Sean Carroll: Desde la eternidad hasta hoy

Este libro trata sobre la naturaleza del tiempo, el principio del universo y la estructura fundamental de la realidad física. No nos andamos con minucias. Las cuestiones a las que nos enfrentamos son antiguas y venerables. ¿De dónde proceden el tiempo y el espacio? ¿El universo que vemos es todo lo que hay, o existen otros «universos» fuera del alcance de nuestras observaciones? ¿En qué se diferencia el futuro del pasado?

Así se abre Desde la eternidad hasta hoy: En busca de la teoría definitiva del tiempo, el último libro publicado en español por el cosmólogo Sean Carroll, autor también de La partícula al final del universo, sobre la búsqueda del bosón de Higgs.

Para encontrar las respuestas a estos interrogantes, dice Carroll —cosmólogo en Caltech, donde, por cierto, se sienta a la mesa que en otros tiempos usó Richard Feynman—, debemos remontarnos hasta el big bang, e inclusó quizá antes.

La flecha del tiempo, vídeo de la excelente serie MinutePhysics narrado por el propio Sean Carroll.

Desde la eternidad hay hoy estudia la flecha del tiempo, la distinción entre pasado y futuro a la que tan acostumbrados estamos y que sin embargo no tiene reflejo en las leyes físicas microscópicas, que no hacen distinción entre las direcciones temporales.

¿De dónde surge entonces esta diferencia? ¿Por qué recordamos el pasado y no el futuro? ¿Por qué las personas nunca rejuvenecen con el paso del tiempo? O, si nos limitamos a escenarios más cotidianos: ¿Por qué  los cubitos de hielo se derriten en las copas, pero nunca se forman espontáneamente? ¿Por qué podemos romper y batir un huevo para hacer una tortilla, pero sabemos que una vez roto el huevo nunca se recompondrá por sí solo?

Es fácil experimentar los efectos de la flecha del tiempo, palpables a todo nuestro alrededor, pero es mucho más difícil explicarla. Los físicos recurren a la idea de la entropía, que, según la famosa segunda ley de la de termodinámica, tiende siempre a aumentar.

La entropía era muy baja en el universo primitivo —caliente y denso tras el big bang—,  muy distinto del universo actual (frío, vacío y con un espacio en expansión). Y esta diferencia se deja sentir en la manera en que funciona la naturaleza, desde cómo se derriten los hielos a la evolución de las especies.

Sean Carroll, junto a la portada de «Desde la eternidad hasta hoy»

Pero ¿por qué era tan baja la entropía tras el big bang? A esta pregunta se han enfrentado pensadores de la talla de Ludwig Boltzmann, Stephen Hawking, Richard Feynman, Roger Penrose o Alan Guth, e incluso el poeta y filósofo Lucrecio, en la antigua Roma. Pero aún no se ha encontrado una respuesta satisfactoria.

La única manera de entender el origen de la entropía pasa por comprender el origen del universo, por plantearse qué sucedió en el big bang, e incluso antes. En Desde la eternidad hasta hoy, Carroll analiza la relación de la entropía con los agujeros negros, la cosmología, la teoría de la información y la existencia de la vida. La historia del libro comienza en la cocina, donde podemos tranformar huevos en tortillas, pero no viceversa, y desde ahí nos lleva a los confines del universo, con los descubrimientos de la cosmología moderna: energía oscura, aceleración del universo, gravedad cuántica, e incluso la posibilidad de que el tiempo existiese antes del big bang y de que el nuestro sea solo un universo entre los infinitos que formarían el multiverso en el que la idea de la flecha del tiempo surge de manera natural a partir de las leyes físicas.

Con estas palabras da por terminado Carroll el viaje de ida vuelta entra la actualidad y el big bang que es su libro:

Descubrimos que no somos los protagonistas principales de la vida en el cosmos, sino un minúsculo epifenómeno, que hemos florecido durante un breve instante sobre la ola del aumento de entropía que va del big bang al silencioso vacío que le espera al futuro universo. No encontraremos propósito y significado en las leyes de la naturaleza, o en los planes de ningún agente externo que hizo que las cosas sean como son; nos corresponde a nosotros generarlos. Uno de esos propósitos, entre muchos, surge de nuestro impulso de explicar lo mejor que sepamos el mundo que nos rodea. Si nuestras vidas son breves y carecen de dirección, al menos podemos sentirnos orgullosos de nuestro coraje colectivo en nuestra lucha por comprender cosas mucho más grandes que nosotros.

 

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Brian Cox visita la mayor cámara de vacío del mundo

Brian Cox visita la Space Power Facility, de la NASA, donde se encuentra la mayor cámara de vacío del mundo, para llevar a cabo el famoso experimento de Galileo consistente en ver lo que sucede cuando se dejar caer libremente al mismo tiempo una pluma y un objeto pesado, como una bola de bolos:

Transcripción

Estoy en la Space Power Facility, en Cleveland, Ohio. Es la mayor cámara de vacío del mundo. En ella se prueban naves espaciales en las condiciones del espacio exterior, para lo cual se extraen las 30 toneladas de aire que hay en la cámara hasta dejar solo unos dos gramos.

