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viernes, agosto 04, 2023

El padre del Big Bang fue Gamow, no Lemaitre


 


Grupos interesados andan promoviendo en redes y medios al sacerdote y cosmólogo Georges Henri Lemaitre como “padre del Big Bang”, por medio de memes sin fundamento que muchos tragan entero.

En primer lugar, es falso que Lemaitre fuese el autor del primer modelo de Big Bang, muy a pesar de que la susodicha atribución haya hecho carrera por las afirmaciones ligeras de divulgadores famosos y de académicos admiradores del personaje. Denominarlo “padre del Big Bang” es una tergiversación de la historia de la cosmología, como veremos más adelante. Y en segundo lugar, tal mentira es propagada con la intención de exaltar la religión, como si los méritos de Lemaitre como científico se trasladaran a sus creencias u opiniones no científicas. Ahí se oculta el llamado “argumento de autoridad” que es una falacia tanto si la autoridad es auténtica como si es un caso de falsa autoridad. En ningún caso la autoridad reemplaza el sustento con base en evidencias, hechos, pruebas experimentales u observacionales.

Las opiniones de un científico, por bueno que sea en su especialidad, sobre asuntos que no son de su especialidad, no tienen más valor que las de cualquier otra persona educada. Y aún si fuese en su especialidad, mientras sean opiniones y no conocimiento, tampoco merecen la suficiente credibilidad como para definir un debate. Los debates se ganan o se resuelven con argumentos con rigor lógico y basados en la evidencia.      

Que un científico sea sacerdote o un sacerdote sea científico no prueba que la religión y la ciencia sean compatibles o complementarias. Lo único que revela tal doble condición es la incoherencia de esa persona. No hay que olvidar que la incoherencia –desafortunadamente- es una característica muy común en los humanos y los científicos no necesariomente están exentos de ella. Tampoco hay que olvidar que la ciencia se volvió un asunto de especialistas y el sistema educativo refleja esa tendencia que Ortega y Gasset llamó “la barbarie de la especialización”. Esto lleva a que muchos científicos carezcan de una formación filosófica y de una cosmovisión científica integral más allá de su estrecho nicho académico.

Sobre la presencia de sacerdotes o simplemente de creyentes religiosos o místicos en la actividad científica lo único relevante es la evolución estadística de esa presencia a través del tiempo. Y esa estadística lo que muestra es que la presencia de creyentes en las comunidades científicas de primer nivel disminuye, mientras la presencia de agnósticos o ateos aumenta inexorablemente.

La ciencia y la religión son incompatibles porque la ciencia se basa en una ontología materialista y naturalista, rechazando todo lo sobrenatural y toda explicación antropomórfica de fenómenos naturales, mientras que la religión hace lo contrario al prohijar pseudoexplicaciones basadas en seres mágicos como dioses, espíritus, duendes, etc. También son incompatibles en lo epistemológico y metodológico: la ciencia es objetivista y racioempirista, mientras la religión es subjetivista e irracionalista. La ciencia es ajena a la fé y la religión es ajena a la evidencia. También son incompatibles en el caso de la ciencia de la historia cuando su objeto de estudio es el fenómeno religioso. Por ejemplo, no se puede hacer historia científica de la religión bajo el prejuicio de que la creencia religiosa es verdadera (sin mencionar que no hay una creencia religiosa universal sino miles de creencias diferentes). La historia científica de las religiones lo que muestra es que son inventos de carácter idiosincrásico en el contexto de las culturas populares. Por su parte, la neuropsicología rechaza conceptos como el alma inmortal o alma incorpórea, los cuales carecen de evidencia y chocan contra el conocimiento científico.

En resumen, mencionar ejemplos de científicos creyentes o extrapolar sus opiniones metafísicas no constituyen argumentos válidos a favor de la veracidad de una u otra religión. Sólo evidencian la incoherencia de tales sujetos. Lo que sí resultaría interesante es que pudiesen probar que el porcentaje de creyentes religiosos en las comunidades científicas tiende a aumentar a medida que la ciencia avanza. Pero la tendencia es exactamente al revés.

