La materia/energia

2013

Resumen

La materia/energía es el único componente
en toda existencia de nuestro universo. El Universo
Evolutivo actual parece resultar de dos propiedades
fundamentales de la materia/energía. Una de ellas es la
reactividad, que está presente en todas las
interacciones físicas que originan el movimiento y que
como idea filosófica se reconoce como determinismo.
La misma se manifiesta como autorreactividad, que se
traduce como factor de diversidad de las especies
generadas. Es decir que ambas propiedades, reactividad y
diversidad, intervienen en los procesos evolutivos de la
materia/energía.

La reactividad se mantiene en la diversidad de especies
formadas, en cualquiera de las expresiones de complejidad
que se considere, incluyendo las propiedades emergentes
que pueden aumentar la reactividad de dichas especies. Este
mantenimiento de la reactividad en las diversas formas que puede
adquirir la materia/energía en un proceso evolutivo se
manifiesta como proceso probabilístico. De manera
que ambos, determinismo y probabilidad, están
presentes en cualquier proceso evolutivo.

El conocimiento de la segunda ley de la
termodinámica y el previsto aumento de la entropía
sugieren que el universo tiende a un equilibrio en el que el
flujo de energía en la materia (movimiento) se
detiene.

Se desconoce el mecanismo por el que se puede generar la
energía que pone en movimiento el universo evolutivo
actual.

Introducción

¿Por qué reflexionar sobre la
materia/energía? Todo lo que existe para nuestros sentidos
podemos aceptarlo como materia/energía, y nos sugiere que
no alcanza para un entendimiento elemental del universo
¿Será que no estamos preparados para encontrar o
buscar esta comprensión? Es verdad que el movimiento ha
sido la preocupación histórica de la
comprensión de la naturaleza; sin embargo,
¿qué es lo que induce o determina el movimiento?,
¿y qué es lo que conduce a la interacción y
a la integración sucesiva de interacciones hasta
constituir un proceso?

Materia y energía se han reconocido separadamente
como componentes naturales del universo, posiblemente porque la
percepción de ambas formas puede ser bien definida. La
trascendental participación de la energía en los
diversos procesos físicos ha sido descripta por Moreschi
(2010b). El avance del conocimiento ya había permitido a
Einstein formular la equivalencia de materia y energía en
su famosa ecuación:

en la que la energía (E) es igual a la masa (m)
por la velocidad de la luz al cuadrado (c2 ).

El conocimiento de la materia proviene particularmente
de los avances en los estudios del movimiento. Es aquí
donde los físicos y matemáticos nos dejan los
mayores logros: la mecánica newtoniana y la
cuántica. Sin embargo, parece que no es fácil
unificar el determinismo de los grandes cuerpos y el probabilismo
de los pequeños debido a las dificultades de combinar
ecuaciones unificadoras de comportamiento. Aunque no siempre
parece haberse buscado la comprensión de la realidad en
las propiedades de reactividad y de diversidad de las formas de
la materia/energía. Este escrito intenta hacer
comprender particularmente estas propiedades como atributos
fundamentales de la materia, debido a que la diversidad que nos
sorprende frecuentemente en la naturaleza está en la
esencia misma de la materia/energía.

Los estados físicos

Desde el antiguo concepto que definía materia
como todo lo que puede ser percibido por los sentidos, hemos
incrementado el conocimiento con el desarrollo de la ciencia. Uno
de los rasgos que se le atribuían a la materia era su
relativa estabilidad, hasta que se reconoció que la
materia puede asumir diferentes estados, es decir los
estados sólido, liquido y gaseoso, como las
expresiones más simples de su inestabilidad, bajo la
acción (en interacción) de otros componentes y
propiedades de la misma materia, como temperatura, presión
y combinaciones de diferentes manifestaciones, de calidad,
cantidad y otras variables que actúan en cada
interacción. Más recientemente hemos aprendido
la noción de plasma, que para algunos constituye el
cuarto estado de la materia. El plasma está constituido
por partículas cargadas de iones libres y su
dinámica presenta efectos colectivos dominados por las
interacciones electromagnéticas de largo alcance. El
estado de plasma constituye un estado de agregación de la
materia que tiene características especiales,
diferenciándolo de este modo del estado gaseoso, en el que
no existen efectos colectivos importantes. En el plasma los
átomos se mueven libremente y a mayor velocidad en
función de la mayor temperatura. El plasma tiene la
característica especial de que puede ser manipulado muy
fácilmente por campos magnéticos y además
conduce la electricidad. El plasma parece ser uno de los estados
de la materia más comunes; se lo reconoce en estrellas,
nebulosas y otros componentes naturales; también en usos
tecnológicos modernos, como tubos fluorescentes,
lámparas de bajo consumo, pantallas de TV y monitores
diversos, entre otros.