Es una construcción curiosa, por razones históricas. Se contruyó en los años sesenta como una instalación donde probar sistemas nucleares de propulsión y eso implica que se construyó en aluminio, para que fuese más fácil gestionar la radiación. El aluminio no es lo mejor, no es el material más resistente para construir una cámara de vacío, por eso, se recubrió con una vasija de hormigón que atenúa la radiación y actúa también como resistencia frente a la presión externa, para que la instalación pueda soportar la fuerza que ejerce el exterior cuando se extrae el aire hasta alcanzar las condiciones del espacio exterior.

El experimento de Galileo es sencillo: tomó un objeto pesado y otro ligero y los lanzó a la vez para ver cuál caía más rápido.

En este caso, las plumas caen hacia el suelo a menos velocidad que la bola de bolos debido a la resistencia del aire. Para poder observar la verdadera naturaleza de la gravedad debemos extraer el aire. Se tarda tres horas en extraer los más de 22.000 metros cúbicos de aire de la cámara.

[Ha bajado dos militorrs en los últimos 30 minutos.]

Una vez que el proceso se ha completado el vacío en el interior es casi perfecto.

[Preparados para el lanzamiento.]

[10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, cámaras encendidas, 2, 1, lanzamiento.]

Han caído exactamente a la vez.

Exactamente. Es exactamente igual.

Isaac Newton explicaría que la bola y la pluma caen porque existen una fuerza que tira de ellos hacia abajo: la gravedad.

Einstein entendería la escena de una manera diferente. La idea más feliz de su vida fue esta: La razón por la que la bola y la pluma caen juntas es que no están cayendo, sino que están en reposo, ninguna fuerza actúa sobre ellas. Y razonaría que, si no pudiésemos ver el fondo,no habría manera de saber que la bola y las plumas se estaban acelerando hacia la Tierra. De lo cual Einstein dedujo que en realidad no lo estaban.

Fuente: Brian Cox visits the world’s biggest vacuum chamber – Human Universe: Episode 4 Preview – BBC Two

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Michio Kaku explica qué es la conciencia

En una entrevista concedida a la revista digital Nautilus, recogida en una serie de vídeos breves (subtitulados en inglés y español), el físico teórico Michio Kaku, cuyo último libro lleva por título El futuro de nuestra mente, explica con su habitual elocuencia qué es para él la conciencia:

Pregunta: ¿Qué hace un físico teórico como usted estudiando el cerebro?

Michio Kaku: Si tuviésemos que resumir los dos mayores misterios de toda la ciencia, uno sería el origen del universo y otro sería el origen de la inteligencia y la conciencia. Como físico, yo trabajo en el primero, en la teoría de la cosmología, de los big bangs y los multiversos. Ese es mi mundo, mi día a día, así es como me gano la vida.

Sin embargo, también sé que los físicos están fascinados por la conciencia. Hay ganadores del Nobel que reflexionan sobre la cuestión de la conciencia. ¿Existe una conciencia cósmica? ¿Qué significa observar algo? ¿Qué significa existir? Estas son preguntas que los físicos nos hemos planteado desde que Newton comenzó a crear [sic] leyes físicas, cuando empezamos a comprender que también nosotros debemos obedecerlas, y que por tanto somos parte de la ecuación.

Existe pues un enorme vacío alrededor del cual los físicos han dado vueltas durante muchísimas décadas: la conciencia. Así que decidí… me dije: «¿Por qué no aplicar un punto de vista físico para entender algo tan etéreo como la conciencia?

¿Cómo abordamos los físicos un problema? Primero, creamos un modelo (de un electrón, un protón, un planeta en el espacio). Comenzamos a crear las leyes de movimiento para ese planeta y a continuación estudiamos cómo interactúa con el sol. Cómo orbita a su alrededor, cómo interactúa con otros planetas. Y, por último, predecimos el futuro. Realizamos una serie de predicciones sobre el futuro.

Así pues, primero estudiamos la posición del electrón en el espacio. Después, calculamos su relación
con otros electrones y protones. En tercer lugar, vemos cómo evoluciona la situación en el tiempo. Así es como trabajamos los físicos.

Entonces me dije: «¿Por qué no aplicar la misma metodología a la conciencia?» Y empecé a darme cuenta de que hay tres niveles de conciencia: la conciencia del espacio, esto es, la de caimanes y reptiles; la conciencia de la relación con los demás, es decir, de los animales sociales, los monos, animales que poseen una jerarquía social y emociones; y, en tercer lugar, nosotros, que estudiamos la evolución hacia el futuro, hacemos planes, desarrollamos estrategias y proyectos para el futuro. Me fui dando cuenta de que la propia conciencia encaja en este mismo paradigma, si la analizamos junto con la física.

P: ¿Cuál es su «teoría espaciotemporal de la conciencia»?

