Historia do tempo

Do Big Bang aos buracos negros

Stephen W.Hawking

Andrea Fdez Novoa .Filosofía da Ciencia e da Tecnoloxía. 2º BAC.Prof: Luís Martínez Costas.

1. A nosa imaxe do Universo

• Hawking afirma que un Universo en expansión non exclúe a existencia dun creador pero sí limita o momento no que levou a cabo a creación; así e todo centra o comezo do libro nomeando as teorías sobre a Terra, o Sistema Solar e os límites do Universo propostos polos primeiros científicos, desde Aristóteles ata Einstein pasando por Newton, Kant, Hubble e Kepler.

”Calquera teoría física é sempre provisional, no sentido de que é solo unha hipótese: nunca se pode probar”

• O obxectivo final da ciencia é proporcionar unha única teoría que describa o Universo, pero o método que seguen os científicos actuais é o de separar o problema en dúas partes:

1. Leis que explican cómo cambia o Universo 2. Estado inicial do mesmo (esta é a que alberga a

controversia sobre si o estado inicial é obxecto da metafísica ou da relixión)

• As dúas teorías que seguen son:Relatividade Xeral Mecánica cuántica

Dualidade onda-partícula

2.Espazo e tempo

• As nosas ideas actuais sobre o movemento remóntanse a Galileo e Newton, que explican as forzas de atracción entre dous corpos de masas desiguais, a velocidade ou a traxectoria que seguen.

Por suposto que o aspecto máis destacable é a gravidade de Newton: todo corpo atrae a todos os demáis cunha forza proporcional ás súas masas.

• Outro tema a tratar é a relación espacio- tempo entre raios de luz emitidos por unha estrela, que é por exemplo o mesmo que sucede cando lanzamos un croio a unha superficie plana de auga, como un estanque.

A medidas espazo-tempo son cantidades dinámicas.

3. O Universo en expansión

• A idea de Universo inalterable que existiu e podería seguir existindo sempre é reemplazado pola idea de Universo dinámico, en expansión. Esta revolución é a que aborda este capítulo en oposición a cómo a teoría da Relatividade de Einstein implica que o Universo debería ter un principio e, posiblemente, un final.

Suposto principio do Universo

• Descríbense as ideas a favor da expansión do infinito e as que intentan derrubar a teoría dunha singularidade como a do big bang que pon en cuestión se o tempo é finito ou infinito.

“A gravidade determina a evolución do Universo”

• Tamén se explica a proximidade ou lonxanía das estrelas baseado no Efecto Doppler ( aparente cambio da frecuencia dunha onda producido polo movemento da fonte que o produce respecto do seu observador. Exemplo: o son dun tren antes, durante e despois de que pase ante nós), que explicaría a cor roxiza (afástase) ou azul (achégase) que mostran ao longo da súa vida.

Estrela que se afasta

Luz desprazada cara lonxitudes de onda máis longas

Vermello

Estrela que se achega

Lonxitude de onda máis curta

Azul

4.Principio de Incerteza

• Preséntase o determinismo de Laplace en contraposición ao Principio de Incerteza:

Laplace – Determinismo

Arguméntase que se souberamos a posición do Sol nun determinado momento, poderiamos empregar Newton para calcular o seu estado en calquer outro instante.

Universo completamente determinista

Incerteza – Heisenberg

Non se pode determinar, simultáneamente e con precisión, certos pares de variables físicas: posición e cantidade de movemento dun obxecto.

Universo relativamente incerto

• Podería unificarse coa Relatividade Xeral, xa que ao fin e ao cabo, é a estrutura base a grande escala do universo. Isto é denominado unha teoría clásica: non ten en conta ou principio de incerteza e, por que? Non conduce a ningunha disconformidade? A resposta é non, porque a observación en tódolos campos gravitatorios (que normalmente experimentan) é moi débil, excepto en dous casos:

Buracos Negros Big Bang

En campos gravitatorios tan intensos, os efectos da mecánica cuántica sí son importantes

5.Partículas elementais e forzas naturais

• O sistema de división ou clasificación do contido do Universo en materia e forzas que se segue empregando hoxe en día foi creado por Aristóteles , quen creía que o que formaba o Universo estaba formado por catro elementos: terra, aire, lume e auga, os cales sufrían a acción de dúas forzas, gravidade e lixeireza.

