2021/04/22

Más allá de los agujeros negros

Mediante la gravedad cuántica de bucles se ha podido ir más allá en los agujeros negros de lo que se ha llegado en otras teorías físicas. Proporciona cálculos que prueban que las singularidades en el interior de los agujeros negros se eliminan. El tiempo puede continuar más allá del punto en el que la relatividad general clásica predijo que debía terminar y parece que se dirige a unas regiones recién creadas del espacio-tiempo. 

El físico hindú Abhay Ashtekar en 1986 reformuló de modo revolucionario la teoría general de la relatividad, sin introducir información adicional, mediante la mera reescritura de la teoría de Einstein según un nuevo conjunto de variables demostró que se podía derivar, con precisión, lo que es un espacio cuántico. Había nacido la llamada gravedad cuántica de bucles. Consiste en describir un campo haciendo referencia a sus líneas de campo, en ausencia de materia las líneas de campo pueden cerrarse sobre sí mismas formando un bucle. Mientras la teoría de cuerdas consiste en el desarrollo de este concepto en un contexto de fondo fijo de espacio y tiempo, la gravedad cuántica desarrolla una teoría totalmente independiente del fondo, pues las propias líneas del campo describen la geometría del espacio, la forma de secuencias cambiantes que va adoptando. Una vez que las líneas se transforman en mecánico-cuánticas ya no queda ninguna geometría clásica de fondo, la geometría cuántica resultante consiste en un cierto tipo de gráfico que evoluciona mediante cambios locales en su estructura.

El mayor desafío es explicar a partir de ideas tan abstractas cómo emerge el espacio-tiempo clásico. En los últimos años gracias a nuevos procedimientos de aproximación se ha demostrado que la teoría tiene estados cuánticos que describen universos donde la geometría, en una aproximación correcta, es clásica. Recientemente, también se ha descubierto que la gravedad cuántica de bucles predice que dos masas se atraerán la una a la otra exactamente del modo que especifica la ley de Newton.


Mediante la gravedad cuántica de bucles se ha podido ir más allá en los agujeros negros de lo que se ha llegado en otras teorías físicas. Proporciona cálculos que prueban que las singularidades en el interior de los agujeros negros se eliminan. El tiempo puede continuar más allá del punto en el que la relatividad general clásica predijo que debía terminar y parece que se dirige a unas regiones recién creadas del espacio-tiempo. La singularidad es sustituida por lo que se llama "salto del espacio-tiempo". Justo antes del salto se expande hacia el interior de una nueva región que antes no existía (agujeros blancos, tal como conjeturó John Archibald Wheeler).Aplicando cálculos similares al Universo primitivo se han encontrado pruebas de que la singularidad es eliminada antes del Big Bang, lo que significaría que el Universo ya existía antes. Por otra parte, la eliminación de la singularidad ofrece una respuesta natural a la paradoja de la pérdida de información en un agujero negro planteada por Hawking, la información no se pierde, sino que se traslada a una nueva región del espacio-tiempo.


Lo más importante de esta teoría es que es capaz de producir previsiones de observaciones reales que serán confirmadas o no por experimentos, como ha sucedido con la física desde siempre. Es la forma natural de avanzar paso a paso, pisando despacio pero firme para avanzar en la dirección correcta. En este sentido hace poco se han hecho predicciones precisas en relación con los efectos de la gravedad cuántica que podrían ser vistos en observaciones futuras del fondo cósmico de microondas.
(Reedición de un antiguo post, iré añadiendo algunas novedades: Otro enfoque sobre un espacio cuántico, más sencillo, puede ser el determinado por las propias fluctuaciones cuánticas del vacío -->Las fluctuaciones de energía determinan la propia geometría del espacio. No
son simples variaciones sobre un fondo fijo y estable, por lo que analizando su
estructura podremos averiguar algo más sobre la referencia espaciotemporal
que determinan. Por una parte son no diferenciables, hasta el punto de que son la
causa directa de la desaparición del concepto clásico de trayectoria continua en
el vacío. Por otra parte su estructura es auto semejante a cualquier escala --->Seguir leyendo



2020/07/29

Sobre la información, el entorno y nuestra ciencia/tecnología




De la interacción con nuestro entorno intercambiamos materia y obtenemos energía y conocimiento en bruto que después convertimos en ciencia y tecnología. La vida, los ecosistemas y, en cierta forma, las propias sociedades humanas son un tipo especial de estructuras llamadas disipativas que obtienen orden (disminuyen su entropía) a costa del entorno. Son estructuras abiertas que aumentan su información útil a partir de la información exterior. En el límite, este fenómeno es el que lleva a la ciencia a confirmar con experimentos la veracidad de sus teorías.
Estructuras disipativas.
La información de que disponemos y el saber que ha acumulado nuestra especie, durante miles de años, proviene de nuestro entorno. Todo lo que somos, nuestro cuerpo, y lo que hemos aprendido lo hemos tomado de la naturaleza y de sus leyes. Hemos evolucionado a lo largo de miles de millones de años y toda la información acumulada se encuentra en nuestro ADN. Conforme crecemos en el seno materno repetimos la evolución que han seguido nuestros ancestros, de hecho si comparamos los primeros estadios del feto de un ser humano con los de varios animales tan diferentes como puedan ser una gallina o un cerdito, veremos que son difíciles de distinguir unos de otros.  