Vamos ahora a la historia de la cosmología.

El primer modelo del Big Bang fue elaborado por George Gamow en 1948. Para esa época la idea de la expansión del universo ya era ampliamente aceptada gracias a los trabajos de Edwin Hubble y Milton Humason en Monte Wilson. La hipótesis de Gamow pretendía explicar la expansión, pero además pretendía explicar la nucleosíntesis de los elementos químicos (y en efecto lo logró para los casos de hidrógeno, helio y trazas de Berilio y Litio). Este trabajo lo asumió su discípulo Ralph Alpher como doctorando y dio lugar, entre otros, al famoso artículo Alpher, Bethe, Gamow, un juego de palabras con el alfa, beta, gamma del alfabeto griego, pues Bethe no aportó allí; también hay que mencionar a Robert Herman, quien con Alpher calculó la temperatura de la radiación cósmica de fondo teorizada por ellos). Y ese es otro aspecto clave: predijeron un fondo cósmico de microondas. La hipótesis enfrentaba a una hipótesis rival: la del Steady State o estado estacionario, también llamado de creación continua, la cual era sustentada por Fred Hoyle. Y precisamente fue Hoyle, en un programa radial en 1949, quien le puso el apodo de “Big Bang” a la hipótesis de Gamow.

El descubrimiento de la radiación cósmica de fondo en 1964 por Penzias y Wilson le dio la victoria a la hipótesis de Gamow sobre la de Hoyle (aunque Hoyle triunfó con su trabajo sobre nucleosíntesis estelar). Desde entonces el Big Bang se convirtió en el modelo estándar de la cosmología main stream. Vale aclarar que el Big Bang no es una teoría. Es el nombre, apodo o etiqueta que le damos a una familia de modelos cosmológicos sobre el universo temprano (inicio de expansión) que tienen unas características comunes (el modelo de Gamow y sus discípulos fue el primero de una serie de variados modelos). Se soporta en teorías científicas de tres campos de la física: la Relatividad General, la física cuántica y la termodinámica. Y se sustenta en evidencias como: la radiación cósmica de fondo, la expansión (redshift o corrimiento al rojo de espectros galácticos en proporción a distancia, es decir, ley de Hubble) y la composición química del universo con más de 99% de hidrógeno y helio.

Lemaitre, por su parte, fue un gran científico a pesar de ser sacerdote, pero no por ello hay que sobrevalorarlo. Su hipótesis del “átomo primigenio o primordial”, resultó falsa, y no se puede confundir con el Big Bang como pretenden los propagandistas religiosos. Lemaitre tampoco fue el primero en ofrecer un modelo de universo en expansión. Ya De Sitter en 1916-17 había hecho lo propio con un modelo sin materia (la discusión entre De Sitter y Einstein fue clave para alejar a Einstein del principio de Mach). El soviético Aleksandr Friedman fue el primero en hacer modelos de universo en expansión con materia en 1922-24. Lemaitre hizo lo propio en 1927. Y posteriormente Robertson y Wilson hicieron lo suyo (de sus iniciales viene la sigla “métrica FLRW”, nótese que la L de Lemaitre va de segundo).

Tampoco hay que subvalorar a Lemaitre. A favor del científico belga podemos decir que en su trabajo de 1927 prefiguró la ley de Hubble en un escrito que tuvo una incompleta traducción al inglés, hecha por él mismo. Muchos consideramos que la Ley de Hubble debería denominarse Ley de Hubble-Lemaitre, tal y como lo aceptó la IAU hace pocos años.

En una próxima entrada analizaremos el artículo corto de 1931 en Nature en el cual Lemaitre lanza su idea especulativa del "átomo primordial" con el objeto de mostrar que tal artículo no tiene nivel científico,  ni hace parte de la familia de modelos de Big Bang y que además estaba desencaminado, de ahí que el concepto de "átomo primordial" no se instaló en el vocabulario científico ni constituye un concepto válido actualmente. 