Las propiedades
físicas

De la descripción del movimiento de los astros
(Copérnico, Galileo, etc.) se pasa a la predicción
(Newton, Laplace, etc.), con los cálculos
matemáticos que permiten estimar sus movimientos
incorporando al tiempo como un componente natural de la
física, aunque no de la materia. Los avances
particularmente en esta área permitieron realizar otros
avances importantes sobre la naturaleza y las propiedades de la
materia, entre ellos la energía interna de los
átomos por Rutherford (Le Bon, 1945). Entre los hechos
más atractivos se estableció la
transmutación de la materia, que ocurre en las
transformaciones termonucleares en el interior de estrellas: el
hidrógeno se fusiona dando helio, el helio da carbono, el
carbono da oxígeno, y en estrellas de gran masa y por
sucesivas adiciones de núcleos de helio se generan
neón, magnesio, silicio, azufre, etc., adiciones que se
producen por pasos, dos protones y dos neutrones por paso, hasta
llegar al hierro. Por otra parte, la degradación
radiactiva del carbono produce nitrógeno, entre otros
elementos. Otra forma conocida de transmutación es la
reacción antimateria, mediante la cual la
colisión de un protón con un antiprotón
produce fotones, entre otras reacciones ya conocidas, y aunque la
producción experimental de antimateria se encuentra en
desarrollo, no puede excluirse la posibilidad que en el universo
existan reservorios. También es posible que ocurra lo
contrario, es decir, en la colisión de un fotón con
la materia (clorofila), la energía del fotón queda
incorporada en la materia (el proceso fotosintético, por
cuanto la energía lumínica queda atrapada en la
materia).

Los físicos pudieron así unificar el
concepto de materia (Einstein, entre otros), indicando que
materia y energía eran dos manifestaciones de un mismo
principio, materia con masa y materia sin masa. Sin embargo, en
este último caso sería más aproximado decir
con masa infinitesimal, donde puede ser incluido el neutrino
entre otras porciones del núcleo, con propiedades que le
permiten atravesar sólidos sin colisionar con sus
componentes. Dicho de otro modo, la materia puede transformar su
naturaleza y también sus propiedades y relaciones con los
demás derivados de las interacciones, que también
son pura materia y/o energía.

En las interacciones, la materia evoluciona hacia otras
formas de manifestaciones o cambios de estado, en las que se
observan situaciones que se llamaron orden y en otros casos,
caos. Probablemente la única particularidad que marca la
diferencia es lo que define la afinidad de la interacción
de las partes. Así, por ejemplo, en las celdas de
Bénard se observa una organización cuantitativa de
las moléculas que denotan formas, por lo que parece que
orden y caos son productos de la misma acción (el
calentamiento), sin duda asociada a un gradiente por el cambio de
estado líquido al gaseoso. Cambiando sus propiedades como
en las bifurcaciones, la materia muestra autoorganización
de moléculas en partes del sistema mientras que en otras
partes, su situación es caótica.

Uno de los rasgos más impactantes del
conocimiento de la materia es la baja proporción de
materia sólida y la alta proporción de espacio
vacío. Ello se debe a que las distancias entre
núcleo y electrones, así como las capas de
electrones de un átomo, recorren un espacio
considerablemente grande. Este fenómeno denota que el
espacio podría considerarse inherente a la
materia/energía así como una propiedad interactiva
de ella; del mismo modo, la temperatura, la concentración
(masa) y el tiempo pueden considerarse como interactuantes en el
proceso.

Desde la noción de átomo que nos
dejó Demócrito, el concepto de materia está
siendo reemplazado por otras formas en las que la masa tiende a
desaparecer, como en los bosones y fermiones, para transformarse
en flujos cuánticos de energía transitorios desde
la inestabilidad para llegar casi hasta la estabilidad en la
complejidad, donde es difícil establecer, señalar o
reconocer las partículas participantes. Las propiedades de
la materia nos dejan finalmente no solamente el asombro de no
comprender la "noción de materia" sino también de
darnos cuenta de que en la realidad la materia no existe en la
forma convencional (sólido). En efecto, la unidad
elemental o quark no ha sido detectada hasta el presente en forma
aislada y unitaria, aunque sí participando en forma
constitutiva en número de tres unidades por
partícula.

La
reactividad

La reactividad es la propiedad de la
materia/energía que le permite interactuar mediante sus
propiedades físicas y/o químicas en forma
orientada, induciendo un reacomodamiento de sus partes, incluso
su energía.

La reactividad es una de las propiedades básicas
de la materia y puede ser definida como la capacidad de
interactuar consigo misma en la diversidad de formas existentes o
generadas que guarden la capacidad de reacción. Los
físicos han reconocido por lo menos cuatro interacciones
conocidas como fundamentales y que explicarían todas las
intervenciones en el universo: la interacción
gravitatoria, la electromagnética, la nuclear fuerte y la
débil. Nosotros utilizaremos el término
reactividad con el objeto de considerar las
propiedades físicas de la materia que están
involucradas en las interacciones, porque consideramos que las
mismas conciernen a fenómenos activos que no solo expresan
el movimiento sino que también transmiten la
energía que portan debido a las diversas reacciones en las
que participan tanto por afinidad como por
repulsión.

