El problema con la constante cosmológica


Hace algún tiempo dedicamos este post a mostrarle a todo el mundo cómo Rafa demuestra públicamente la magnitud de su ignorancia en un tema como la constante cosmológica. Pues bueno, ayer por la noche me encontraba leyendo este artículo de Victor J. Stenger en la web del Comittee for Skeptical Inquiry y, recordando la brillante exposición de Rafa, me ha parecido interesante traducirlo para que podamos interpretar la diferencia entre cómo explica los conceptos un científico de verdad y cómo lo hace nuestro querido charlatán de cabecera.

Espero que disfrutéis del artículo, como siempre, cualquier inexactitud es achacable al traductor.

El Problema con la Constante Cosmológica

Reality Check

Victor Stenger

Volume 21.1, Spring 2011

La idea de un universo en expansión fue propuesta por vez primera en 1927 por el astrónomo Georges-Henri Lemaitre. Si bien los cálculos de Lemaitre mostraban que un universo en expansión era consistente con la teoría de la relatividad general de Einstein, Einstein estaba en desacuerdo y parece que le dijo a Lemaitre, “tus matemáticas son correctas pero tu física es abominable”. Einstein todavía mantenía la creencia tradicional de que el universo era un “firmamento” estático tal y como estaba implícito en la Biblia y otras escrituras que presentan mitos de creación. “Estático” no significa en este caso que los objetos estén quietos. Los objetos se mueven pero su distancia promedio de separación permanece constante.

Einstein había insertado, en su ecuación gravitacional, un factor denominado constante cosmológica que proporcionaba una fuerza repulsiva que contrarrestaba la atracción gravitacional que, en caso de no existir esa constante, causaría el colapso del universo. Si bien con frecuencia se refiere a la constante cosmológica como un factor corrector, esto es engañoso. La ecuación de Einstein requiere esa constante aunque no se proporcione ningún valor. Si su valor es positivo, la constante produce repulsión gravitacional, si es negativo, es una atracción adicional a la de la gravedad normal.

En los primeros años 20 del siglo pasado, el astrónomo Edwin Hubble, que trabajaba en el Observatorio del Monte Wilson en California, descubrió que muchos de los objetos difusos del cielo que se denominaban nebulosas eran, de hecho, galaxias distantes. El  universo se extendía bastante más allá de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea. Más tarde, en esa misma década, Hubble y su asistente Milton L. Humason estimaron la distancia a las galaxias usando una técnica inventada por Henrietta Swan. Esto lo combinaron con medidas de los desplazamientos hacia el rojo de las líneas espectrales de las estrellas en las galaxias que habían sido medidas por Vesto Sipher.

La luz emitida por un gas a alta temperatura está caracterizada por “líneas espectrales” de frecuencias bien definidas. Los distintos gases tienen distintos espectros. Al observar los espectros de la luz de las estrellas, los astrónomos son capaces de descifrar la composición de la superficie de la estrella. El elemento helio se observó de esta forma en el sol antes de ser descubierto en la Tierra. Cuando una línea espectral está desplazada hacia frecuencias más bajas se denomina corrimiento o desplazamiento al rojo, cuando aparece desplazada a frecuencias más altas se denomina desplazamiento al azul.

Hubble y Humason mostraron que las galaxias estaban, en general, desplazadas al rojo y, por lo tanto, que se estaban separando de nosotros. Encontraron que la cantidad del desplazamiento al rojo de una galaxia era proporcional a la distancia a la que se encuantra aunque había muchas interferencias en los datos obtenidos.

Lemaitre proporcionó una explicación consistente con la ecuación de Einstein: el universo se está expandiendo por lo que a medida que el tiempo pasa, las galaxias se están moviendo alejándose de nosotros. El desplazamiento al rojo observado es consecuencia del efecto Doppler derivado de las velocidades de alejamiento. Los resultados de Hubble mostraban que las galaxias se separaban entre sí como si fuera el resultado de una gigantesca explosión en la que las galaxias con velocidades más altas son las que se alejan más. Esto se conoce como el big bang.

Cuando Einstein se dio cuenta de que la constante cosmológica no era necesaria para coincidir con las observaciones, la designó como su “mayor disparate”. Durante muchos años, se asumió el valor cero para la constante cosmológica, sin embargo no se ha encontrado aún una razón teórica para esta suposición.

