicos han expuesto. No se le puede criticar tampoco que el lenguaje que emplea sea casi inasequible para la mayoría de las personas que nos estén familiarizadas con los conceptos que de forma constante maneja.

¿Ha querido transmitir la falta de orientación actual de la cosmología? ¿Las dudas que impiden formular hipótesis sin que las mismas tengan el aire de provisionalidad? El desarrollo actual de la cosmología ha sido posible gracias a los descubrimientos, singularmente tecnológicos, realizados no mucho mas allá de un siglo, pero solo han proporcionado atisbos de aspectos concretos del universo.

Entender el universo significa olvidar el hombre. Las medidas de tiempo y espacio lo superan y hacen de la cosmología un entretenimiento, quizá necesario, pero demoledor. Su fórmula de acercar el hombre al cosmos, lo llevará Penrose a cabo en otro campo de investigación, el de la separación del cerebro y la mente teorizado en “Las sombras de la mente”. Pero su pesimismo, añadido a su ateísmo confesado, le permite solamente una cierta esperanza: culpa de la imposibilidad de llegar a conclusiones más exactas a “la probable presencia de distorsiones significativas debidas a la curvatura de Weil interpuesta”. Y concluye diciendo “Ciertamente hay que esperar que estas cuestiones se aclaren en un futuro no demasiado lejano y que no pase mucho tiempo antes de que se pueda establecer claramente el estatus físico de la cosmología cíclica uniforme”. A uno le recuerda la canción infantil: “…al otro lado, otro monte; al otro lado otro monte… al otro lado otro monte igual que el anterior”.

Solamente una última confesión. Debo pedir perdón por tratar de comentar lo que apenas entiendo, limitándome a constatar lo que me inspira. Lo he hecho tratando de acercar este libro a quienes puede serles provechoso por entender plenamente su mensaje; y de alertar de él a quienes busquen otras cosas. Aunque algo se aprende siempre. Puede ser que únicamente se tome conciencia de nuestras limitaciones, lo que hará más cercanas, comprensibles e inteligibles las ajenas.

“Ciclos del tiempo. Una extraordinaria nueva visión del universo” (292 págs.) es un libro del que es autor Roger Penrose. Su versión en español fue registrada y publicada en 2010 por Penguin Random House Grupo Editorial S.A.U.

Enrique Fernández Borja : “El vacío y la nada. ¿Qué había antes del Big Bang?”

         Puede parecer una temeridad o, incluso, una insensatez, tratar de comentar un libro cuyo contenido apenas se entiende por lo complejo y difuso que le resulta a uno. Y realmente lo es: temeridad y insensatez. Pero, a pesar de no dar la talla para entender su contenido ni su totalidad, ni en muchos de sus recovecos y capítulos es posible referirse a aquellos aspectos sorprendentes que pone ante la mirada realmente atónita del lector. Y uno siente esa curiosidad como fundamental para combatir la vejez.

Enrique Fernández Borja, doctor en Física Teórica por la Universidad de Valencia, nació en Madrid en 1978 aunque creció en Córdoba. Tiene las características clásicas del investigador y divulgador y se ha dedicado en especial al estudio de los agujeros negros y la física cuántica. De física cuántica va sobre todo este libro. Es de destacar que tiene un blog titulado “Cuentos Cuánticos” que refleja básicamente sus intereses

Hay algo que pude criticarse: El título del libro: “El vacío y la nada” resulta terriblemente atractivo. ¿Si el vacío no es la nada qué es? Si es no es nada, es algo, pero entonces ¿qué sigue siendo la nada?