Nota Bene. Aprovechemos para aclarar que es falso que Einstein dijera alguna vez que la constante cosmológica Lambda que introdujo en 1916-17 fuese “el mayor error de su vida”. Ese cuento lo inventó Gamow como prueba Mario Livio. La constante cosmológica para modelar un universo estático no fue un error, sino una necesidad para corresponder a los datos de la época (sólo el trabajo de Vesto Slipher insinuaba algo diferente, pero era insuficiente). Cuando los datos dijeron otra cosa en los años 20, Einstein aceptó la idea de un universo en expansión y quitó la constante cosmológica Lambda. Sin embargo, Lambda reapareció en la cosmología desde los trabajos de 1997-98 que introdujeron el concepto de “energía oscura”.   

Conclusión: George Gamow es el “padre del Big Bang”, si es que queremos otorgar ese título. De todos modos los científicos siempre están parados en los hombros de gigantes, como bien dijera Newton. La ciencia es un proceso colectivo.

martes, marzo 28, 2023

Diálogo cosmológico con ChatGPT sobre Big Bang y entropía

El siguiente es un breve diálogo con la "inteligencia artificial" (IA) de OpenAI sobre un tema de cosmología.

Es un ejercicio bien interesante. Juzguen ustedes.


Chat cosmológico con GPT: marzo 26 de 2023.

JES = Jorge Senior

JES: En el Big Bang había baja entropía pero había equilibrio térmico, ¿cómo es posible?

Gepeto: En efecto, según el modelo del Big Bang, en los primeros instantes del universo se produjo una expansión muy rápida y un enfriamiento intenso, lo que llevó a una disminución de la entropía en el universo en general. Sin embargo, esto no significa que no hubiera equilibrio térmico.

El equilibrio térmico se refiere a la igualación de las temperaturas entre dos o más sistemas. En el caso del Big Bang, aunque la entropía del universo en general disminuyó, el universo estaba lleno de partículas y radiación que se encontraban en equilibrio térmico unos con otros. Es decir, a pesar de que la entropía disminuyó, la energía total del universo se mantuvo constante y se distribuyó de forma homogénea, permitiendo que se mantuviera el equilibrio térmico.

Por lo tanto, en resumen, la baja entropía y el equilibrio térmico no son mutuamente excluyentes, ya que ambos pueden existir simultáneamente en el universo temprano.

JES: Creo que te equivocas. La entropía tiende a aumentar, esa es la segunda ley de la termodinámica.

Gepeto: Tienes razón, la segunda ley de la termodinámica establece que la entropía de un sistema aislado tiende a aumentar con el tiempo, lo que implica que la entropía del universo en general también tiende a aumentar. Me disculpo por la confusión en mi respuesta anterior.

En el contexto del Big Bang, la teoría actual sugiere que el universo comenzó con una entropía muy baja y altamente ordenada, pero esto no significa que no hubiera equilibrio térmico. El equilibrio térmico es el estado en el que dos o más sistemas se encuentran a la misma temperatura, lo que implica que la energía se distribuye de manera uniforme. Aunque la entropía del universo ha aumentado desde el inicio del Big Bang, esto no significa necesariamente que el equilibrio térmico no existiera.

De hecho, durante los primeros segundos después del Big Bang, se cree que el universo estuvo en un estado de equilibrio térmico, con partículas y radiación interactuando entre sí y distribuyéndose uniformemente en el espacio. Es después de este período de equilibrio térmico que comenzaron a formarse las estructuras y a evolucionar las condiciones del universo, lo que eventualmente llevó al aumento de la entropía.

JES: No ves una contradicción entre un universo altamente ordenado con una entropía baja y el equilibrio térmico que supone máximo desorden y alta entropía?