Aunque en muchos casos desconocemos la naturaleza de los
determinantes de la alta reactividad de la
materia/energía, parece razonable pensar que la
reactividad se genera en el desequilibrio de sus
componentes con fuerte incidencia de sus propiedades
másicas, temperatura, presión, condiciones
físicas y químicas en cada una de las formas o
variables de manifestación, fuerzas de atracción y
de repulsión, carga positiva o negativa, el tipo de
espín, el estado cuántico, entre otras. La
reactividad podría considerarse como la capacidad, como
propiedad que reúne todas las interacciones
físicas, para encadenar causa y efecto sucesivamente;
así, se podría pensar en un sistema universal que
abarque todos los sucesos, incluidos los
biológicos. También la reactividad es la
propiedad de la materia que permite una evolución hacia la
complejidad de manera integradora y la generación de
propiedades emergentes durante la evolución. De este modo,
por ejemplo, la interacción de cargas positivas y
negativas así como las interacciones estéreo
específicas permiten la asociación de átomos
y moléculas (ver más adelante). Asimismo, la
reactividad supone cualquiera de las interacciones
específicas y/o múltiples que impliquen movimiento
y/o participación de energía.

La reactividad siempre parece tender hacia el equilibrio
y como lo sugiere Cereijido (2009), parece ser el desequilibrio
(entre los reactantes) el que genera la reactividad o actividad
que se manifiesta en el movimiento de energía.

Aunque no conocemos cuál ha sido el origen de la
materia/energía, cualquiera de las formas materia y
energía (con masa o sin masa) debe haber sido la primera
en existir… Si ha sido como energía, ¿cuál
de sus múltiples manifestaciones ha sido la primera? En
este punto, se ha evidenciado la formación de las
partículas de Higgs en experimentos en aceleradores de
partículas, que sugieren un mecanismo del paso de
energía a materia (pasaje de energía sin masa a
unidades con masa). Estos experimentos también mostraron
que la energía puede ser considerada el primer germen
organizador del universo. Cualquiera que haya sido (materia o
energía) su primera forma, parece claro que la
materia/energía ha evolucionado y sigue evolucionando,
dando lugar a la existencia de tanta diversidad de formas,
propiedades, comportamientos, etc., que pasaron muchos
años para que se comprendiera que todas las cosas en la
naturaleza tienen su origen en la materia/energía.
Pero aún más, la diversidad de estados y
propiedades solo permite deducir que los diferentes estados son
manifestaciones transitorias y que la existencia de estos
diferentes estados de la materia/energía es tan precaria
como su propia existencia si se considera que existen
interacciones que inducen hasta la desaparición de la
materia. Sin lugar a dudas, la naturaleza de la
materia/energía y su formidable reactividad son
componentes de gran valor en su comportamiento por la diversidad
de formas que genera. Dicha diversidad la hemos apreciado
particularmente en el mundo biológico, donde se manifiesta
en las formas, estructuras, funciones, colores, sabores, olores,
etc., que por su naturaleza hacen posible su percepción al
hombre.

La materia y la
noción de espacio

Tradicionalmente se ha considerado que el espacio es la
entidad marco donde la materia/energía determina su
territorio para realizar sus transformaciones de estado, cambiar
sus propiedades másicas, modificar sus propiedades
mediante interacciones cercanas, fuertes (entre protones y
neutrones), débiles y a grandes distancias
(gravitacionales y electromagnéticas).

Debemos a Newton la noción de un espacio absoluto
en el que existe un espacio relativo y en el que se pueden
aplicar las leyes de la inercia y del movimiento. El espacio
absoluto newtoniano ha sido explicado por Nathan Bravo (1989)
como "La tesis fundamental de una teoría absolutista
del espacio (como la de Newton) es que el espacio es una entidad
o sustancia que existe por sí misma, independientemente de
la existencia y propiedades de los objetos materiales. Aunque
esta tesis es ontológica, se la puede especificar de la
siguiente manera y que la hace susceptible de ser discutida
apelando a datos científicos: es decir que el espacio es
una entidad que tiene un conjunto de propiedades o una estructura
propia que es independiente de la existencia y propiedades de los
objetos materiales (…1 Cv, nota a 36-48, p. 120; 16 p.
161). Entre las propiedades que se ha sostenido tiene el espacio
están, por ejemplo, propiedades electromagnéticas
(como la de que el espacio vacío es un mal conductor, su
permeabilidad magnética es de 4 x 10-7 Henry por metro,
etc.), propiedades dinámicas (como la de ser penetrable,
tener partes que no pueden ser separadas una de otra por
ningún tipo de fuerza, estar absolutamente fijo),
propiedades geométricas (como la de ser finito o infinito,
continuo o no, la de ser curvo o plano, la de tener una
métrica Euclídea o no Euclídea, la de ser
tridimensional, etc.) (87 pp. 13-4). Finalmente, para una
posición absolutista, si bien el espacio es independiente
de los objetos materiales, guarda una relación con estos;
es la arena donde se encuentran localizados los cuerpos y en
donde se mueven (i.e., los cuerpos tienen una posición
dada para ocupar un lugar determinado en el
espacio)".

