El mundo físico

El origen de todo

El origen del universo. El origen de la realidad. De la existencia misma. Parece que la cuestión del origen encierra el gran secreto de las cosas. Es la pregunta que explica por qué estamos aquí. Parece que nuestra concepción del origen gira alrededor de la idea de una gran explosión. No cabe duda que el modelo del Big bang tiene la ventaja de ser intuitivo y de tener una cierta base empírica, pero está lejos de explicarlo todo.

La ciencia asume que incluso si desvelase todos los aspectos relacionados con esa gran explosión nada estaría resuelto definitivamente. Una causa exige otra causa. La necesidad de una explicación nos lleva a la necesidad de otras explicaciones. No hay un por qué último o primero. Siempre quedará espacio para la especulación filosófica y para las visiones religiosas o míticas.

Esos relatos míticos del origen, desde el Génesis al Popol Vuh, pasando por el Enuma Elish, por ejemplo, tienen en común remitirnos a actos de voluntad de unos dioses.

El cosmos aristótelico

El motor inmóvil de Aristóteles. En ocasiones los filósofos encuentran soluciones que resuelven de manera curiosa esa oposición entre el cambio o permanencia. Uno de los casos más curiosos es la idea del motor inmóvil de Aristóteles. Considera que todo lo que se mueve debe su movimiento debe dicho movimiento a una causa anterior que, a su vez, estaba también en movimiento. Pero si todo lo que se mueve necesita de algo anterior que se esté moviendo parece que lo que tenemos es una cadena de causas infinita, sin un principio real del movimiento. Eso es inaceptable para Aristóteles, que defiende la existencia de un 'motor inmóvil', que tiene capacidad de mover sin estar en movimiento. Se identifica con Dios.

Ojo. Para Aristóteles no sería suficiente el primer motor inmóvil para explicar la naturaleza. Además de las causas de tipo mecánico entiende que hay un cierto tipo de causalidad final: para explicar el comportamiento de los seres vivos, por ejemplo, no solo tenemos que entender las causas anteriores o mecánicas, tenemos que entender que cada ser vivo cambia intentando satisfacer o cumplir todo lo que por su naturaleza está capacitado. Eso entiende que es una causa final (ej. la semilla, que por naturaleza tiende a convertirse en planta).

La ciencia moderna

A partir de la revolución científica del renacimiento (con figuras como Copérnico o Galileo) la ciencia presenta una nueva naturaleza: Se deja de considerar teleológicamente (se deja de hablar del fin que sigue la naturaleza al comportarse como se comporta), y se pasa a una visión mecanicista basada en: (a) Observación o experimentación, junto con (b) matematización de lo observado.

El positivismo y el origen de la sociología. El positivismo del XIX, intenta recoger la herencia de los avances científicos que han tenido lugar en los siglos precedentes. No solo defiende un modelo empírico de ciencia o recoge la esperanza de nuevas aplicaciones técnicas (como las ocurridas durante la revolución industrial). El positivismo de autores como Comte propone extender el método de las ciencias naturales al estudio de las realidades humanas y, en más en concreto, al estudio de la sociedad con vistas a su mejora. Comte se considera el fundador de la sociología.

Mecanicismo y determinismo

¿Qué es la materia? Uno de los puntos de apoyo que suele tener nuestra visión de la realidad es la certeza con la que se nos presentan las sensaciones del mundo físico. Parece difícil dudar que tenemos un cuerpo, que estamos constituidos de materia.

¿Pero sabemos lo que es la materia? Hasta cierto punto, no del todo: estamos habituados a pensar que se compone de pequeñas partículas llamadas átomos, que a su vez pueden subdividirse en otras (electrones, protones, etc.). Cuando pensamos en la materia como si fuesen ‘trocitos’ de algo la representamos más o menos así, por ejemplo:

Esto sería un átomo de hidrógeno, con un protón en el núcleo y un electrón girando a su alrededor. El problema es que esta representación no es más que un esquema muy simplificado frente a lo que las cosas son en realidad. Las siguientes imágenes son quizás un poco más ‘realistas’.