La constante cosmológica ha resurgido. En 1980 se avanzó como un posible candidato para la fuerza repulsiva que producía la enorme expansión exponencial, denominada inflación, que sufrió el universo en sus primeros momentos. Más recientemente, la constante cosmológica ha sido propuesta para explicar la energía oscura repulsiva que es la responsable de la aceleración en la expansión del universo descubierta en 1998.

En la ecuación gravitacional de Einstein, la constante cosmológica es equivalente a una densidad de energía en el vacío, esto es, en un espacio en el que no existe materia. Al igualar esta densidad a la densidad de la energía de punto cero que queda en un volumen una vez que se sacan de él todas las partículas, se obtiene un número que es 120 órdenes de magnitud más alto que lo observado. Este valor haría que el universo se expandiera tan rápidamente que las galaxias no hubieran tenido tiempo de formarse. Este es el problema con la constante cosmológica.

El problema con la constante cosmológica ha sido usado por los teístas como un ejemplo del “ajuste fino” del universo que, afirman, es una evidencia de la existencia de dios. Sin embargo, el cosmólogo Don Paige, cristiano envangélico, ha señalado que el valor aparentemente positivo de la constante cosmológica es, de alguna forma, hostil para la vida ya que la repulsión actúa en contra de la atracción gravitacional necesaria para formar las galaxias. Si dios hubiera ajustado finamente el universo para la vida habría hecho la constante cosmológica ligeramente positiva.

El físico Leonard Susskind denomina al problema con la constante cosmológica como “la madre de todos los problemas de física” y la “peor predicción”. La solución actual, más aceptada entre los físicos, para el problema es la que se denomina “multiverso” en la que nuestro universo es sólo uno entre muchos otros que tienen una amplia variación de los valores de la constante cosmológica y de otros parámetros físicos. Lo que ocurre es que vivimos en un universo apropiado para nosotros. Susskind señala que la teoría de cuerdas tiene del orden de 10500 soluciones posibles, cada una de las cuales correspondería a un universo separado dentro del multiverso.

Aunque no tengo nada en contra de la teoría del multiverso, mi visión es que el cálculo de la constante cosmológica es tan claramente erróneo que puede ser ignorado. Si bien los físicos no han alcanzado, todavía, un consenso sobre el cálculo correcto, una posibilidad que está de acuerdo con las observaciones, es la que se denomina como principio holográfico.

El cálculo de la densidad de energía del vacio del universo implica una suma sobre todos los estados de energía de punto cero del universo. La “peor predicción” asumía que el número de estados es proporcional al volumen, pero existe ahora una razón para creer que esto es incorrecto. El principio holográfico afirma que el número de estados en un volumen es proporcional al área superficial de ese volumen, como en el caso de un agujero negro. El universo no puede tener más estados que los de un agujero negro del mismo tamaño. La densidad de energía calculada para esta suposición es del mismo orden de magnitud que la densidad de energía del vacío obtenida de las observaciones. Inluso si esta no es la fuente real de la energía oscura, podemos decir que los cálculos que resultan en una discrepancia de 120 órdenes de magnitud están, casi con total seguridad, equivocados.

Por lo tanto, el ajuste fino de la constante cosmológica es otro argumento del “Dios de los huecos” en el que el hueco está siendo rellenado por el conocimiento.

7 comentarios

Archivado bajo Explicaciones

7 Respuestas a “El problema con la constante cosmológica

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  2. Novat

    Se te olvidó decir que Georges Lemaitre era también sacerdote. Y que hay un montón de físicos que creyó, cree y creerá.
    http://es.wikipedia.org/wiki/Georges_Lema%C3%AEtre
    Ciencia y teología no están “peleados”. Este es un argumento falaz ateo. Como tantos otros que usan.

    • Novat, en primer lugar me gustaría agradecerte tu participación. En segundo lugar, como verás yo me he limitado a traducir un artículo de Victor J. Stenger que es muy crítico con la teoría del “ajuste fino”. Por otra parte, argumentos falaces han sido también empleados por los teistas y las religiones establecidas.