El libro se abre con una definición aparentemente vulgar: “se define el vacío como ausencia total de materia y de energía en una región del espacio”. Una persona normal hablaría de simple de ausencia de aire. Aristóteles negó su posible existencia aduciendo que la naturaleza busca siempre la forma de evitarlo, pero Torricelli demostró su posibilidad. El siglo XIX se agarró a la noción del éter, ya que se precisaba algo que, en el vacío, permitiera la transmisión de las ondas. La doctrina de la relatividad y la teoría cuántica acabaron con la idea del éter, pero al mismo tiempo negaron que el vacío equivaliera a la nada. “La física moderna define el vacío como el estado de mínima energía de los sistemas cuánticos”

Pero la característica fundamental de este nuevo vacío es que “no es inerte, está en permanente cambio con continuas fluctuaciones que varían su energía arriba y debajo de forma que su promedio siempre será el valor que esperamos para un estado de mínima energía”. En qué consisten estas fluctuaciones se nos dice a continuación: “aparición de partículas desde el vacío y su posterior reabsorción en el mismo”. Y ojo: como esas partículas tiene fluctuaciones de mínima duración no son observables. Los físicos de esa manera se ven obligados a explicar fenómenos que, sin la existencia de ese vacío, no podrían existir. En cualquier caso “el vacío cuántico no coincide con la nada filosófica”. El vacío, coincide con el mínimo posible de energía, pero siempre existe ese mínimo, no una total ausencia.

El autor indica que “hemos recorrido un largo camino desde el ‘horror vacui’ aristotélico hasta nuestros días… Mucho queda por hacer, mucho queda por estudiar y por investigar en este terreno”. El lector, a su vez, teme que estemos en una etapa más de la búsqueda de la realidad, lo que podíamos llamar una verdad histórica. Y parece que lo confirma esta frase: “La mecánica cuántica es una teoría física tan difícil de entender como de explicar. Se afirma incluso que no hay nadie capaz de comprenderla y que permite fenómenos que escapan a toda experiencia.” Pero el lector no puede evitar el pensar que al igual que el dicho ’lo poco que se sabe de medicina lo saben los médicos’, se puede afirmar que lo poco que se sabe de física lo saben los físicos. Y hay que agradecerles que muestren una actitud humilde y concienciada como la indicada.

Algo que llama la atención es que el libro parece tener dos vertientes. En la primera se adentra en el mundo atómico, minúsculo y recientemente descubierto. En la segunda, se lanza a la contemplación del universo en su totalidad e inmensidad. Pronto uno tiene conciencia de que esa mirada al cosmos sólo adquiere sentido desde la percepción del mundo atómico. No mires ahora tu mano, ni el paisaje que te rodea, ni esas nubes que pasan. No podrás nunca ver en ello la esencia de la materia y de la energía; sólo lo conseguirá quien se adentre en ese minúsculo mundo de las partículas.

Con Borja debemos tener en cuenta que se ha producido una importante separación entre la ciencia física clásica o newtoniana y la física cuántica. La primera tiene valores definidos, mientras que en la segunda hay que distinguir ‘estados’ y ‘observables’. Heisenberg, con su famoso principio de indeterminación, remató la faena. Hay pares de magnitudes que no están definidos en un sistema: los “observables conjugados”, como el famoso de posición y momento. Todo conduce a la noción de ‘campo’ en el que lector indocto naufraga. Y naufrago seguirá a lo largo de la mayor parte del libro restante. Antes se nos ha avisado: “Decimos no entender la teoría cuando lo que queremos decir es que no sabemos imaginarla”.

Cuando Heisenberg nos ha dejado en la estacada se recurre a la apreciación de fenómenos que serían imposibles de explicar si no existiera ese vacío cuántico. Y el libro repasa tres de esos fenómenos que han dado lugar a la aparición de tres efectos: el efecto Lamb, el efecto Casimir y el efecto Schwinger. Aunque bien explicados, el lector se los salta, dejándolos para mejor ocasión. Y pasa al capítulo dedicado a la masa. Y la masa nos llevará a la materia. Ha sido la tecnología la que nos llevó de la molécula al átomo (discutida su existencia hasta en 1905); del átomo a los electrones y el núcleo: de éste a los protones y neutrones; y de éstos a los quarks y los gluones. ¿Hay algo más allá? No lo sabemos, pero mientras tanto el llamado modelo standard nos indica que las partículas tienen masa, carga y espín. Y este espín abre una nueva frontera, además de ser la que indica como gira la partícula aunque no tiene estructura, abre la puerta a los fermiones (con espín semi entero) y los bosones (con espín entero). Mezclemos estas categorías con las cuatro fuerzas clásicas: las interacciones fuerte y débil, con el electromagnetismo y la gravedad (todavía sin encuadrar) y con los colores que pueden tener los quarks (verde, rojo y azul). Todo es complicado para el profano. Adicionalmente, el modelo matemático se defiende y funciona si las partículas no tienen masa. Sin embargo, la tesis contraria se mostró triunfadora al descubrirse el bosón de Higgs.