La idea de ‘materia’ es una idea abstracta, que poco a poco se va asentando dentro de las distintos autores y corrientes de pensamiento. Entre las concepciones de la materia encontramos:

• Las cosmologías presocráticas. Los filósofos presocráticos consideraban un principio material como base de la explicación de la naturaleza del mundo (physis). Entre ellos destacan los atomistas que, como Demócrito, pensaban que los principios de todas las cosas son los átomos y el vacío. Pese a tratarse de una idea antigua, la similitud con lo que hoy entendemos por átomo es considerable.
• Platón. Oponía la materia al alma. Al mundo de las ideas.
• Aristóteles. La materia es todo eso que tiene una forma. Es importante subrayar que la forma no es tanto la apariencia física de algo como la organización general de todas sus partes o partículas. Es algo que está cerca de lo que hoy entendemos por 'estructura', ya que de alguna manera nos remite a la interrelación que se observa entre las diferentes partes de algo. También es importante decir que son esas propiedades 'formales' las que para Aristóteles determinan el comportamiento de la materia. Esas propiedades determinan lo que cada cosa es y lo que cada cosa hace (cómo se mueve, qué fin persigue). Aristóteles tomaba a los animales como ejemplo: no se mueven tanto movidos por otras partículas como por sí mismos, persiguiendo lo que a su naturaleza le es más propio. Esta concepción recibe el nombre de teleológica.
• Helenismo y Roma. En la época helenística destacan las concepciones materialistas de Epicuro y Lucrecio.
• Mecanicismo. En el siglo XVII el materialismo vuelve a adquirir un papel fundamental dentro de la imagen del hombre moderno (tras siglos de Edad Media). Algunos autores importantes en este resurgir del materialismo son: (a) Gassendi, que retoma el atomismo antiguo. (b) Hobbes: dice que la noción de sustancia y la de cuerpo son sinónimas, que la idea de ‘sustancia espiritual’ es absurda. (c) Descartes, que con su res extensa cree poder explicar todos los fenómenos de la naturaleza excepto el del ser humano, que el el único ser al que dota de alma, concibiendo su alma como res cogitans. (d) Spinoza identifica a Dios con el conjunto de la materia. (e) En 1674 Robert Boyle publicó la obra The excellence and grounds of the mechanical philosophy, donde se acuña el término 'materialismo'.
• Materialismo ilustrado. El mecanicismo se convirtió en filosofía oficial de la modernidad ilustrada en el siglo XVIII. Autores como La Mettrie (con su obra El hombre máquina) o el barón d’Holbach o Diderot en sus obras de madurez.
• Positivismo. En el siglo XIX las visiones materialistas se encuadran dentro de una corriente general llamada ‘positivismo’, que además de considerar a la realidad como algo eminentemente material, considera que el conocimiento de la misma nos permite controlarla.

El determinismo. El determinismo es una teoría filosófica que se desprende de la concepción mecanicista del mundo. Si sostenemos una visión completamente materialista según la cual todo es materia regida por unas leyes inmutables que hacen que siempre se comporte de modo estricto según las mismas, la consecuencia inmediata es que si fuésemos capaces de conocer el estado físico de toda la materia del universo y las leyes exactas que lo gobiernan acabaríamos siendo capaces de conocer todos los detalles acerca del futuro.

Si observamos la contraposición entre las columnas de basalto de la Calzada de los gigantes (en Irlanda) y las formas impredecibles del agua. Ambos fenómenos siguen unas mismas leyes básicas. Esas leyes en unos casos producen unas formas regulares estrictas y predecibles y en otros casos formas caóticas imposibles de prever. ¿Por qué ocurre esto? ¿tiene algo que ver con la libertad?

Una de las posibles respuestas al determinismo las da la física contemporánea. Si descendemos al nivel de la física cuántica encontramos que las leyes, cuando intentan predecir los distintos fenómenos, no dan una respuesta exacta. Dan un valor probabilístico. Además, no es posible conocer con todo detalle todos los aspectos de la realidad.

La física contemporánea

Principio de incertidumbre. No es posible conocer con precisión y de manera simultánea la posición y la velocidad (cantidad de movimiento o ‘momento’) de una partícula subatómica. Es decir, cuanto más exactamente se determina la velocidad de una partícula menos exactamente se puede determinar la posición de la misma, y viceversa.

• Algunos lo han considerado como una prueba del indeterminismo físico.
• La naturaleza fundamentalmente probabilística de la teoría cuántica, donde las partículas no tienen trayectorias bien definidas.
• Hay un mundo microfísico regido por leyes estadísticas, no deterministas, pero que en macro emerge como determinista, dado el gran número de partículas involucradas (es decir, a efectos prácticos hay determinismo, aunque sea como resultado de procesos probabilísticos)

Física cuántica: densidades de presencia. Cuando intentamos describir o percibir un átomo de cerca, no está completamente clara su naturaleza. Por eso muchas veces se habla de la dualidad onda-corpúsculo. A muy pequeña escala los componentes de la realidad nos parecen tanto ondas como corpúsculos y no hay manera de saber realmente qué es lo que hay ahí.

