El Origen del Universo y los últimos hallazgos de la ciencia y diferentes hipótesis

Justo Aznar
Instituto de Ciencias de la Vida
Universidad Católica de Valencia
Abril 2016
Sobre el origen del
Universo y la
existencia de Dios

2
Permítanme que antes de entrar de lleno en el tema, haga primero
una pequeña digresión personal. Cuando empecé a reflexionar
sobre el origen del universo y la existencia de Dios, me di cuenta
que mis conocimientos sobre Física teórica, necesarios para
entender algo sobre esos instantes iniciales de nuestro mundo
material, eran absolutamente insuficientes para poder profundizar
en lo más elemental sobre lo que estaba estudiando. Por ello,
pensé que era necesario ampliar mis pequeños saberes en esta
área del pensamiento, no con el ánimo de ser un experto en ello,
cosa por otro lado imposible para mí, sino para tratar de adquirir los
conocimientos básicos necesarios para poder ir entendiendo, si
eso era factible, algo relativo al origen y naturaleza de nuestro
universo y especialmente del Big Bang, y sobre todo a los
momentos anteriores a él, todo ello dirigido a tratar de intuir qué
papel, si es que existió, pudo jugar Dios en la creación de nuestro
mundo

Temas a tratar
• Constituyentes de la materia
• Fuerzas que unen las partículas
• Teorías del mundo subatómico
• El Big Bang y las primeras etapas del
desarrollo del Universo
• Formación de las primera partícula de
materia
• Propuestas para tratar de explicar la
creación de la primera partícula de materia
• El Universo infinito
• Reflexión final
3

Constituyentes de la materia
5
Hasta principios del siglo XX se creía que la materia estaba
constituida, en su estructura elemental, por átomos
Sin embargo, pronto se comprobó que el átomo estaba
formado por tres partículas elementales: protones, neutrones y
electrones
Ahora se conoce que tanto neutrones como protones están
constituidos por otras partículas más elementales, los quarks

6
Formación de Protones, Neutrones y Átomos a
partir de Quarks

7
• Existen seis tipos de quarks agrupados en tres parejas
• Solamente la primera pareja es estable y contribuye a la formación de
protones y neutrones
• Las otras dos parejas son inestables se desintegran con rapidez y no
forman parte de la materia ordinaria del universo
• Todos tienen masa
• El quark cima es el de mayor tamaño
ARRIBA
UP
ENCANTO CIMA
ABAJO
DOWN
EXTREMO FONDO
Tipos de Quarks
7

8
Los Quarks se hallan siempre confinados
• No pueden existir aislados
• Siempre están agrupados en
partículas mayores
• Se ha sugerido que los quarks se
mantienen unidos en su
confinamiento por la existencia de
«cuerdas elásticas»
8

9
Los protones pueden ser esféricos,
lobulados o esféricos de radio variable
dependiendo del estado de excitación
en que se encuentran
Distintas formas de los Protones
9

10
Espuma cuántica
Masa indeterminada formada por
quarks, antiquarks y gluones que
aparecen y desaparecen dando lugar a
una estructura nuclear muy inestable
10

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Leptones
Además de los quarks se van
conociendo otros tipos de partículas
entre ellas los leptones a los que
pertenecen los electrones y neutrinos
11

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ELECTRÓN MUON TAU
NEUTRINO
ELECTRÓNICO
NEUTRINO
MUONICO
NEUTRINO
TAUONICO
En la familia de los leptones se incluyen seis
partículas agrupadas en tres parejas
Leptones
12

13
• Después de medio siglo desde su descubrimiento los
neutrinos siguen siendo unos grandes desconocidos
• No poseen carga eléctrica
• Tienen una masa ínfima
• Apenas interaccionan con la materia
• Muy difíciles de detectar: «partículas fantasma»
Neutrinos
13

14
• Los neutrinos pueden metamorfosearse fluctuando su
identidad dando lugar a tres variedades o sabores: los
neutrinos electrónicos, muónicos y tauónicos
• También se ha sugerido la existencia de una nueva
partícula «el neutrino estéril» que solo puede ser
detectado por medios indirectos
Neutrinos
14

15
• Todas las partículas del modelo
estándar tienen su correspondiente
antipartícula con carga eléctrica
idéntica pero opuesta
• El electrón tiene una carga de -1 y
su antipartícula, el positrón de +1
Antipartículas
15

Fuerzas que unen
las partículas

17
TIPO DE FUERZA PARTÍCULA QUE
LA SUSTENTA
CARACTERÍSTICAS
Gravitatoria
Electromagnética
Fuerza nuclear
fuerte
Fuerza nuclear
débil
Gravitón
Fotones
Gluones
Z y W
----
No poseen masa. Su fuerza
disminuye a medida que las
partículas se alejan unas de otras
No poseen masa. Sirven para ligar
los quarks dentro del núcleo
atómico. Su fuerza aumenta a
medida que las partículas se
alejan unas de otras. No actúan
fuera del núcleo atómico
Poseen masa
Fuerzas que unen las partículas
Fuerzas del mundo subatómico
17