De pronto se da el salto. Pasamos de las partículas al universo: ¿fue creado por el vacío cuántico? ¿proviene de él? Borja nos dice: “podemos afirmar sin temor a equivocarnos que la cosmología está aún en su infancia”, Pero los avances logrados en las últimas décadas le hacen sentirse optimista. La materia oscura y la energía oscura están ahí como primeras preguntas a la que dar respuesta. Hubble fue quien en 1929 descubrió que el universo se estaba expandiendo. Utilizó para ello al llamado desplazamiento al rojo, partiendo de la existencia del espectro electromagnético, que va desde las ondas largas a los temibles rayos cósmicos, pasando por la luz, del infrarrojo al ultravioleta, y, ya visible, del rojo al violeta

Pero es una expansión peculiar. No es que todo se expanda, aumentado de tamaño. Solo aumenta el espacio. Esto quiere decir que las distintas entre dos estrellas, por ejemplo, vaya aumentando, pero las dimensiones de esas estrellas permanecerán inmutables. Y la cosa da que pensar. Si ahora el universo está creciendo, lo hizo desde el pasado, por lo que en ese pasado fue más pequeño y por mismo no había astros creados. “Invirtiendo la expansión, debería llegarse a la certeza de que el universo tuvo que tener un origen”. Esto es cierto, pero no lo es que toda la energía estuviera concentrada en un punto como predica el Big Bang. Se niega su veracidad porque “nos dice cómo evoluciono el universo desde justo después de que comenzó, hasta el presente, pero no como se originó”.

Al final llegan los que se llaman “horizontes”, más allá de los cuales no podemos explorar ni ver. Uno no duda de que existan, pero representan nuestra incapacidad para estudiar lo que nos rodea. Nos limitamos a nuestra visión del universo visible y que pueda ser distinta para unos observadores y otros. Lo que es el tiempo es algo que no se nos revela, aunque sea una base fundamental de nuestras ideas. El descubrimiento del ruido cósmico añade eso: ruido

Al final parece que la tesis del campo cuántico con sus hipótesis acompañantes no deja de ser una excusa para encubrir la discordancia vigente en la física actual. Son demasiadas las contradicciones que parecen insalvables y muchos los puntos en donde los físicos mantienen ideas diversas. Pero, al mismo tiempo, hay que admitir que esa contraposición de posiciones teóricas es el germen del avance científico. Apoyado siempre por el increíble desarrollo tecnológico que se inició en años aun recientes.

Como se indicaba inicialmente, el libro es una muestra de divulgación de lo que actualmente es la posición de la física en ese campo hibrido de lo atómico y lo cosmológico. Ni estamos ante un libro triunfalista ni ante una declaración pesimista de las limitaciones de la ciencia. Es un libro, por otra parte, más asequible para el enterado que para el profano. Su lectura nunca será inútil; amplía, aunque de forma limitada, el conocimiento del mundo científico que nos rodea (quizá más que el de la realidad). Sobre todo, asoma a uno a un mirador en el que se siente vértigo sobre todo y desde el que se divisa un panorama extraño e inalcanzable con la vista.

El gran problema es que la esperanza surgida con la palabra “nada” se defrauda. El campo cuántico existió antes del Big Bang. ¿Cómo se originó ese campo? Si este campo implica la mínima energía, ¿no existe la energía nula? Cosa distinta es que la percibamos o no. Pero tiene que existir ese campo donde se producen las fluctuaciones. ¿Cómo se crea? No hemos avanzado nada y nuestra confusión crece.

“El vacío y la nada. ¿Qué había antes del Big Bang?” (156 págs.) es un libro del que es autor Enrique Fernández Borja en 2015 siendo publicado por RBA el mismo año dentro de la colección  “Un paseo por el Cosmos”, reeditada en 2019 (la fotografía del libro recoge la primera edición; el comentario se hace sobre la segunda)