M.K.: Soy físico, y a los físicos nos gusta clasificar las cosas numéricamente. Nos gusta ordenar las cosas, encontrar las interrelaciones entre ellas, y después extrapolar hacia el futuro. Eso es lo que los físicos [hacemos], así es como abordamos un problema.

Pero, por lo que respecta a la conciencia, tengamos en cuenta que se han escrito más de 20.000 artículos sobre el asunto. Nunca tanta gente ha dedicado tanto tiempo para producir tan poco.

Así pues, me propuse crear una definición de conciencia, y después una clasificación. Creo que la conciencia es el conjunto de bucles de retroalimentación necesarios para crear un modelo del lugar que ocupamos en el espacio, en relación a los demás y en relación con el tiempo.

Por ejemplo, fijémonos en los animales. Yo diría que los reptiles son conscientes, pero su conciencia es limitada, en el sentido de que entienden su posición en el espacio con respecto a su presa, con respecto a donde viven, y eso es básicamente la parte posterior de nuestro cerebro. La parte posterior de nuestro
cerebro es la más antigua; es el cerebro reptil, el cerebro espacial.

La zona intermedia del cerebro es el cerebro emocional, el cerebro que entiende nuestra relación
con otros miembros de nuestra especie. El protocolo, la buena educación, la jerarquía social… Todas estas cosas están codificadas en el cerebro emocional, el cerebro de mono en mitad de nuestro cerebro.

A continuación está el más elevado nivel de conciencia, que nos distingue del reino animal. Los animales entienden muy bien el espacio, de hecho mejor que nosotros. El sentido de la vista de los halcones, por ejemplo, es mucho mejor que el nuestro.

También tenemos un cerebro emocional, como los monos y los animales sociales, pero comprendemos el tiempo de una manera en que el resto de los animales no es capaz. Entendemos el mañana.

Podemos entrenar a nuestro perro o gato para que haga muchos trucos, pero intentemos explicarle el concepto de «mañana» a nuestro perro o gato… ¿Y qué hay de la hibernación? Los animales hibernan, ¿no es cierto? Pero eso es algo instintivo. Llega el frío, el instinto les dice que disminuyan su actividad hasta que acaban quedándose dormidos e hibernando.

Nosotros, sin embargo, tenemos que hacer las maletas, acondicionar nuestros hogares para el invierno, hacer todo tipo de cosas para prepararnos para la época invernal. Así pues, comprendemos el tiempo de una manera distinta a la de los animales.

P: ¿Por qué es el sentido del tiempo tan importante para comprender la conciencia?

M.K.: Ahora estamos fabricando robots, ¿no? La pregunta es: ¿hasta qué punto son conscientes los robots? Como podemos ver, se encuentran en el nivel uno. Tienen la inteligencia de una cucaracha, de un insecto, de un reptil. No poseen emociones. No pueden reírse, ni entender quiénes somos. No comprenden quiénes son ellos. No entienden la jerarquía social. En cierta medida comprenden el tiempo, pero en un solo parámetro. Pueden simular el futuro en una única dirección. Nosotros simulamos el futuro en todas las dimensiones (dimensiones de emociones, dimensiones de espacio y tiempo). Vemos pues que los robots se encuentran básicamente en el nivel uno.

Algún día puede que nos encontremos con seres extraterrestres, y entonces la pregunta será: si son más inteligentes que nosotros, ¿qué significa eso exactamente? Para mí, significa que serán capaces de soñar despiertos, de planificar e imaginar estrategias mucho mejor que nosotros. Si son más inteligentes que nosotros, irán varios pasos por delante. Podrían «sacarnos ventaja» porque serían capaces de ver el futuro.

Esto nos distingue de los animales: vemos el futuro. Trazamos planes, proyectos, estrategias. No podemos evitarlo. Habrá quien dirá: «¡Bah, tonterías! No me creo esa teoría, tiene que haber excepciones, cosas que quedan fuera de la teoría de la conciencia, como el humor».

¿Qué podría ser más etéreo que una broma? Pero pensemos en esto momento. ¿Por qué es graciosa una broma? Porque, cuando la oímos, la completamos mentalmente, y después, cuando el remate real de la broma es distinto del que habíamos previsto, eso la hace «graciosa».

Por ejemplo, una de las hijas del presidente Roosevelt era la cotilla de la Casa Blanca, y tenía fama de decir: «Si no tiene nada bueno que decir de alguna persona, por favor, siéntese a mi lado». ¿Por qué es eso «gracioso»? Porque completamos la frase por nuestra cuenta: Si no tiene nada bueno que decir de alguien, cállese y no diga nada. Nuestros padres nos lo enseñaron así. Pero el giro llega con el «siéntese a mi lado». Y por eso es «gracioso».