Todo nos lo ha facilitado el entorno, y por mucha tecnología que dominemos va a seguir siendo así. Cada avance de la ciencia se basa en teorías que se deben probar en la realidad, es el entorno el que las valida. Nos dice las que son correctas y de esa forma podemos seguir con nuestra ciencia. Cuando nos vanagloriamos ingenuamente del poder de “nuestra” ciencia, viene un simple virus y nos devuelve a la realidad: recuerdo cómo se maravillaba un famoso biólogo, especializado en el estudio de las bacterias, cuando hablaba de la inteligencia que mostraba su conducta y lo que había aprendido de ellas. Porque “nuestra” ciencia es la ciencia que le hemos podido extraer a la naturaleza, al entorno. 
Experimentos tan formidables como los que se están realizando, o se realizarán, con el LHC nos permitirán confirmar un montón de teorías y suposiciones, o nos ayudarán a concebir otras nuevas, que seguirán cambiando nuestra sociedad y a nosotros mismos en un baile sin fin en la escala de la complejidad. 

Y en ese curioso "baile", incluso si llega a ocurrir lo que se ha llegado a denominar "La singularidad" (singularidad tecnológica), la aparición de los ordenadores ultralistos (máquinas "más inteligentes  que los seres humanos") como cuenta el artículo de 1993 escrito por el ingeniero informático y escritor de ciencia ficción Vernor Vinge, en el que sostiene que la aceleración del progreso tecnológico nos ha llevado "al borde de un cambio comparable a la aparición de la vida humana en la  Tierra", la esencia no cambiará. En el hipotético futuro en el que las supermáquinas inteligentes o cualquier supercivilización nos supere, seguirá necesitando de su entorno para aprender y aprender cada vez más, seguirán necesitando contrastar sus hipótesis con la realidad y confrontando su tecnología con esa misma realidad. En el límite, suponiendo que se pueda transferir, prácticamente, todo el saber de la naturaleza (información) y lleguemos a dominar las leyes que la regulan, nuestros descendientes, que tendrán poco que ver ya con lo que somos ahora nosotros, dominarán el espacio y el tiempo (leyes de la gravedad cuántica) y los resortes de la vida y de la muerte. Si llega ese momento y han sido lo suficientemente inteligentes para no destruir este universo, habrán evolucionado no sólo tecnológicamente y, posiblemente, se fundan en la propia esencia de este mundo o mundos, suponiendo que exista el multiverso…infinidad de universos(1), en donde uno de ellos será el nuestro. Llegado a este punto, quizás unos seres tan evolucionados como los que he descrito estarían lo suficientemente desarrollados tecnológicamente para crear todo un universo de la nada, como se supone que ocurrió con el Bing Bang 





(1)Si hay uno o infinitos universos no lo sabemos todavía, pero nuestro tipo de universo está descrito por la teoría de cuerdas junto con otra infinidad de tipos de universo. Se puede decir que la teoría de cuerdasuna teoría aún en desarrollo capaz de unificar todas las fuerzas de la naturaleza describe todos los tipos de universos posibley algunos teóricos de cuerdas proponen que todos estos universos existen en un multiverso que los englobaría a todos  


2020/05/20

Primero un punto, y estalló el Big Bang...


...10.000 millones de años después un primitivo mundo de ARN, la vida.


Toda la complejidad del Universo y, posteriormente, de la vida comenzó a partir  de ese extraordinario punto. Primero la Gran Explosión y después de millones de años, como consecuencia de centenares de estallidos estelares, del polvo de estrellas… la vida. La explosión del Big Bang fue lo que Roger Penrose describió como una “explosión en perfecto orden”, lo que significa que aconteció con una mínima entropía (mínimo desorden), gracias a lo cual han podido desarrollarse estructuras tan ordenadas como la propia vida.