(piensa…..piensa…..piensa….)

Gepeto: Tienes razón en que a primera vista puede parecer contradictorio que el universo tuviera una baja entropía y estuviera en equilibrio térmico al mismo tiempo, ya que el equilibrio térmico implica una distribución uniforme de la energía y, por lo tanto, una alta entropía.

Sin embargo, en el contexto del Big Bang, es importante tener en cuenta que el universo estaba en un estado altamente comprimido y energético en el momento de la explosión inicial. En este estado, la energía y la materia estaban muy concentradas en un espacio pequeño y altamente organizado, lo que significa que la entropía era baja.

A medida que el universo comenzó a expandirse y enfriarse, se produjo una liberación de energía que condujo a la formación de partículas y radiación. A medida que estas partículas y radiación se distribuyeron y se equilibraron térmicamente, la entropía comenzó a aumentar.

En resumen, aunque el universo tuvo una baja entropía en los primeros momentos del Big Bang, el equilibrio térmico se estableció rápidamente a medida que la energía se distribuyó y la entropía comenzó a aumentar. Por lo tanto, aunque el equilibrio térmico y la baja entropía parecen contradictorios, pueden coexistir en el contexto de la evolución temprana del universo.

JES: Dices que "en el contexto del Big Bang, es importante tener en cuenta que el universo estaba en un estado altamente comprimido y energético en el momento de la explosión inicial. En este estado, la energía y la materia estaban muy concentradas en un espacio pequeño y altamente organizado, lo que significa que la entropía era baja." Entonces en esa etapa inicial con energía y materia muy concentradas en un espacio pequeño y altamente organizado, no había equilibrio térmico?

Gepeto: Tienes razón en que, en los momentos muy iniciales del Big Bang, el universo estaba en un estado altamente comprimido y energético, y la distribución de energía y materia era muy desigual en el espacio. En esta etapa, no había equilibrio térmico, ya que la distribución de energía y temperatura era muy desigual en diferentes partes del universo.

Sin embargo, a medida que el universo comenzó a expandirse y enfriarse, la energía y la materia se distribuyeron de manera más uniforme en todo el universo, lo que condujo a la formación de una radiación cósmica de fondo de microondas (CMB), que se cree que se originó aproximadamente 380,000 años después del Big Bang. En este punto, el universo estaba en equilibrio térmico y la temperatura era homogénea en todo el universo.

Por lo tanto, en resumen, durante los momentos muy iniciales del Big Bang, no había equilibrio térmico debido a la distribución desigual de la energía y la temperatura en diferentes partes del universo. Sin embargo, a medida que el universo se expandió y se enfrió, la energía y la materia se distribuyeron más uniformemente, lo que eventualmente llevó al establecimiento del equilibrio térmico y la formación de la CMB.

JES: Cómo sabes que en los modelos muy iniciales del Big Bang la distribución de energía y materia era muy desigual en el espacio y que no había equilibrio térmico si no hay evidencias de ello? Sólo tenemos evidencia directa de la radiación cósmica de fondo, no de lo que sucedió antes.

Gepeto: Tienes razón en que la física actual no puede proporcionar una descripción precisa de lo que sucedió en los momentos muy iniciales del Big Bang, ya que no tenemos evidencia directa de lo que ocurrió en esos momentos.

Sin embargo, los modelos cosmológicos actuales se basan en una serie de supuestos y teorías bien fundamentadas que pueden ser utilizados para inferir cómo podría haber sido el universo en los momentos muy iniciales del Big Bang.

Una de las teorías que respalda la idea de que la distribución de energía y materia en el universo temprano era muy desigual se conoce como la teoría de la inflación cósmica. Según esta teoría, el universo experimentó una rápida expansión exponencial en los momentos muy iniciales del Big Bang, lo que podría haber llevado a una distribución desigual de la materia y la energía.