O WC Fields, al que le preguntaron: «¿Está usted a favor de las actividades sociales para jóvenes? Por ejemplo, ¿está usted a favor de los clubes para jóvenes?» Y respondió: «¿Que si estoy a favor de los clubes para jóvenes? Sí, pero solo si por las buenas la cosa no funciona.» Es gracioso porque pensamos en los «clubes» como sitios de reunión social. Pero WC Fields le da la vuelta al utilizar otro significado [«club» significa también «garrote» en inglés]. Y por eso «es gracioso», porque no podemos evitarlo: completamos el futuro mentalmente.

P: Afirma usted que tenemos un «CEO» [director ejecutivo] en el cerebro. ¿Qué significa eso exactamente?

M.K.: ¿En qué nos diferenciamos de los animales? Si colocamos, por ejemplo, a un ratón
entre el dolor y el placer, entre una descarga y comida, o —mejor dicho, perdón— entre dos trozos de comida, se quedará, como el proverbial burro, desconcertado. Irá de uno a otro, una y otra vez, porque es incapaz de decidir. No es capaz de tomar una decisión definitiva sobre algo. Carece de un CEO que tome esa decisión final.

Nosotros sí lo tenemos. Está en la parte frontal del cerebro, donde podemos localizar la conciencia de uno mismo. Metemos el cerebro en un escáner MRI, le pedimos a la persona que se imagine a sí misma, y ¡bingo! Exactamente ahí, justo detrás de la frente, la máquina se activa. Ahí es donde se encuentra nuestra sensación de autoconciencia.

Cuando hay que tomar una decisión difícil entre dos cosas, a los animales les cuesta hacerlo, porque reciben todo tipo de estímulos diferentes. Tienen dificultades para decidir. En nuestro caso, sin embargo, se activa esa zona, ese es el «CEO» que acaba tomando la decisión final, evaluando todas las consecuencias.

¿Cómo lo hacemos? Simulando el futuro. Si a un niño le ponemos un caramelo delante, el niño dirá: «Si tomo el caramelo, ¿le parecerá bien a mi madre? ¿se enfadará? ¿Cómo lo voy a pagar?» Eso es lo que se nos pasa por la cabeza, completamos el futuro, y esa es la parte del cerebro que se activa. Así es como el CEO toma la decisión entre dos cosas mientras que los animales lo hacen por instinto, o bien se quedan indecisos.

P: Su «CEO en el cerebro» aparentemente actúa con intención y propósito, pero las neuronas o se activan o no. No podemos decir que tengan propósito, ¿verdad?

R: Existe un propósito tras nuestra conciencia, que es básicamente nuestra supervivencia, y también nuestra reproducción.

Pensemos en nuestras ensoñaciones cotidianas. Cuando soñamos despiertos, ¿en qué pensamos? En primer lugar, pensamos en la supervivencia: ¿Dónde está mi siguiente comida o trabajo? ¿Cómo impresiono a la gente para progresar en mi carrera? Y cosas de ese estilo. O pensamos: «Eh, que es viernes por la noche. Me siento solo. Quiero salir a bailar a una discoteca y pasarlo bien.»

Si nos paramos a pensarlo, vemos que existe un propósito, y por eso tenemos emociones. Las emociones tienen un propósito claro. La evolución nos dotó de emociones porque son buenas para nosotros. Por ejemplo, el concepto de lo que «nos gusta». ¿Cómo nos gusta algo? Bien pensado, la mayoría de las cosas son peligrosas. Todas las cosas que nos rodean son o bien neutrales o, de hecho, peligrosas. Solo una pequeña proporción de las cosas son buenas para nosotros. Y las emociones dicen: «Nos gusta esto porque estas cosas son buenas para nosotros.»

Por ejemplo, los celos son muy importantes como emoción, porque contribuyen a garantizar nuestra reproducción y que nuestros genes pasen a la siguiente generación. La ira… Todas estas emociones que sentimos, que son instintivas, las tenemos integradas porque debemos tomar decisiones en fracciones de segundo que la corteza prefrontal tardaría muchos minutos en evaluar racionalmente. No tenemos tiempo. Si vemos un tigre, sentimos miedo. La razón es que es algo peligroso y debemos salir corriendo.

Hay otra cuestión que se plantea a veces: ¿Puede un robot sentir el color rojo? O, ¿cómo sabemos que somos conscientes? Porque podemos sentir una puesta de sol o el esplendor de la naturaleza, pero los robot no, ¿verdad?

Yo no creo que eso sea así, porque hace mucho tiempo la gente se planteaba con frecuencia la pregunta de «¿qué es la vida?» Aún recuerdo, de niño, todos los ensayos y artículos que se escribían sobre el asunto.

Esa cuestión prácticamente ha desaparecido. Ya nadie se la plantea, porque ahora sabemos —gracias a la biotecnología— que hay una gradación, que es una cuestión muy complicada. No existe únicamente lo vivo y lo no vivo, sino que hay toda clase de virus y otras cosas intermedias.

Así pues, vemos que ahora la pregunta de «¿qué es la vida?» ha desaparecido prácticamente. Y yo creo que la cuestión de «¿qué es la conciencia?», y «¿puede la conciencia entender el color rojo en una máquina?» también irá desapareciendo progresivamente.