Esta concepción del espacio absoluto creado por
Newton para albergar los movimientos que llamaba reales y no
relativos se contrapone con las ideas de relatividad de Galileo y
de Leibniz, quienes concebían el espacio como un elemento
siempre relativo en el universo. Ello se pone en evidencia cuando
Leibniz afirma "Sostengo que el espacio es meramente
relativo, como el tiempo; sostengo que es un orden de
coexistencias, así como el tiempo es un orden de
sucesiones. Pues el espacio denota en términos de
posibilidad, un orden de cosas que existen al mismo tiempo,
consideradas como existiendo juntas; sin preguntarse acerca de su
manera de existir. Y cuando muchas cosas son vistas juntas, uno
percibe de ellas ese orden de cosas. (1 L.III., 4, p.
25.6)".

La concepción de espacio como entidad, si bien se
entiende en la observación macroscópica, es
evidente que generaba dudas en Leibniz, porque la existencia de
espacio y materia es simultánea. No queda claro entonces
si el espacio se genera en las mismas propiedades de la
materia/energía.

La proposición de Newton que reunía los
requerimientos de referencia para los movimientos inerciales y
sus leyes quedó por muchos años como establecida en
el mundo de la física. Sin embargo, los descubrimientos
que siguieron, particularmente en lo concerniente a la
unificación de conceptos de magnetismo y electromagnetismo
por Maxwell, la velocidad de la luz (Michelson), y la
proposición de Einstein de que la luz puede considerarse
como onda pero también como partícula
(fotón), terminan sustituyendo la proposición de
Newton por las ideas de Relatividad de Einstein. El problema se
suscitaba por las dificultades de integrar los nuevos hallazgos
en el concepto de espacio absoluto y tiempo absoluto. Las
dificultades fueron finalmente superadas con la
proposición de Einstein que el valor de referencia
debía ser la velocidad de la luz de 300.000 km/s como
determinada experimentalmente por Michelson. En esta nueva forma
de percibir la realidad, el marco de espacio absoluto quedaba
desplazado por la corriente de aceptación de la
Teoría de la Relatividad.

La Teoría de la Relatividad de Einstein se
constituye así en una solución a los problemas que
suscitaba el espacio absoluto para la unificación y el
tratamiento de los conceptos de electromagnetismo y de onda
partícula de la luz (Hacyan, 2002). También nos
deja claro que el movimiento evolutivo del universo, con dos
componentes independientes, el espacio y el tiempo, quedan
unificados en el espacio-tiempo, que pasa a constituir la cuarta
dimensión. En otro orden de cosas, la situación no
cambia, el universo puede ser un sistema abierto o cerrado,
aunque lo más importante es sin duda la noción
espacio-tiempo por su vinculación permanente con la
materia y los fenómenos naturales. En esta noción
espacio-tiempo, los campos gravitacionales (masa) son
determinantes de la métrica del espacio-tiempo, denotando
una estrecha relación entre materia y espacio. Sin
embargo, no queda claro si la teoría de la relatividad
implica que el espacio-tiempo tiene una estructura absoluta o
relacional, vinculada con la curvatura de porciones del espacio
producida por la cantidad y distribución de
materia/energía en esas porciones. Finalmente, la
teoría relacional del espacio sugiere que no es una
entidad, porque la estructura está determinada por la
materia; es decir, que el espacio es tan solo el conjunto de
aquellas relaciones espaciales que la materia produce, y que no
es otra cosa que un efecto de la materia.

Quedan interrogantes fundamentales en lo que concierne
al espacio y al tiempo que evidentemente son considerados en el
momento actual del universo, es decir, en una fase evolutiva que
no sabemos hacia dónde se dirige. ¿El espacio y la
materia/energía nacen en forma simultánea?,
¿el espacio se genera desde la propia materia?, ¿o
es una entidad independiente?

La materia y la
noción de tiempo

El origen del universo ha sido motivo de
reflexión de numerosos pensadores a través del
tiempo. El estudio de las partes que integran el universo ha
incluido el tiempo como uno de los componentes naturales, y es
uno de los elementos considerados fundamentales en la
física.