18
Quarks unidos por gluones
18

19
GLUON
BOSÓN
DE HIGGS
FOTÓN
BOSONES
Z Y W
Son las partículas correspondientes a
las fuerzas del mundo subatómico
Bosones
19

20
Bosón y campo de Higgs
20

21
Bosones
21

22
El descubrimiento del bosón de Higgs se logró cuando
se puso en marcha el Gran Colisionador de Hadrones
un túnel de 27 kilómetros
Gran Colisionador de Hadrones
22

23
Gran Colisionador de Hadrones
23

Teorías del mundo
subatómico

25
• Mecánica cuántica
• Modelo estándar
• Teoría de cuerdas
• Supersimetría
• Supersimetría oscilante
• Teoría del todo
Teorías del mundo subatómico
25

26
• Permite describir el universo a
muy pequeñas escalas en las
que no rigen las leyes físicas
ordinarias
• Lo fundamental de ella es que
determinó el carácter ondulatorio
de la materia
• Además introduce el concepto de
partículas simétricas, es decir de
las antipartículas
Mecánica Cuántica
26

• Es una de las teorías más completas
que ha producido la física moderna
• Combina la mecánica cuántica con la
teoría general de la relatividad
• También las fuerzas que las
cohesionan y el posterior desarrollo
del universo
• Resuelve gran parte de los problemas
de las partículas que estructuran la
materia, excepto la gravedad
Modelo estándar
27

• La fundamental es que no responde
a las preguntas del por qué de las
características de la materia
• Determina que existen tres tipos de
leptones pero no resuelven la
pregunta de porqué existen más o
menos
• ¿Por qué tienen esa masa y no otra?
Dificultades del modelo estándar
28

29
• Para trata de definir una teoría que incluyera la
fuerza gravitatoria se propuso la teoría de
cuerdas
• Lo fundamental es que establece que no
existen partículas puntuales sino cuerdas que
pueden vibrar
• Las distintas partículas serían diferentes
estados vibracionales de las cuerdas
• Es una teoría de alta complejidad matemática
• Aunque no es una teoría acabada se la
considera la más ambiciosa y completa que ha
producido la física moderna
Teoría de cuerdas
29

30
Dificultades de la Teoría de cuerdas
30
•Al aplicarla aparecen partículas no descritas
todavía en la naturaleza
•No se ha podido comprobar
experimentalmente

31
Teoría de cuerdas
31

32
•La supersimetría asigna a cada partícula una
pareja supersimétrica a ella
• La supersimetría constituye una bella solución
para algunos de los problemas que se
plantean a la física teórica ya que puede dar
respuesta a preguntas tan interesantes como
•¿Por qué las partículas elementales tienen la
masa que tienen?
•¿Por que las interacciones fundamentales
presentan las intensidades que presenta
•¿Por qué el universo es como es?
Supersimetría
32

33
La supersimetría presenta determinadas
limitaciones que se han denominado
«anomalías» que fundamentalmente implican
que ciertas simetrías presentes en los limites
del sistema clásico desaparecen el sistema
cuántico
Limitaciones de la Supersimetría
33

34
Supercuerdas oscilantes
34
• En esta teoría se propone que las
partículas serían cuerdas que oscilarían en
supercuerdas de un espacio de más de
tres dimensiones
• Aunque por el momento dichas
dimensiones son demasiado pequeñas
para ser detectadas
• Las oscilaciones de las supercuerdas
darían lugar a las distintas partículas

Teoría del todo
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• La teoría del todo trata de unificar la
interacción gravitatoria con las otras tres
interacciones fundamentales
• Debería ser capaz de unir todas las
interacciones fundamentales en un solo
modelo matemático

El Big Bang y las
primeras etapas del
desarrollo del
Universo

• Para explicar el Big Bang es necesario apoyarse en
las observaciones de Edwin Hubble que comprobó
que las galaxias se van alejando unas de otras
aumentando la velocidad de separación a medida
que se van distanciando
• Pero este proceso de separación si se volviera
hacia atrás como rebobinándolo se podría ver que
las galaxias se irían acercando cada vez más unas
a otras hasta encontrarse en un punto de materia
inicial, el «átomo primigenio», como le llamó
Lemaître, que en un determinado momento explotó
para dar origen al universo
• Así nació la teoría del Big Bang, a la que siguió la
expansión de la materia por el empuje de esa
explosión originaria
El Big Bang y las primeras etapas del desarrollo del universo
Big Bang
37