 
Universo en expansión.Wikipedia.
Pero lo más sorprendente es pensar en la información asociada a toda la complejidad que observamos en el Universo y en la vida en la Tierra. ¿Esa información, de alguna forma, estaba en el inicio, en el punto de estallido del Big Bang? Es difícil pensar que estuviera como lo está cuando consultamos la información contenida en un libro, de forma tan accesible y directa. La información debía encontrarse de una forma muy sutil: directamente y al mismo tiempo entrelazada mediante las leyes naturales implicadas y todo relacionado con una mínima entropía, que fue como la "cuerda" para el desarrollo del orden y estructura del futuro Universo. La futura teoría sobre la gravedad cuántica, capaz de compatibilizar la mecánica cuántica con la relatividad general, deberá dar respuestas a este enigma sobre el nacimiento de nuestro universo.


Porque sobre la creación de la materia/energía a partir de la nada se sabe que la masa total del Universo cerrado es igual a cero: todo el Universo puede surgir sin gastos de energía. Se cumple la ley de conservación de la energía pues la clave está en que la  energía del campo gravitatoria es negativa, mientras que la energía de la materia es positiva. La energía total es igual a cero... Pero qué ocurre con la información asociada a este proceso y su posterior desarrollo. ¿Toda la información surgió de la nada también? Igual que no se puede perder información en un agujero negro, ¿la información puede aparecer de la nada?


Teoría de la gravedad cuántica
Lo que al menos sabemos de la futura teoría de la gravedad cuántica es que el propio espacio-tiempo no es el fundamental, eterno e inmóvil referente que siempre hemos creído sino que emerge de una entidad fundamental discreta (no continua) y su propia  geometría debe estar inextricablemente ligada a las relaciones causales entre sucesos.
Radiación de fondo, el eco del Big Bang. Wikipedia


Según nuestras leyes físicas, el punto inicial del que proviene el Big Bang es una singularidad en donde ni el espacio ni las leyes que conocemos tienen sentido. La gravedad cuántica nos indica, en cambio, que la entidad de la que venía esa singularidad es discreta, más fundamental que el espacio-tiempo y ligada a la causalidad entre sucesos... Esa entidad anterior al espacio-tiempo y al Big Bang liga causalmente el antes y el después del nacimiento de nuestro Universo ...

El primitivo mundo de ARN
Volviendo a los orígenes de la vida en la Tierra, el llamado primitivo mundo de ARN fue una etapa temprana, quizás primordial, durante la cual las moléculas de ARN tuvieron un papel mucho más evidente en la herencia, el metabolismo y, particularmente, el origen y los primeros pasos en la evolución de la biosíntesis proteínica. La abrumadora evidencia de las propiedades estructurales, reguladoras y catalíticas de las moléculas de ARN, junto con su ubicuidad en los procesos celulares, solo se puede explicar reconociendo que representaron un papel clave en la evolución temprana de la vida, tal vez incluso en su origen (revista Mètode, UV).


La hipótesis del mundo de ARN es uno de los principales candidatos a explicar el proceso natural del surgimiento u origen de la vida. Propone que la vida en la Tierra surgió a partir de la versátil actividad de las moléculas de ARN, desarrollando posteriormente una membrana celular a su alrededor y convirtiéndose así en la primera célula procariota, estas moléculas de ARN no solo fueron el origen de los organismos celulares, sino también de los virus que por su parte no desarrollaron una estructura celular (Wikipedia).
 
Árbol filogenético, en el centro los ancestros comunes. Wikipedia.

Estructuras disipativas
El nacimiento de la vida tuvo mucho que ver con las llamadas estructuras disipativas que suponen la aparición de estructuras coherentes, autoorganizadas, en sistemas alejados del equilibrio. Se trata de un concepto de Ilya Prigogine, que recibió el Premio Nobel de Química «por una gran contribución a la acertada extensión de la teoría termodinámica a sistemas alejados del equilibrio, que sólo pueden existir en conjunción con su entorno».


El término estructura disipativa busca representar la asociación de las ideas de orden y disipación. El nuevo hecho fundamental es que la disipación de energía y de materia, que suele asociarse a la noción de pérdida y evolución hacia el desorden, se convierte, lejos del equilibrio, en fuente de orden. Lo que ocurre es que estas estructuras, tal como la vida, extraen el orden y la materia del entorno y devuelven desorden: disminuyen su entropía a costa del entorno.

La pregunta sigue en el aire: ¿en ese primer instante, en ese punto primordial estaba de alguna forma la información suficiente para que la propia materia se organizara y se pensara a si misma y al vasto Universo que la contiene? ¿La teoría de la gravedad cuántica nos dará las respuestas que nos plantea ese punto primordial que hizo estallar, en un estallido ordenado y "bajo-entrópico", el Universo de la nada "gravito-cuántica" que lo precedía?¿Estamos en uno de tantos universos que componen un inmenso “multi-Universo" (multiverso)?