Algún día tendremos una máquina que entienda el color rojo mucho mejor que nosotros. Será capaz de comprender el espectro electromagnético, la poesía, analizar la leyenda y la historia alrededor del rojo mucho mejor que cualquier humano. Y el robot dirá: «¿Pueden los humanos entender realmente el color rojo? Creo que no.» Algún día los robots tendrán tal acceso a internet, a los sensores, que comprenderán el color rojo de una manera de la que la mayoría de los humanos somos incapaces y concluirán: «Dios mío, los humanos no pueden entender el rojo».

Fuente: Michio Kaku Explains Consciousness For You | Nautilus Magazine

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La materia oscura explicada por un niño

Sean Carroll, cosmólogo en Caltech, nos recomienda en su blog este vídeo en el que Lucas Belz-Koeling, un chaval de once años, explica qué es la materia oscura. En palabras de Carroll, autor de La partícula al final del universo: «Si alguna vez os habéis planteado qué es la materia oscura, o si vuestros amigos os han hecho desconcertantes preguntas al respecto, ahora tenéis algo que mostrarles: este estupendo vídeo obra de Lucas Belz-Koening, de once años. Enhorabuena, Lucas. Dudo mucho que yo a tu edad hiciese cosas tan buenas como esto.»

Transcripción

La materia oscura. Partículas misteriosas e invisibles que lo atraviesan todo, nosotros incluidos, a un ritmo de miles de millones por segundo. La energía oscura. Una fuerza misteriosa e invisible que acelera la expansión del universo a una velocidad inquietante, contra todo pronóstico. Entre el 26,8% de materia oscura y el 68,3% de energía oscura, constituyen el 95,1% del cosmos. Así pues, toda la materia que observamos —las casas, ciudades, países, planetas, enormes estrellas—, no supone más que un mísero 4,9% del universo.

Hay un problema importante. La materia oscura no interactúa con la materia ordinaria. No podemos verla, ni tocarla, ni olerla ni oírla. Como dije en la introducción, la materia oscura fluye continuamente a través de nosotros. Cuando afirmé que no interactuaba en absoluto, mentí. Ocasionalmente golpea a algún que otro átómo de xenón, argón y de otros elementos. ¿Cómo sabemos entonces que está ahí? Lo cierto es que no lo sabemos.

La materia oscura no es más que una hipótesis para tratar de explicar ciertos fenómenos, como las diferencias entre el valor de la masa de enormes objetos astronómicos, calculado a partir de sus efectos gravitatorios, y el calculado a partir de la materia ordinaria que dichos objetos contienen.

El primero en proponer la idea de la materia oscura fue el astrónomo holandés Jan Oort, en 1932 (y el astrónomo suizo Fritz Zwicky refinó el concepto en 1933) para explicar una falta de masa al calcular las velocidades orbitales de algunas estrellas. Otra razón por la que se propuso su existencia fue un extraño fenómeno óptico que se podía observar en el firmamento en forma de anillo.

La razón es que en el centro del anillo había una galaxia rodeada de materia oscura. La luz de un objeto que estuviese detrás no llegaría a nuestros ojos porque la galaxia estaba en medio. Pero la luz se curva alrededor de ella y acaba llegándonos de todas maneras, lo que hace que veamos el objeto más lejos de lo que lo está en realidad. En el mundo real esto sucede en 3D, por lo que, en lugar de un objeto desplazado, vemos varios que se unen hasta formar un anillo. Es lo que se conoce como un «anillo de Einstein».

Para demostrar este efecto basta un sencillo experimento casero con la base de una copa de vino y un punto dibujado. Aquí, el centro de la base representa la materia oscura; el punto representa un objeto astronómico situado tras ella.

La materia oscura es una sustancia asombrosa, y tras ver esto espero que estén de acuerdo conmigo. Constituye una cuarta parte de nuestro universo, atraviesa la Tierra prácticamente sin ser detectada y hace que nuestros cerebros vean cosas que en realidad no están ahí. Esta materia es algo increíble.

Bueno, con esto concluye el vídeo. Gracias por verlo. Para más detalles sobre el asunto, pueden leer mi artículo. [Nota de PAALC: No hemos sido capaces de locar el artículo al que se refiere Lucas aquí.]

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Nómadas

 

A pesar de todas sus ventajas materiales, la vida sedentaria nos ha dejado inquietos, insatisfechos. Incluso tras 400 generaciones viviendo en pueblos y ciudades, no lo hemos olvidado. El camino por recorrer aún nos susurra al oído como una canción de infancia casi olvidada.

Dotamos a los lugares remotos de un cierto romanticismo. Sospecho que la selección natural ha confeccionado meticulosamente esa atracción como un elemento esencial para nuestra supervivencia. Largos veranos, inviernos templados, copiosas cosechas, caza abundante… Nada de eso durará para siempre. Nuestra propia vida, la de nuestra tribu, o incluso la de nuestra especie podría estar en manos de unos pocos «inquietos» llevados de una atracción que probablemente no sepan articular o entender, hacia las tierras por descubrir y los nuevos mundos.