• Aristóteles tamén pensaba que dita materia era continua, indivisible, aspecto refutado por Murray Gell-Mann, creador dos quarks: partículas máis pequenas e que compoñían aos protóns e electróns.

Estrutura dun protón formado por dous quarks abaixo (down) e un quark arriba (up)

6. Buracos negros

• Para comprender qué é este fenómeno, debemos ter un mínimo de coñecemento sobre o ciclo vital dunha estrela:

1. Unha cantidade grande de gas(hidróxeno) comeza a concentrarse sobre si mesmo por acción da súa propia gravidade.

2. Conforme se contrae, os seus átomos comezan a chocar cada vez con maior frecuencia e velocidade(o gas quéntase).

3. Ao cabo dun tempo, o gas quentarase tanto que os átomos fundiranse formando Helio. O calor desprendido fai que a estrela brille.

4. O calor aumenta a presión de forma estable durante un longo período.

5. A estrela consumirá todo o seu hidróxeno e comezará arrefriarse e, polo tanto, a contraerse.

O que pasa a partires de aquí só se leva estudado desde os anos vinte.

• Se a estrela ten unha masa menor a unha cantidade determinada (calculada no 1928 por Chandrashekar Raman), poderá contraerse e estabilizarse para dar lugar a unha enana branca. No caso contrario, o campo gravitatorio é máis intenso e, cando a estrela se reduce ata un punto mínimo, os conos de luz(cap.1) vólcanse cara dentro e a luz xa non pode escapar. Se a luz non pode escapar(e non existe nada que poida viaxar máis rápido que ela), nada poderao facer tampouco.

Todo é arrastrado polo campo

gravitatorio. Obtense, pois, unha rexión onde nada pode escapar: a esta rexión chámaselle buraco negro.

Os buracos negros primitivos son masas de máis de mil millóns de toneladas.

7. Os buracos negros non son tan negros

• Hawking séguenos a contar características dos buracos negros, centrando este capítulo na súa cor, a cal, segundo el, non é tan negra e oscura.

• A primeira vez que se plantexou este aspecto e publicou os seus cálculos respecto ás emisións de radiación destes (relacionados ca cor), non foi ben acollido na conferencia na que os estaba a explicar. Tempo despois, os científicos que o estaban a escoitar aquel día, acabaron por acceder ás súas hipóteses. Por exemplo: se un astronauta caese dentro dun buraco negro, a súa masa aumentará e a enerxía equivalente a dita masa será devolta ao Universo en forma de radiación, proceso ao que tamén chaman vulgarmente como reciclado. Sería un tipo de inmortalidade, porque ”calquer sensación persoal do tempo do propio astronauta non chegaría a ser procesada porque antes de que iso pasase, sería despedazado dentro do abismo negro”.

Hawking seguiría traballando xunto cos demais científicos para chegar a conclusións máis precisas.

8.Orixe e destino do universo

• Explícase que, nas orixes do universo e segundo Alan Guth, o Universo podería haber pasado nun periodo de expansión moi rápido, quente e caótico. Estas altas temperaturas farían que as partículas estivesen movéndose moi rápido e acadasen altas temperaturas o cal faría unificar as forzas débiles, fortes e electromagnéticas nunha soa. A medida que o Universo se expandía, se arrefriaba, producíndose a chamada transición de fase: transformación dunha fase dun sistema termodinámico a outra.

Un exemplo corrente de transición de fase é a conxelación de auga cando a arrefriamos. O auga líquida é simétrica en cada punto e en cada direción. Pero cando se forman cristais de xeo, estes terán posicións definidas e estarán aderezados, rompendo así a simetría do auga.

8.Orixe e destino do universo

• O autor crea un modelo do universo no que hai unha cuarta dimensión: un tempo imaxinario (tempo real, multiplicado pola constante imaxinaria i):

A distancia desde o polo norte representaría o tempo

imaxinario, e o tamaño dun círculo a distancia constante do polo norte representaría o tamaño espacial do universo. O universo comeza no polo norte como un único punto. A medida que un se move cara ao sur, os círculos de latitude, a distancia constante do polo norte, fanse máis grandes, e corresponden ao Universo expandíndose no tempo imaxinario. O universo alcanzaría un tamaño máximo no ecuador, e contraeríase co tempo imaxinario crecente ata un único punto no polo sur.