      En cualquier caso, puedo llegar a estar de acuerdo contigo en que ciencia y teología no tienen por qué estar peleados, mis padres son los dos científicos (doctores en ciencias químicas) y son muy creyentes y a ellos no les parece inconsecuente. A mí personalmente sí me parece inconsecuente pero quién soy yo para criticarlos.

      Saludos,

  3. G.

    Le contaré: por mi parte, he buscado por todos lados, sin quedarme con lo que diga un solo libro.
    El problema parece estar en la definición de dios: no sabemos realmente qué es. Muy probablemente no sea un dios personal.
    No obstante, personalmente, lo que he podido intuir es que sí existe. Las religiones abusan de sus dogmas, y tal como decía Max Planck, los ateos “le dan demasiada importancia a los símbolos”. Considerar también que la frase “dios no existe”, es también un dogma.
    Cosas que cualquier agnóstico(*) debiera investigar:
    – las distintas definiciones de dios (ver algún diccionario filosófico, por ejemplo, el de Abbagnano)
    – investigaciones sobre la conciencia fuera de la mente. Por ejemplo, la de los doctores Willem Vam Lommel y Jeffrey Long.
    Encontrarás detractores de ellos, pero carecen de argumentos sólidos. Por otro lado, sus propios argumentos sí son bastante convincentes. El problema es que la ciencia es incapaz de probar cuestiones fuera del campo físico.
    – relacionado con lo anterior, investigar qué cosa se sabe hoy de cómo se produce el pensamiento inteligente y la autoconsciencia. ¿Qué saben los expertos? ¿Qué diferencias hubo entre el cerebro de Einstein y el de una persona normal? ¿Se puede explicar el pensamiento sólo por reacciones físico-químicas?
    – investigar científicos que ha sido o son creyentes. Esto por sí solo no dice mucho, excepto que refuta la idea de que la religión es para necios. Hay gran cantidad de físicos cuánticos y astrofísicos en la lista.
    Algunos de ellos:
    Newton, Kepler, Copérnico, Morse, Mendel, Planck, Heisenberg, Fleming, Schrödinger, Marconi, Maxwell, Faraday, Boyle, Ampére, Linneo, Eddington, Edison. Algunos más nuevos, como Vlatko Vedral.
    – Investigar qué dice la ciencia con respecto a la existencia de un probable universo con más dimensiones.
    – Investigar parasicología. Aquí en sudamérica se le tiene mucho respeto a eso.
    – Estudiar la biblia. En sus partes fundamentales, no pudo haber sido escrita por simples pastorcitos.
    – Lógicamente, Dios no puede ser demostrado. Pero tampoco se puede demostrar que no exista. No obstante existe una demostración
    realizada por el famoso lógico (y amigo de Einstein) Kurt Gödel. Esto tampoco dice mucho, dado que lo que se requiere es una
    demostración ontológica, no sólo lógica. En este punto tales demostraciones han resultado inconsistentes. Dios es un hueso duro de roer para la razón pura.
    – Ciencia y teologia no están en conflicto. Son saberes de distinto nivel que eventualmente pueden coincidir en determinados puntos.
    No olvide que, sea cual sea la base y postura que tome, se debe reconocer que somos polvo de estrellas, y la materia se ha hecho inteligente y autoconsciente en nosotros. Pero antes de pensar en eso: ¿cómo es que de lo inorgánico se genera la vida?
    Si anda en su búsqueda, mucha suerte. Si no se quiere molestar al respecto, no me quedará más remedio que comprenderle.
    Saludos.

    Nota:
    (*) Se debe entender la diferencia entre agnosticismo y ateísmo. No son lo mismo. Bertrand Russell, por ejemplo, afirmó que él era agnóstico, no ateo.

    • Novat

      Corrijo un pequeño gazapo: donde dice “físicos cuánticos y astrofísicos”, debería decir solamente “científicos”, dado que se me colaron algunos que no fueron físicos.

  4. Aquí les comparto un vídeo que ni apoya ni invalida el argumento del ajuste fino, pero al menos deja en ridículo el tratamiento tan pobre que se le da en esta publicación… solo busquen en youtube “Closer To Truth asks Leonard Susskind: Is the Universe Fine-Tuned for Life and Mind?”

    • Aarón, sobre la base de tu comentario no me queda claro si la publicación que hace el tratamiento pobre es el Misterios de la Astrofísica o el tratamiento pobre es el que hace este blog.

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