Herman Melville, en «Moby Dick», dio voz a los nómadas de todas las épocas y lugares, cuando escribió: «Vivo atormentado y con una comezón constante por las cosas remotas. Adoro navegar los mares prohibidos.»

Tal vez sea un poco pronto. Tal vez aún no haya llegado el momento. Pero esos otros mundos, con su promesa de oportunidades sin fin, nos están llamando. En silencio, orbitan alrededor del Sol. Esperando.

Carl Sagan

 

Fuente: Wanderers, un corto de Erik Wernquist

Sean Carroll: La ciencia de Interstellar

Sean Carroll, autor de La partícula al final del universo. Del bosón de Higgs al umbral de un nuevo mundo, es cosmólogo en el Instituto Tecnológico de California (Caltech), donde también trabaja Kip Thorne, asesor científico de Interstellar, la película de Christopher Nolan que ha puesto los agujeros negros y agujeros de gusano en boca del gran público. En el texto que sigue (extraído de sendas entrevistas para Sloan Science & Film y Yahoo! Movies), Carroll ofrece su opinión sobre la ciencia y otros aspectos del film de Nolan.

[AVISO: ESTA ENTRADA CONTIENE SPOILERS]

Pregunta (Sloan Science and Film): Empecemos por la premisa básica de la película. Los protagonistas parten en busca de otro planeta donde la humanidad pueda sobrevivir. ¿Hasta qué punto es esto posible?

Respuesta (Sean Carroll): No cabe duda de que hay muchísimos planetas en el universo. Vivimos en una galaxia con más de 100.000 millones de estrellas, y tenemos motivos para suponer que muchas de estas estrellas tienen planetas. Además, los datos de los telescopios parecen indicar que una gran proporción de dichas estrellas tienen planetas a su alrededor, de varias formas, tamaños y condiciones. Por lo tanto, es muy probable que algunos de estos planetas posean condiciones similares a las de la Tierra. Pero no podemos saber a ciencia cierta cuántos de ellos podrían ser susceptibles de albergar vida. Es todo muy especulativo. La posibilidad existe, pero no hay manera de saberlo.

P: Los personajes utilizan un agujero de gusano para viajar a través del espacio. ¿Nos puede dar una definición básica de qué es un agujero de gusano?

R: La mejor manera de entender un agujero de gusano es como un atajo a través del espacio-tiempo. La gran aportación de Einstein en la relatividad general consistió en decir que el espacio y el tiempo son curvos, que poseen una dinámica propia, y que se pueden curvar y estirar, cosa que experimentamos en forma de la gravedad. Normalmente, si estamos en el Sistema Solar, bajo la influencia de la atracción de la Tierra o del Sol, dicha atracción es moderada, pero una vez que damos rienda suelta a nuestra imaginación, podemos suponer que existe un tubo que conecta dos regiones distantes del espacio-tiempo. Sin duda, el espacio-tiempo podría curvarse de esta manera. Lo asombroso es que la distancia entre dos lugares muy remotos en el universo podría ser corta a través de un agujero negro.

Stephen Hawking con Kip Thorne y los actores de Interstellar. Fuente: Stephen Hawking en Facebook.
Stephen Hawking con Kip Thorne y los actores de Interstellar. Fuente: Stephen Hawking en Facebook.

«Hace unos años, discutí con mi amigo Kip Thorne sobre las ideas que Lynda Obst y él tenían para filmar una película de ciencia ficción sobre agujeros de gusano. Dichas ideas acabaron formando parte de la película Interstellar, de Christopher Nolan. Kip y yo asistimos a su estreno en el Reino Unido. Kip también aparece en el film sobre mi vida, La teoría del todo, que se estrenará próximamente.» Stephen Hawking

P: Pero esto es algo teórico, ¿no? No se ha demostrado la existencia de los agujeros de gusano.

R: No. De hecho, probablemente no existan. Lo que tenemos es una buena teoría. La teoría de la relatividad general de Einstein nos da una cierta idea de lo que debería cumplirse para que hubiese agujeros de gusano. Pero hay un par de problemas: Si quisiésemos tener un agujero de gusano, y quisiésemos mantenerlo abierto, necesitaríamos una cantidad negativa de energía. En grandes cantidades, la energía normalmente es positiva. Puede haber pequeñas fluctuaciones cuánticas que hagan que sea fugazmente negativa pero, en general, las energías son positivas.

Podemos imaginar un agujero de gusano de tamaño microscópico, que sería algo extraordinariamente fascinante, pero si lo que queremos es un agujero grande, por el que pueda pasar una nave espacial, es de suponer que se necesitaría una cantidad astronómica de energía para crearlo y mantenerlo abierto. Además, para empezar, ni siquiera sabemos cómo crear un agujero de gusano. Si tratásemos de hacerlo, probablemente colapsaría para dar lugar a un agujero negro, que no nos sería nada útil. No lo sabemos con certeza, pero lo más probable es que los agujeros de gusano no existan en la naturaleza.