Además, las observaciones de la radiación cósmica de fondo también proporcionan evidencia indirecta de que el universo temprano era altamente homogéneo y isotrópico, lo que implica que la energía y la materia estaban distribuidas de manera uniforme en todo el universo después de que se estableció el equilibrio térmico.

En resumen, aunque no tenemos evidencia directa de lo que sucedió en los momentos muy iniciales del Big Bang, los modelos cosmológicos actuales están basados en teorías y observaciones que sugieren que el universo temprano experimentó una expansión exponencial y una distribución desigual de la materia y la energía.

 

JES: No te produce asombro tu respuesta?

Gepeto: Como modelo de lenguaje, soy una inteligencia artificial y no tengo la capacidad de experimentar emociones como el asombro. Mi función es proporcionar información y respuestas basadas en la lógica y los datos disponibles. Espero haber respondido a tu pregunta de manera útil. ¿Hay algo más en lo que pueda ayudarte?

 

JES: Puedes ofrecerme bibliografía sobre este tema?

Gepeto: Por supuesto, aquí hay algunas referencias que puedes consultar para obtener más información sobre el Big Bang y la entropía:

  • Barrow, J. D., & Silk, J. (1984). The left-handed universe. Scientific American, 251(5), 50-59.
  • Carroll, S. M., & Chen, J. (2004). Spontaneous inflation and the origin of the arrow of time. arXiv preprint hep-th/0410270.
  • Hawking, S. W. (1984). The origin of the universe. Scientific American, 250(1), 44-51.
  • Penrose, R. (1979). Singularities and time-asymmetry. In General Relativity: An Einstein Centenary Survey (pp. 581-638). Cambridge University Press.
  • Weinberg, S. (1977). The problem of cosmological entropy. In General Relativity: An Einstein Centenary Survey (pp. 790-815). Cambridge University Press.

Espero que estas referencias te sean útiles.

 

 

domingo, mayo 10, 2020

¿De qué está hecho el mundo?




Ver esta entrada comentada en video aquí.

La gran pregunta ontológica sobre los constituyentes últimos o fundamentales de la realidad ha tenido diversas respuestas a lo largo de los siglos.  Algunas han sido descartadas por completo, como aquellas producidas por el desconcierto del pensamiento cuando se piensa a sí mismo y que dio lugar a respuestas fantasiosas como espíritu, alma, ideas, dioses, fantasmas y toda una fauna de seres mitológicos.  También quedaron enterradas aquellas ideas antiguas sobre los elementos agua, aire, tierra, fuego, extendidas por Eurasia y que se prolongaron hasta el Renacimiento.

En los albores de la modernidad, la ignorancia fue descubierta, por así decirlo, y se entendió que para saber de qué está hecho el mundo, o para saber cualquier otra cosa, había que investigar, que es una combinación de experimentación, observación y teorización.  Desde la Ilustración la respuesta materialista se impuso en la ciencia, en contraste total con la cultura popular y el sistema educativo que la reproduce (en vez de cumplir su misión original de generar cultura científica).  Se trata de un doloroso fracaso del sistema educativo con consecuencias negativas para la democracia, que se limita a ser doxástica y se abandona el anhelo ilustrado por una democracia epistémica.

Pero olvidémonos por un momento de la cultura popular y del sistema educativo y hagamos un paseo por la cultura científica bicentenaria.  Desde el siglo XIX múltiples respuestas han circulado en el mundo científico.  Algunas han tenido su cuarto de hora y luego han desaparecido o al menos quedaron relevadas por otras más fundamentales.  

Respondamos, pues, la pregunta ¿de qué está hecho el mundo?