La noción del tiempo fue claramente expresada por
Aristóteles como la diferencia de la medición
"entre un antes y un después" refiriéndose al
movimiento. Más tarde, Leibniz señala claramente
que "el tiempo es un orden de sucesiones", como otros componentes
del universo. Sin embargo, la noción de tiempo parece
quedar incorporada a la física y constituye uno de los
componentes de análisis de esta disciplina, como lo denota
la noción de "espacio-tiempo" de Einstein, que termina
considerando que el tiempo es "solo una ilusión", sin duda
acorde con la noción de reversibilidad, como se desprende
de la mecánica newtoniana (Prigogine, 2006).

Si el universo fuera un sistema estático,
habría sido razonable prescindir de la noción de
tiempo; sin embargo, ocurre todo lo contrario, ninguna existencia
es estática. Así es que el movimiento parece haber
sido la primera cuestión que se plantea el
hombre.

A pesar de que su reflexión se basa en la
irreversibilidad de sistemas dinámicos no lineales,
Prigogine (2006) se ha preocupado por el origen del tiempo,
señalando que el tiempo en un sistema en evolución
tiene otro significado. Pero no queda claro que el tiempo en los
sistemas dinámicos irreversibles puede considerarse como
que nace en forma continua, en cualquier punto de la
evolución y hasta el infinito. Prigogine tampoco ha
reconocido que la definición de Aristóteles solo
apunta a precisar la velocidad de un cambio en un sistema
determinado. Sin embargo, cuando a Prigogine se le pregunta sobre
la cuestión, expresa claramente que el universo como
sistema no lineal puede haberse generado teniendo como causa su
evolución no lineal continua en los procesos
irreversibles, con bifurcaciones, etc. Esta situación
acerca una idea más aproximada a la realidad que la
postulada por el modelo estándar con la gran
explosión "big bang", la que por otra parte expresa una de
las posibles manifestaciones en la evolución de sistemas
no lineales. La idea de Prigogine parece más razonable
simplemente porque contiene cualquier alternativa posible de la
evolución de los sistemas no lineales en la complejidad,
incorporando otras situaciones posibles (ver más
adelante).

Suponiendo que el origen del universo se sitúa en
el big bang (Moreschi, 2010a), este hecho podría ser
identificado como el nacimiento del tiempo, si es que al tiempo
se lo considerara como un componente indispensable, aunque
evidentemente no reúne las condiciones reconocidas en la
materia o la energía, que son la base de cualquier suceso.
Por lo tanto, se reconoce que el tiempo solo constituye un
parámetro para percibir la realidad en función de
la velocidad de los fenómenos naturales. Es importante
señalar aquí que el origen al que se refiere el big
bang es el de un Universo Evolutivo (Alles, 2012) y parece
razonable entonces asumir el nacimiento del tiempo cuando se
genera un universo evolutivo (en permanente cambio). Ello se debe
a que la singularidad en la que se origina el big bang muestra
que ya existía la materia en un estado colapsado, lo que
supone que ya estaba presente o que se había generado
previamente.

¿Por qué se reconoce al tiempo como ligado
a la evolución del universo? Creemos que el devenir, la
inestabilidad, el movimiento y la evolución de la
complejidad han sido las razones por las que el hombre, los
físicos y matemáticos han incorporado el espacio y
el tiempo como componentes naturales del proceso. Sin embargo,
los fenómenos naturales y procesos conciernen
estrictamente a la materia/energía, y no sabemos
si el espacio es o no una expresión de la materia, ni si
el tiempo sirve particularmente para el discernimiento sin formar
la esencia o parte activa, y aunque en la evolución o
interacciones de la materia pueda percibirse como facilitando los
procesos de la materia. Sin duda que el espacio y el
tiempo sirven solo como parámetros en los estudios sobre
la naturaleza y el comportamiento de la materia, sin ser
componentes interactuantes, que formen parte en los procesos en
el inicio determinista, aunque luego tengan participación
durante la evolución, cuando el sistema se orienta a la
complejidad.

