Roger Penrose - Ciclos del tiempo

Roger Penrose ha vuelto a sorprendernos con un nuevo libro de física especulativa. En la frontera entre lo científico y lo metafísico presenta un modelo geométrico del origen de nuestro universo que se remonta, más allá del tiempo, hasta la frontera metafísica previa al Big Bang. Ciclos del tiempo es la reciente publicación que corona cinco años de esfuerzo intelectual por abordar grandes preguntas del conocimiento. ¿Qué hubo antes del Big Bang? ¿Cuál es el origen del orden estructural? ¿Cómo será el futuro de nuestro universo?

Las dos ideas clave que hay detrás de esta nueva visión son un penetrante análisis de la Segunda Ley de la termodinámica (que establece el principio de la entropía) y el estudio de la geometría de cono de luz del espacio-tiempo. Penrose logra combinar estos dos temas para demostrar que el destino último de nuestro universo en expansión y aceleración puede ser visto como el Big Bang de uno nuevo. Por el camino, nos explica muchos otros ingredientes básicos de esta idea y comenta varios modelos cosmológicos, tanto ortodoxos como heterodoxos, así como el papel fundamental y ubicuo de la radiación cósmica de microondas. Otra parte crucial de su exposición es la relativa a los inmensos agujeros negros detectados en los centros de las galaxias, y su eventual desaparición a través del misterioso proceso de evaporación de Hawking.

Roger Penrose

Una extraordinaria nueva visión del universo

ePub r1.0

koothrapali 18.07.15

Título original: Cycles of time: an extraordinary new view of the universe

Roger Penrose, 2010

Traducción: Javier García Sanz

Diseño de cubierta: Levemka

Editor digital: koothrapali

ePub base r1.2

ROGER PENROSE, nacido el 8 de agosto de 1931 es un físico matemático nacido en Inglaterra y Profesor Emérito de Matemáticas en la Universidad de Oxford. Es reconocido por su trabajo en física matemática, en particular por sus contribuciones a la relatividad general y la cosmología. También ha dedicado su tiempo a las matemáticas recreativas y es un controvertido filósofo.

Fue elegido miembro de la Royal Society de Londres en 1972, ganó el Science Book Prize en 1990, y compartió el Premio Wolf en Física con Stephen Hawking en 1988. Fue nombrado caballero en 1994.

Uno de los misterios más profundos de nuestro universo es el enigma de su procedencia.

Cuando, a principios de la década de 1950, ingresé en la Universidad de Cambridge como estudiante de grado en matemáticas, se estaba imponiendo una teoría cosmológica fascinante, conocida como el modelo del estado estacionario. Según este esquema, el universo no tuvo principio y permanecía más o menos igual todo el tiempo. El universo en estado estacionario lo conseguía, pese a su expansión, porque la continua dilución de material que resulta de la expansión del universo se considera compensada por la continua creación de nueva materia, en forma de gas hidrógeno extremadamente difuso. Mi amigo y mentor en Cambridge, el cosmólogo Dennis Sciama, de quien aprendí la excitación de tanta nueva física, era en esa época un fuerte defensor de la cosmología de estado estacionario, y él me transmitió la belleza y potencia de ese notable esquema de cosas.

Pero esta teoría no ha soportado la prueba del tiempo. Unos diez años después de que yo hubiera ingresado por primera vez en Cambridge, y me hubiera familiarizado con la teoría, Arno Penzias y Robert Wilson descubrieron, para su propia sorpresa, una radiación electromagnética que impregnaba todo y procedía de todas direcciones, ahora conocida como el fondo cósmico de microondas o CMB (de Cosmic Microwave Background). Poco después, Robert Dicke identificó este fondo como una consecuencia predicha del «destello» de un Big-Bang origen del universo, que ahora se supone que tuvo lugar hace unos 14.000 millones de años —un suceso que había sido concebido seriamente por primera vez por monseñor George Lemaître en 1927, como una consecuencia de su trabajo sobre las ecuaciones de Einstein de la relatividad general y los primeros indicios observacionales de una expansión del universo—. Haciendo gala de gran valor y honestidad científica (cuando los datos del CMB quedaron mejor establecidos), Dennis Sciama repudió públicamente sus ideas anteriores y pasó a apoyar con fuerza la idea del Big Bang origen del universo.

Desde entonces, la cosmología ha madurado desde una búsqueda especulativa hasta una ciencia exacta, y el análisis intenso del CMB —procedente de datos muy detallados, generados por soberbios experimentos— ha formado una parte importante de esta revolución. Sin embargo, quedan muchos misterios, y mucha especulación sigue formando parte de esta empresa. En este libro ofrezco descripciones no sólo de los principales modelos de la cosmología relativista clásica sino también de varios desarrollos y cuestiones enigmáticas que han surgido desde entonces. Muy en particular, hay una profunda singularidad subyacente en la Segunda Ley de la termodinámica y la propia naturaleza del Big Bang. En relación con esto, presento un cuerpo de especulación propia, que reúne muchas hebras de diferentes aspectos del universo que conocemos.

Mi propia aproximación heterodoxa data del verano de 2005, aunque muchos detalles son más recientes. Esta exposición entra seriamente en la geometría, pero en el cuerpo principal del texto he evitado incluir algo serio en forma de ecuaciones u otros tecnicismos, que han sido relegados a los apéndices. Sólo los expertos son remitidos a esas partes del libro. El esquema que voy a defender es en verdad heterodoxo, pero está basado en ideas geométricas y físicas que están muy firmemente fundamentadas. Aunque es algo completamente diferente, ¡hay en esta propuesta fuertes ecos del viejo modelo del estado estacionario!

Me pregunto qué le hubiera parecido a Dennis Sciama.

Estoy muy agradecido a muchos amigos y colegas por sus importantes aportaciones, y por compartir conmigo sus ideas respecto al esquema cosmológico que presento aquí. Especialmente importantes han sido las discusiones detalladas con Paul Tod, concernientes a la formulación de su propuesta de una versión de extensión conforme de la hipótesis de curvatura de Weyl, que han tenido una influencia crucial; y muchos aspectos de su análisis se han mostrado vitales para el desarrollo detallado de las ecuaciones de la cosmología cíclica conforme, tal como las presento aquí. En el otro extremo, el potente análisis de Helmut Friedrich del infinito conforme, en especial su trabajo sobre el caso en donde hay una constante cosmológica positiva, ha prestado un fuerte apoyo a la viabilidad matemática de este esquema. Otra persona que ha hecho una aportación importante durante muchos años es Wolfgang Rindler, en especial por su seminal comprensión de los horizontes cosmológicos, pero también por su larga colaboración conmigo sobre el formalismo de 2-espinores, y también por discusiones sobre el papel de la cosmología inflacionaria.

Aportaciones significativas proceden de Florence Tsou (Sheung Tsun) y Hong-Mo Chan, que han compartido conmigo sus ideas sobre la naturaleza de la masa en la física de partículas; también James Bjorken ofreció una idea crucial en relación con esto. Entre otros muchos que han tenido una importante influencia sobre mí hay que citar a David Spergel, Amir Hajian, James Peebles, Mike Eastwood, Ed Speigel, Abhay Ashtekar, Neil Turok, Pedro Ferreira, Vahe Gurzadyan, Lee Smolin, Paul Steinhardt, Andrew Hodges, Lionel Mason y Ted Newman. El heroico apoyo editorial de Richard Lawrence ha sido impagable, como la aportación vital de Thomas Lawrence al proporcionar mucha información que faltaba, concerniente en particular a la Parte 1. Hay que dar las gracias a Paul Nash por haber hecho un índice.