Un electrón ya no es un punto en el espacio. Los científicos hablan de densidades de presencia, que son la probabilidad de que un electrón se encuentre en un lugar determinado… Pero esa probabilidad no quiere decir que el electrón pase más o menos tiempo en ese punto, sino que se halla distribuido en el espacio (imaginémoslo como una nube de energía).

Los componentes básicos de la física cuántica (‘cuantones’) no son corpúsculos ni ondas/nubes, en el sentido habitual de dichos términos y no pueden describirse asignándoles un tamaño, una posición, una forma, etc.

¿Cómo es posible entonces que tengamos un cuerpo estable, algo fijo y determinado, algo que percibimos como sólido y no tan abstracto como esos supuestos ‘cuantones’? No es fácil responder a esta pregunta, pero lo más importante que tenemos que saber es que la forma de la que se manifiesta ese ‘cuantón’ depende del contexto, de lo que le rodea, del resto de ‘cuantones’… Si un objeto es estable, sólido, tiene posición y tamaño no es porque esté compuesto de partículas sólidas, con posición y tamaño, sino porque la interacción global de las partículas que lo forman hace que surja un mundo físico con unas características concretas.

Teorías cosmológicas actuales

Partiendo de lo que la física sabe o propone emergen diversos modelos cosmológicos que están a medio camino entre la física y la filosofía. Nuestra explicación actual del mundo ha cambiado mucho las cosas desde la época de la ciencia moderna. Hemos descubierto que el mundo no es como parece, hay aspectos que considerábamos fijos y objetivos que dentro de las nuevas teorías pierden parte de su solidez u objetividad cuando se explican en detalle.

Modelo cosmológico estándar. Se trata de un modelo Apoyado en observaciones empíricas (radiación de fondo, corrimiento al rojo). Este modelo estándar supone que el universo comenzó con el Big Bang hace unos 13.800 millones de años. El espacio se expande desde entonces (lo que de alguna manera implica que el espacio no existe si no hay materia). Universo dinámico, no eterno ni estático, y en la estructura del universo a gran escala (galaxias, cúmulos, filamentos) la materia 'ordinaria' queda reducida a lo que sería una pequeña porción (≈5%) mientras que la materia oscura y la energía oscura suponen en torno al 95% del universo. Todo esto plantea interrogantes metafísicos: ¿qué es la energía oscura?, ¿por qué existe algo en lugar de nada?...

Universo inlacionario. Difumina la frontera entre ciencia empírica y especulación teórica. Complementa el modelo estándar, considerando que en los primeros instantes, el universo sufrió una expansión extremadamente rápida (inflación), que explica por qué el universo es tan grande y homogéneo, casi geométricamente plano. Esta visión refuerza la idea de leyes físicas actúan incluso antes de que existan estructuras y abre la puerta a hipótesis más radicales, como el multiverso.

Multiverso. Se trata de un conjunto de hipótesis sin una base empírica constatable. Considera que nuestro universo podría ser uno entre muchos, teniendo cada uno de ellos leyes físicas distintas. Esta hipótesis se considera en teorías como la de la inflación eterna, la teoría de cuerdas o la interpretación de los múltiples mundos de la física cuántica. Esta hipótesos reabre debates clásicos: azar, necesidad, sentido y finalidad.

Modelos cíclicos. Alternativa al Big Bang clásico añaden la idea de que el universo no tiene un inicio absoluto, sino que pasa por ciclos de expansión y contracción. El Big Bang sería un 'rebote' tras un colapso anterior. Esta hipótesis recupera la idea antigua de un universo eterno y elimina el problema del “comienzo del tiempo”, acercándose a concepciones cosmológicas de tradiciones filosóficas antiguas.

Principales anomalías

La física para avanzar depende de las anomalías, de datos que no encajan, de situaciones que las actuales ecuaciones no saben explicar o no logran predecir.

Entre las anomalías observadas hay algunas cuya relevancia es especialmente importante:

• El universo no se desacelera, según lo que predice una visión de la gravitación. Al contrario, el cosmos crece cada vez con más rapidez.
• El vacío no se comporta como debería. Los procesos cuánticos que lo pueblan eluden la gravedad, por ejemplo.
• Los agujeros negros desafían los conceptos básicos de la teoría de campos y de la termodinámica.
• Ciertas partículas elementales presentan una masa que parece prohibir la física de las 'altas energías'. El propio bosón de Higgs no se ajusta a lo predicho de manera considerable a este respecto.
• El Big Bang se enfrenta al reto de explicar qué es una singularidad.

Bibliografía

• Maclagan D (1989) Mitos de la creación: la aparición del hombre en el mundo. Madrid: Debate.
• Koyré [1957] Del mundo cerrado al universo infinito. Siglo XXI.{Cambios revolucionarios en la concepción del espacio en los siglos XVI y XVII}