Cuando pensamos que el universo ha sido tratado como un
sistema estático, no comprendemos el porqué, ya que
el movimiento reconocido por observadores antiguos también
fue verificado en niveles que van desde lo atómico hasta
lo cosmológico, con nacimientos de estrellas y hasta de
galaxias. Es decir, un sistema que a todas luces evidencia ser un
sistema no lineal en evolución. Cuando nos trasladamos a
la biosfera y verificamos que los procesos como la vida de las
especies y, a menor escala, la vida de los individuos que forman
las especies, puede en estos últimos casos reducirse a
años, días, horas o minutos, todos en
situación de procesos no lineales, nos hace reflexionar
que estamos en presencia de fenómenos irreversibles en
todas las escalas que emanan de procesos generados por la
materia, y que resultan en la diversidad de formas de la materia
interactuante. El equilibrio en las manifestaciones de la materia
no existe y estamos en presencia de un proceso evolutivo en
cualquier escala que se nos ocurra considerar. El tiempo entonces
ha sido creado por el hombre para estudiar el comportamiento de
la naturaleza durante periodos accesibles a su propia existencia.
Si el universo es un sistema evolutivo, como parece, en el
comienzo de su evolución debe haber nacido el tiempo, el
cual desde entonces debe haber participado en la
evolución, según las diferentes velocidades de los
procesos naturales. Igualmente, si el universo está
constituido por materia en procesos no lineales e irreversibles,
el origen del universo es un problema no resuelto que puede
permanecer eternamente. Ello se debe a que la naturaleza del
universo hace impredecible su evolución, la que puede
pasar por un big bang, por transformaciones continuas u
orientarse hacia la nada. Se puede decir entonces que el tiempo
en términos absolutos no existe, ya que en un proceso de
transformación continua está naciendo a cada
instante, y que solo puede utilizarse en aquellos procesos que
son accesibles al hombre por su duración o por su
complejidad.

Por lo que concierne al origen del universo,
según la proposición del big bang se habría
producido hace alrededor de entre 6000 y 15 000 millones de
años. Si el universo se está expandiendo ¿no
denota esto que la evolución consiste en un proceso no
lineal? Asimismo, la permanente formación y muerte de
estrellas de galaxias que incluyen colisiones y reacomodamientos
estelares, con agrupaciones que evocan diferentes formas,
¿no evocan un sistema dinámico que evoluciona?
Entendemos que esta es la posición actual de los
estudiosos del universo.

A pesar de que los movimientos planetarios son
predecibles por su relativa estabilidad, considerando los valores
de tiempo con el que evoluciona el universo, ¿se puede
pensar que el universo no cambia o es más razonable
reconocer que a pesar de que los cambios que suponen su
evolución se producen en tiempos siderales, de todos modos
existe una evolución no lineal?

Sin duda que si nos preguntamos sobre el nacimiento del
tiempo tendríamos que pensar en las primeras interacciones
que pudo haber tenido la materia/energía, lo que dio lugar
a la acumulación por aumento de cantidad de alguna(s)
especie(s), aunque sin participar como constituyente natural de
la materia/energía sino como un condicionante de la
reactividad, dependiendo las especies interactuantes. Por todo
ello, la participación del tiempo parece una necesidad
insoslayable para entender mejor el universo en evolución,
es decir, cómo sucede la evolución física
del universo.

Resumiendo, ambos, espacio y tiempo, no parecen
entidades absolutas, sino que resultan de los requerimientos del
hombre para poder entender por lo menos en parte lo que ocurre a
su alrededor: el espacio para situar el movimiento y el tiempo
para entender su evolución. Ambos evidentemente son
inherentes a la naturaleza inquieta de la materia/energía,
a su reactividad y a las necesidades del hombre para entender
procesos.

La noción
de universo (de estático a evolutivo)

`The evolution of the world can be compared to a display of
fireworks that has just ended; some few red wisps, ashes and
smoke. Standing on a cooled cinder, we see the slow fading of the
suns, and we try to recall the vanishing brilliance of the origin
of the worlds.' Lemaitre.

El entendimiento del universo aparentemente se inicia
con la concepción de Newton y se conoce como universo
estático, aunque lo consideraba integrado por sus partes
en movimiento.

La Teoría general de la Relatividad de Einstein
(1915) y el descubrimiento de galaxias que muestran el
corrimiento al rojo por Hubble (1929) parecen haber sido las
bases sobre las que se desarrollan las ideas de un universo en
expansión y con un comienzo. Fue Friedman (1822, 1824) el
primero en dar una solución al problema cosmológico
dentro del marco de la teoría de la relatividad general.
Sus contribuciones conciernen a la adecuación de las
ecuaciones de Einstein a diversas soluciones, espacialmente
abiertas o espacialmente cerradas, donde la métrica del
espacio es función del tiempo cósmico. Friedman
planteó el abandono de la idea de universo estático
y sugirió la curvatura constante del espacio- tiempo y la
posibilidad teórica de un universo abierto o
cerrado.

Entre los universos concebidos en la época, el de
Einstein y De Sitter (1932) supone que la constante
cosmológica, la curvatura del espacio y la presión
cósmica tienen valor cero. El modelo presenta una
singularidad a t=0 (punto de inicio del universo) que
correspondía a dos tercios del valor de la constante de
Hubble (valor calculado del corrimiento al rojo en las galaxias
que permite calcular el nacimiento del universo). En el caso de
considerar una curvatura positiva del espacio (k=1), el modelo
preveía la existencia de un universo cíclico en el
que el radio de curvatura aumentaba hasta un valor crítico
y luego disminuía.