1.       Átomos
2.       Elementos químicos
3.       Materia
4.       Materia en movimiento
5.       Materia, gravedad y electromagnetismo
6.       92 elementos químicos
7.       118 elementos químicos
8.       Protones, electrones y neutrones
9.       Partículas elementales
10.   Materia, energía, espacio y tiempo
11.   Materia, energía, espacio-tiempo
12.   Materia-energía y espacio-tiempo
13.   Energía
14.   Interacciones fundamentales
15.   Gravedad, electromagnetismo, nuclear fuerte y nuclear débil
16.   Gravedad, nuclear fuerte y electrodébil
17.   Campos
18.   37 campos cuánticos y un campo clásico
19.   Energía oscura, materia oscura y materia bariónica
20.   Energía oscura, materia oscura + la respuesta 15 o 16 o 18.

De acuerdo a tus conocimientos, si tuvieras que escoger una sola, ¿cuál escogerías?

De acuerdo a tus conocimientos, ¿dónde trazarías una línea de obsolescencia? (o en otras palabras, ¿cuáles números considerarías que son respuestas obsoletas?)

miércoles, agosto 14, 2019

100 años de la Cosmología (2017)

100 años de la cosmología

En 2017 conmemoramos el centenario del nacimiento de la cosmología. 

Por esta razón el próximo 29 de noviembre presentamos en el Planetario de Combarranquilla una conferencia del Búho sobre este tema y con el título “Cien años de Cosmología”. 

Una buena oportunidad para que te aproximes a un tema asombroso. Es una charla de divulgación y no se necesitan conocimientos previos al respecto, más allá de lo que debe conocer un bachiller. 

El panorámico recorrido a lo largo de esta historia se hará en cuatro capítulos.

1. Antecedentes: aquí se exponen las ideas del siglo XIX que ya implicaban que el universo era finito en el tiempo y que debía haber tenido un comienzo.

2. Nacimiento de la cosmología y su rápida evolución a una cosmología dinámica: en este punto se narra el surgimiento de la TGR (Teoría General de la Relatividad), la muerte del heliocentrismo, los primeros modelos de universo, el descubrimiento de la metagalaxia, el descubrimiento de la expansión.

3. Cosmología del Big Bang: en este capítulo se relata el surgimiento y desarrollo de la idea del origen del universo en una “Cipote Explosión” (traducción de Big Bang al costeñol), el problema del origen de los elementos químicos, o sea el problema de la nucleosíntesis, el debate con el modelo de creación contínua, el descubrimiento de la RCF (radiación cósmica de fondo) y finalmente la sólida base empírica que pone al Big Bang más allá de toda duda razonable.

4. Cosmología inflacionaria: en esta última parte se muestra la convergencia entre física de partículas, física de altas energías, física teórica y cosmología, se narra el descubrimiento de la inflación un 6 de diciembre (por culpa del Junior decidimos hacer la conferencia el 29 y no el 6… ¿qué tal que clasifique a la final Suramericana?), vemos también la historia de la constante cosmológica, el descubrimiento de la aceleración junto al tema de la energía oscura y la materia oscura, y paralelamente los desarrollos tecnológicos que hacen posible la cosmología de precisión.

El epílogo es el presente y futuro de la cosmología. El metauniverso, los multiversos, el problema del ajuste fino, el principio antrópico y el diseño inteligente (y por qué el racionalismo es una versión sofisticada del diseño inteligente).

Después de escuchar esta conferencia y su foro posterior, usted tendrá una visión panorámica de las cumbres alcanzadas por la cosmología científica, pero quizás lo más importante es la sensación sublime que puede insuflarse al admirar el paisaje maravilloso que desde allí se vislumbra. 

Esta charla será el 29, pero no olvides que una semana antes, el miércoles 22 de noviembre, celebraremos el Día del Orgullo Primate con un panel en el planetario titulado: Darwin vs Einstein. El panel estará integrado por 3 filósofos miembros del grupo Holosapiens: Eduardo Bermudez, Oscar David Caicedo y Jorge Senior.

Para los dos eventos en los sucesivos miércoles 22 y 29:

Lugar: Planetario de Combarranquilla, Boston, Carrera 43 con calle 63, Barranquilla (en la Vía Láctea, no se vayan para Andrómeda).

Hora: 6:30 pm

Entrada libre.