9. A frecha do tempo

• Este capítulo é máis interesante ca os demais no que a filosofía se refire, xa que explica e debate por qué podemos recordar o pasado e non o futuro. Se un pode ir cara o Norte, tamén pode dar a volta e dirixirse ao Sur(véxase cap.8). Se un pode ir cara adiante no tempo imaxinario, tamén podería volver atrás; o cal non sucede no tempo “real” como todos sabemos. De onde provén esta diferenza entre pasado e futuro? Por qué recordamos o pasado e non o futuro?

As leis da ciencia non distinguen ente pasado e futuro, e a

explicación a isto ven dada na 2ª lei da termodinámica: en calquera sistema pechado, a desorde ou entropía sempre aumenta co tempo, algo tamén alcumado frecha do tempo: distinción entre pasado e futuro dándolle dirección ao tempo.

• Hai tres frechas do tempo:1. Frecha termodinámica: dirección do tempo na que a

desorde aumenta.2. Frecha psicolóxica: dirección na que nós sentimos que

transcorre o tempo, na que recordamos o pasado pero non o futuro.

3. Frecha cosmolóxica: dirección do tempo do Universo, pola cal se expande e non se contrae.

O progreso da raza humana na comprensión do universo veu creando un pequeno recuncho de orden cada vez máis desordenado. Se ti recordases todas as palabras destas diapositivas, estarías a recordar dous millóns de unidades(aprox.) de información. Mais a enerxía desprendida e desordenada producida tamén por ti e tamén mentres lías, provocará o aumento da desorde do Universo nuns 20 billóns de billóns de unidades.

10.A unificación da física

• Como ben indica o título, construír unha teoría unificada sobre o Universo sería algo tremendamente revolucionario e positivo, xa que axudaría en todos os aspectos teóricos e prácticos. Na mesma medida que é útil, é difícil, mais os progresos feitos ata o momento por medio de teorías parciais que describen acontecementos con hipóteses e outros con números, son a nosa base científica actual.

Tense esperanza de atopar dita teoría unificada, consistente, sólida, incapaz de conter datos erróneos ou cabos soltos, e que inclúa todas as teorías parciais con aproximacións. Esta procura desesperada e necesaria coñécese como “unificación da física”, para a cal por exemplo Einstein empregou os seus dous últimos anos para acadala, que non conseguiu polo pouco que se coñecían as forzas nucleares na súa época.

11.Conclusión

• Atopámonos nun mundo desconcertante. Queremos darlle sentido ao que vemos ao noso arredor e nos preguntamos, cal é a natureza do universo? Cal é o noso lugar nel? Por qué é como é? Se de verdade queremos chegar a unha resposta, debemos adoptar unha certa imaxe do mundo. Os primeiros intentos (teóricos) de describir o Universo involucraban a idea de que os sucesos e os fenómenos naturais eran controlados ou estaban baixo o mando de espíritos, que habitaban en vales, montañas ou ríos, incluíndo a Lúa ou o Sol. Os últimos 300 anos da nosa historia foron os encargados de proporcionar feitos e datos moito máis reais que estes supostos espíritos, deixándoos atrás co nome de mitos e,creando xa desde un aspecto moito máis serio, leis e hipóteses. Pero os encargados de definir a ciencia como o descubrimento destas leis que nos permiten predicir acontecementos ata os límites impostos, fomos e somos nós.

• Hawking decide rematar o libro respaldando que cunha teoría completa(cap.10), o tempo sería comprensible para todos e non só para uns poucos científicos. Polo tanto, todos, filósofos, científicos e o resto da sociedade seriamos capaces de tomar parte na discusión de por qué existe o universo e por qué existimos nós. Se atopásemos resposta a tal cuestión, segundo di el mesmo, sería o triunfo definitivo da razón humana, porque entón coñeceriamos o pensamento de Deus.