P: ¿Qué le sucede al tiempo en el otro extremo de un agujero de gusano?

R: Imaginemos un agujero de gusano lo suficientemente grande y uniforme: sería un lugar donde el espacio tiempo es curvo, y el espacio-tiempo curvo equivale a la gravedad, y la gravedad puede aplastarnos hasta matarnos, o estirarnos hasta despedazarnos. Si el agujero de gusano es pequeño, es poco factible viajar a través de él, por lo que se necesita un agujero muy grande.

Aquí es donde la cosa se pone interesante. En relatividad, la idea de que el tiempo es el mismo para todo el mundo deja de ser válida. Cuando dos lugares del universo están separados por una gran distancia, la relatividad nos dice que debemos renunciar a la idea de la simultaneidad (que algo sucede al mismo tiempo aquí y allá). Si tenemos un agujero de gusano que conecta estos dos lugares, no hay manera de responder a la pregunta de si saldríamos en ese mismo instante. Depende de cómo dividamos el espacio-tiempo. Lo que Kip Thorne ayudó a desarrollar es la idea de que, si pudiésemos manipular los agujeros de gusano de una manera suficientemente drástica, podríamos de hecho viajar hacia atrás en el tiempo. Como el espacio y el tiempo están unidos en un espacio-tiempo tetradimensional, igual que tomamos un atajo de un punto del espacio a otro, con una pequeña variación podríamos tomar un atajo desde un instante a otro.

P: La otra sorpresa de la película es un agujero negro. La existencia de agujeros negros es algo más demostrable que la de los agujeros de gusano, ¿no es cierto?

R: Sí, es casi seguro que los agujeros negros existen. Disponemos de evidencias fiables en el mundo real. Tenemos datos astrofísicos que afirman que hay agujeros negros ahí fuera. Es posible que el centro de nuestra galaxia haya un agujero negro cuya masa es un millón de veces mayor que la del Sol. Pero si caemos en uno de ellos, moriremos. No son muy buenos para viajar.

P: ¿Qué es exactamente un agujero negro?

R: Un agujero negro es un lugar del universo donde el campo gravitatorio es tan extremo que, una vez que entramos en él, nunca más podremos salir de él. Nos veremos atraídos hacia un punto de densidad infinita —una singularidad— donde acabaremos aplastados.

P: ¿Qué experimentaríamos dentro de un agujero negro?

R: Depende de lo grande que sea. Cuanto más pequeño, más intensos son sus efectos, porque se llega antes a la singularidad. Si se trata de un agujero negro muy grande, puede que, en un principio, ni siquiera nos diésemos cuenta de que estamos dentro de él. Transcurirría mucho tiempo antes de alcanzar la singularidad. El proceso que experimentaríamos se conoce como «espaguetización». Si cayésemos con la cabeza por delante, la atracción gavitoria sobre ella sería más intensa que sobre nuestros pies, porque la cabeza está más cerca, de manera que la cabeza se iría separando de los pies y nos convertiríamos en un espagueti fino y alargado antes de acabar despedazados.

[…]

P: Aparentemente, el mundo de la mecánica cuántica le proporciona a la ciencia ficción perspectivas completamente nuevas de las cosas. Las reglas dejan de ser válidas y tenemos más posibilidades (como, por ejemplo, que las partículas al mismo tiempo existan y no existan).

R: Sí, pero los cineastas deben ser especialmente cuidadosos con esto. La mecánica cuántica es extraña y contraria al sentido común, y pueden suceder cosas disparatadas, pero en ella existen tantas reglas como en otros campos de la ciencia. Esa extrañeza parece una licencia para pasárselo bien, pero hay que reflexionar detenidamente sobre cuáles pueden ser las consecuencias.

Creo que muchos cineastas desaprovechan una oportunidad al no pensar como científicos. Tanto si una película cumple o no las reglas de la física, sí debe cumplir algún conjunto de reglas. Si no lo hace, no tendrá ningún interés.

Pregunta (Yahoo! Movies): ¿En qué medida la película se basa en ciencia válida y sólida, y hasta qué punto va más allá de la ciencia actual?

Respuesta (Sean Carroll): La idea de la dilatación temporal y de que el hecho de visitar las proximidades del agujero negro nos trasladaría de cierta manera al futuro, así como la apariencia del agujero negro y del agujero de gusano, es todo buena ciencia, muy respetable. El agujero de gusano en sí, la idea de que exista uno que conecta nuestra galaxia con otra, es más especulativo. Es plausible, es algo que las sólidas evidencias de que disponemos actualmente no permiten descatar.

Luego está la parte del final, donde entran de hecho en un agujero negro y utilizan un teseracto para visitar e influir sobre el pasado, y después de alguna manera vuelven a salir del agujero negro. Eso, en mi opinión, va mucho más allá de lo que podríamos considerar actualmente ciencia plausible. Pero las cosas que no sabemos con certeza son suficientes como para que siempre podamos decir «bueno, quién sabe…»

P: ¿Hay alguna teoría científica que podría hacer posible todo lo que sucede al final?