Para esa época (1932) los físicos
señalaron la existencia de diferentes modelos de universos
en expansión, según el signo de la curvatura
espacio-tiempo y la constante cosmológica. Esos modelos
podían ser agrupados en estáticos, en
expansión no relativista y en expansión
relativista. En todos los modelos relativistas (Relatividad
General) aparece una singularidad en el inicio (t=0). Las ideas
de un universo en expansión llevaron a sus creyentes a
elaborar una solución. Fue Lemaitre en 1927 quien propone
que la singularidad deducida en los modelos expansionistas
provenía de lo que se podría llamar un átomo
primitivo (el que podía tener un diámetro de una
distancia aproximada del Sol a la Tierra) desde donde una gran
explosión iría generando nebulosas y galaxias por
condensación progresiva. A partir de estas ideas, la
naturaleza de la singularidad hace pensar que en el inicio hubo
nubes y rayos cósmicos que condujeron a la
formación de protogalaxias, galaxias y estrellas por
condensación en aquellas regiones en las que la densidad
de la nube cósmica sobrepasaba la densidad de equilibrio.
Este proceso aún en el presente podría producirse
con formación de estrellas a partir de la
condensación de gas cósmico
intergaláctico.

La idea de una singularidad con una gran
explosión en el átomo primitivo de Lemaitre fue
desarrollada como la teoría cosmogónica del big
bang por Gamow, Alpher y Herman en 1965. Esa idea se fue
comprobando en algunos aspectos (Alpher et al, 1948; Gamow,
1946), como en la formación de los elementos
(núcleo, síntesis y evolución). Los hechos
posteriores, como el descubrimiento del fondo de radiación
de microondas, entre otros, vigorizaron la teoría que
prevalece actualmente para entender el nacimiento de un universo
evolutivo (Fig.1).

Figura 1. Proporciones relativas de
los contenidos de elementos livianos después de segundos y
temperaturas después del Big Bang

Aunque se puede reconstruir la evolución del
universo desde el big bang (Fig. 2) parece claro que su
naturaleza emerge de la materia/energía que lo forma. Por
lo tanto, siendo evolutiva la naturaleza del universo, parece
improbable que se pueda predecir la dirección de su
evolución, la que puede resultar en otro big bang, un big
crunch (en estrechamiento) o en un big rip (dilución de la
materia en energía). Los movimientos evolutivos lentos que
nos permiten predecir la posición de los astros no parecen
aplicables al universo con miras al futuro, ya que es imposible
predecir hacia dónde se orientan sus movimientos en un
sistema en el que además de participar la gravedad, otros
parámetros como la densidad, la geometría, la
temperatura, entre otras variables sensibles, también
participan tornando al sistema más impredecible por su
complejidad. La naturaleza esférica del universo puede
orientarse a formar un plano o una curva incierta, lo que denota
que no podemos predecir el futuro.

Figura 2. Esquema del Universo
Evolutivo a partir del big bang, ordenado en base a los hechos
fundamentales concernientes a la expansión del universo
(Hubble, 1929), la formación de elementos en física
nuclear (Gamow 1939, 1946, 1948), el origen de las radiaciones de
onda corta formando la radiación de fondo relicto en el
universo (background), la formación de estrellas y
galaxias hasta el estado actual. La evolución está
relacionada con cambios en dimensión, temperatura,
condensación en partes sólidas, desacople de
materia y energía, y formación de nuevos
componentes.

De la
energía a la materia

Si el big bang se ha iniciado en una singularidad, se
puede suponer que la materia energía ya existía en
un universo. Ello se explica porque una singularidad se produce
cuando la curvatura del espacio-tiempo se hace infinita, lo que
induce a pensar que el universo evolutivo actual ya
existía con anterioridad y sugiere que el big bang
indicaría solo el inicio de nuestro tiempo en el actual
universo. Parece claro que allá lejos en el tiempo se haya
generado la materia/energía. Por lo que concierne al
primer origen y como fue señalado previamente, parece
probable que la forma más primaria de la materia haya sido
la energía, demostración que aún debe ser
confirmada a partir de la aparición de las
partículas de Higgs. Muchas preguntas quedan sin
responder, pero las dudas que nos asaltan también van
evolucionando. ¿Es que el universo ha existido siempre y
es capaz de comenzar de nuevo cada vez que aparece una
singularidad? ¿Puede aparecer una singularidad solo en
parte del universo? Pero volviendo a nuestro motivo inicial,
¿cómo se generaría la energía?
¿A partir de gérmenes autorreplicantes?, ¿o
de manera única en un todo? ¿El paso de
energía a materia es la primera trasmutación de
gran importancia en la materia/energía?

Finalmente se interpreta que en épocas tempranas
se habría producido el desacople de la materia y la
energía y la consecuente generación de galaxias,
planetas, etc. Sin embargo, aparentemente es claro que la
materia/energía esta indisolublemente asociada en las
formas más elementales y como parte fundamental en las
manifestaciones de la materia/energía.

De lo predecible a lo impredecible

La expansión y retracción del universo
parece ser un contraste que se reconoce en la naturaleza. La
expansión del universo se deduce por lo descripto por
Hubble, quien estudió el espectro de emisión de luz
en las galaxias, donde la tendencia del enriquecimiento en color
rojo de la estela luminosa denotaba el alejamiento de las mismas
(corrimiento hacia el rojo). La retracción, aunque no se
ha ponderado su importancia comparándola con la
expansión, se ha reconocido como un proceso que
acompaña el envejecimiento de las estrellas, dando lugar a
nuestro pensamiento para buscar y determinar su
significación. Cabe destacar que ambos procesos coexisten
necesariamente en el proceso evolutivo de sistemas complejos en
el universo.

Necesariamente muchas hipótesis han ido
cambiando. El conocimiento de la materia en la época de
Laplace en 1836 lo llevó a la elaboración de una
comprensión determinista del universo, probablemente
influenciado por la predictibilidad de la mecánica
clásica newtoniana; y es sumamente sorprendente que no
haya considerado que la materia también le enseñaba
otro carácter fundamental de su naturaleza, como lo
aleatorio (azar). La causa probabilística es otro aspecto
de la naturaleza de la materia cuando se trata lo pequeño,
aunque también se ha reconocido en los grandes sucesos.
Fueron los físicos los que nos llevaron a percibir la
diferencia entre la física clásica y la
cuántica (ver más adelante). Pero no cabe dudas de
que la predictibilidad en los grandes cuerpos tiene lo
probabilístico en su formación
básica.

En el universo entonces es evidente que los grandes
órganos están formados por los componentes
más pequeños. Es decir que desde los órganos
del universo hasta los complejos más elementales, todos
están formados por unidades cuánticas de materia
que siguen sus propias leyes y principios. Por lo que un modo de
interpretar los hechos sería que los grandes cuerpos
muestran nuevas propiedades especiales como resultado de
propiedades emergentes generadas en la complejidad y en la
cantidad. La predictibilidad en el movimiento de los grandes
cuerpos del espacio puede ser un nuevo atributo desarrollado como
propiedad emergente, como resultado de la concentración
(cantidad) de materia en estado cuántico
probabilístico.

La materia y las
propiedades emergentes

Una de las propiedades más fascinantes de la
materia es la de tener una masa concreta, resultante de la
interacción de sus partes constituyentes, y una densidad,
que a su vez resulta en las fuerzas gravitacionales que desde
Newton consideramos la propiedad fundamental, manteniendo los
órganos del universo en equilibrio
dinámico.

Cuando consideramos cómo se puede haber generado
tanta materia y energía como la que constituye el
universo, podemos pensar que su formación ha sido
progresiva, con inicio desde gérmenes autogenerativos como
la vida misma. Aunque la proposición es ingenua, no parece
existir otra manera de pensar en cómo se han originado la
materia y el universo. Entonces, toma particular relevancia la
cantidad, la cual para ser reconocida y definida se designa
una parte convencional como unidad, que será luego
utilizada en la cuantificación de las especies formadas.
No sabemos si la singularidad que conduce al big bang significa
que el total de materia/energía del cosmos ha colapsado y
es la que conforma nuestro universo actual. En este caso tampoco
sabemos cómo se ha generado tanta materia.

Se sabe, por ejemplo, que la magnitud de masa regula el
efecto gravitacional que la masa ejerce sobre su entorno.
Asimismo, se sabe que la producción de un rayo
láser o de microondas se genera desde una alta densidad (o
cantidad) de fotones. En los sistemas biológicos se ha
visto también que la formación de
microtúbulos celulares está condicionada por los
niveles de concentración de las subunidades formadoras o
constituyentes. Otro componente que caracteriza a la materia es
la calidad, que define propiedades que incluso pueden ser
exclusivas de uno de los tipos de
materia/energía.

Pareciera que con solo variar la cantidad de una forma
interactiva podríamos generar tanta diversidad con aumento
de la complejidad del sistema que es difícil imaginar. En
cada momento que se considere estaríamos en presencia de
nuevas propiedades emergentes y en momentos diferentes de la
evolución de la materia/energía y del universo
todo. Por lo que debemos pensar que las nuevas propiedades
emergentes tienen su origen no solo en la diversidad de especies
participantes en la interacción, sino también en la
evolución de la cantidad que participa en la complejidad,
la que en cada grado de organización (o situación)
denota sus caracteres específicos (ver más
adelante).

Sistemas activos
y relativamente estables

"Cuando decimos que muere algo, debemos entender
que no se verifica más que un cambio de existencia, una
descomposición de esta combinación, que es al
propio tiempo, el principio de otra existencia". Giordano
Bruno (1548-1601).