R: Creo que es básicamente magia. Pero algunas de las frases que dicen los personajes, si las entendí bien, se supone que indican que no era un fenómeno que ocurriese de manera natural, sino que lo había montado una especie mucho más avanzada que vive en un espacio-tiempo de más dimensiones y ha aprendido mucho sobre cómo manipular las leyes de la naturaleza.

Recordemos que en la película hay una breve discusión sobre cómo alguien podría realmente vivir en más dimensiones, y cómo verían el tiempo como un lugar que podrían visitar, al que podrían ir y volver. Imagino que se supone que debemos pensar que eso es lo que sucedió. No es simplemente que Matthew McConaughey cayese en un agujero negro, sino que una especie que sabe mucho más que nosotros nos está manipulando, y son capaces de hacer cosas que nosotros no sabemos cómo conseguir.

P: ¿La librería tenía algo de científico?

R: Creo que eso es completamente especulativo. Claramente, para que McConaughey pueda ver algo en absoluto, el único lugar del que puede proceder la librería y el teseracto es su propia imaginación, y eso no es algo que veríamos si usted o yo cayésemos en un agujero negro. Creo que debe ser algo construido artificialmente. Creo que el mayor acto de fe que la película nos exige es aceptar no solo que hay algunas leyes físicas que no comprendemos, lo cual es sin duda cierto, sino que existe una especie hiperavanzada distinta de la humana que ha aprendido a manipularlas y que aquí le echan una mano a nuestro héroe.

P: Entonces, está en el agujero negro, enviándole un mensaje a su hija mediante código Morse. Después, desaparece y lo vuelven a encontrar. ¿Cómo podría uno salir de un agujero negro, aunque sea de forma especulativa?

R: Creo que tengo una cierta idea, pero es algo que en la película no se desarrolla. Nos falta alguna información adicional. Recordemos que en varias ocasiones se hace referencia a las dimensiones adicionales y al «bulk». Esto tiene aquí una papel fundamental, del que nunca se llega a hablar explícitamente. La idea es que en nuestro mundo hay tres dimensiones espaciales y una temporal, cuatro en total, y quizá nuestro mundo sea como el extremo de un algún otro mundo que posee una dimensión adicional.

Así pues, podría existir un mundo con cuatro dimensiones espaciales y una temporal, y que nosotros nos encontremos en su borde. Y este universo pentadimensional es lo que los físicos llaman «espacio-tiempo bulk». Y si eso es cierto —que podría serlo o no—, entonces no solo hay agujeros de gusano, sino que existe otro tipo de atajo fuera de nuestro espacio-tiempo ordinario. Creo que la idea es especulativa, pero no absolutamente imposible. Si estamos limitados a nuestro espacio-tiempo de cuatro dimensiones, no podemos salir de un agujero negro, de su horizonte de sucesos. Pero, si tuviésemos esa capacidad, quizá sí podríamos escapar pasando a la dimensión adicional y volviendo aquí de nuevo.

Pero yo creo que a nuestro héroe, Cooper, básicamente lo rescataron después que un ser que vive en más dimensiones le proporcionase de alguna manera la capacidad de influir sobre el pasado a través del teseracto. Creo que esos seres lo rescataron sacándolo de nuestro universo tetradimensional ordinario hacia una quinta dimensión, y que luego de alguna manera lo devolvieron a nuestro mundo.

P: Anne Hathaway afirma en un momento dado que el amor es algo científico. ¿Qué le pareció eso como científico?

No me gustó. Ningún científico diría eso en la vida real. No es falso, pero no es lo que diría un científico, porque los científicos tienen mucho cuidado con el significado de las palabras que utilizan. Si uno quiere decir que el amor es una fuerza, puede ser cierto si se utiliza determinada definición de «fuerza», pero no sería la definición que utilizaría un físico. Sería una licencia poética que se permitirían los científicos.

Fuentes:

‘Interstellar’: A Physicist Explains That Crazy Ending | Yahoo! Movies

Black Holes, Wormholes and Christopher Nolan’s Interstellar | Sloan Science & Film

Más de Sean Carroll:

The Science of Interstellar | Preposterous Universe (el blog de Sean Carroll)

La partícula al final del universo, de Sean Carroll | Biblioteca de Por amor a la ciencia

Sean Carroll explica la importancia del modelo de la inflación cósmica | Por amor a la ciencia

Sean Carroll: Las diez cosas más asombrosas del bosón de Higgs | Por amor a la ciencia

Otras lecturas sobre Interstellar:

Neil deGrasse Tyson Feparates Fact From Fiction in Interstellar | NPR

The Metaphysics of Interstellar. A Conversation With Christopher Nolan and Kip Thorne | Wired

Beyond. A Story in Five Dimensions (Directed by Christopher Nolan) | Wired