38
El Big Bang y las primeras etapas del desarrollo del universo
Big Bang
38
• Las primeras fracciones de
segundo tras el Big Bang
presentaron una actividad frenética
repleta de eventos tan variados
como trascendentes
• Desde ese momento se sucedieron
las distintas etapas evolutivas que
llevaron a la aparición de las
estrellas, del sol, de los planetas,
de nuestra tierra y finalmente de la
vida que llena nuestro mundo

Formación de las primeras
partícula de materia

40
• Hasta aquí nos hemos referido al Big Bang y al
posterior desarrollo del universo
• ¿Pero como se formó esa primera partícula de
materia de densidad y temperatura infinitas?
• Para entenderlo es necesario introducir la
noción de equivalencia entre materia y energía
Formación de las primeras partículas de materia
Formación de los primeros atisbos de materia
40

• Viene expresada por la formula E= mC2
que da fundamento a la teoría de la
relatividad general y al concepto de
mecánica cuántica
• La gran aportación de Einstein fue
definir que materia y energía son dos
manifestaciones de un mismo
fenómeno
Equivalencia entre materia y energía
41

42
42
• A partir de un mar de energía infinita se
pudieron formar los primeros indicios
de materia como consecuencia de sus
fluctuaciones de estado
• Se puede pensar que la materia surgió
en un vacío cuántico en el que
únicamente existía energía

• Siguiendo a Jean Guitton se podría pensar que
justo antes del Big Bang un chorro de energía
inconmensurable fue trasladado al vacío inicial lo
que generó «una fluctuación cuántica primordial»
• En ese momento el universo no era más que un
campo de fuerzas sin ningún contenido de materia
dentro de un mar de densidad y temperaturas cuasi
infinitas formado por partículas subatómicas en
efervescencia
• Las condiciones eran tan extremas que ni siquiera
estas partículas podrían sobrevivir durante
fracciones de tiempo infinitamente pequeñas
43

44
• Tan pronto como algunas partículas se agrupaban para
formar otra de masa superior las radiaciones y colisiones de
dichas partículas eran tan extremas que propiciaban que las
partículas se unieran y desaparecieran como si ese
universo original fuera un inmenso acelerador de partículas
• En él las cuatro interacciones fundamentales no se habían
todavía definido estando unificadas en una sola «fuerza
universal»
• En ese momento y a partir de ese mar de energía se
pudieron producir los primeros indicios de materia origen de
nuestro universo
• Pero sigue sin poderse dar una explicación científica a
como pudo originarse ese mar de energía infinita existente
previamente al Big Bang
44

45
TIEMPO TAMAÑO TEMPERATURA CONSECUENCIAS
A los 10 -43 segundos 10-33 cm 10 32 C Las teorías físicas que conocemos
en ese momento no regían
ERA INFLACIONARIA
Entre -10-35 y 10-32 El tamaño del universo se
expandió 50 veces
----------- --------------
A los 10-11 segundos ------------
-----------
A partir de una fuerza única, la
«fuerza universal» surgieron las 4
fuerzas fundamentales que
regulan la cohesión de la materia
Entre los 10-11 y los 10-5 Los quarks se asociaron para
formar protones y neutrones
Primeras etapas del desarrollo del Universo
45

Propuestas para tratar de
explicar la creación de la
primera partícula de materia

47
• “Puesto que hay una ley universal como
la de la gravedad, el universo pudo ser
y fue creado de la nada”
• “No necesitamos invocar a Dios para
entender las ecuaciones y poner el
universo en marcha”
El gran diseño
Stephen Hawking y Leonard Mlodinow
Propuestas para tratar de explicar la creación de la
La partícula inicial se habría formado a partir de la gravedad
47

48
• Cuesta entender en qué sentido la existencia
de la gravedad es el fundamento de la
formación de la primera partícula de materia ya
que las leyes en sí no crean nada
• Las leyes de la naturaleza no causan nada, no
crean nada son un resumen o explicación de lo
que sucede en el universo
• Pero además ¿de donde surgieron inicialmente
esas leyes?
Dificultades de la propuesta de Stephen Hawking y Edward Mlodinow
48

49
• Si Hawking y Modlinow sustentan que la
respuesta a la pregunta de quién o qué creó el
universo es la «ley de la gravedad» lo único que
habrían hecho es derivar la cuestión para
preguntarse quién creo esa ley de la gravedad
Dificultades de la propuesta de Stephen Hawking y Edward Mlodlinow
49

51
• En relación con el desarrollo y evolución
del universo se han propuesto dos teorías:
–El universo en expansión continua
–Y el universo que se expande y se
contrae continuamente
Teoría de la expansión y contracción infinita del Universo
51
El Universo infinito

52

53
Los tres primeros
minutos del universo
Stephen Weinberg
53
Si esto fuera así se solucionaría el
problema del Génesis

54 54
• Sin embargo, el propio Weinberg plantea a la existencia de
un universo infinito una seria dificultad teórica, al afirmar
que en cada ciclo de expansión y contracción la cantidad
de fotones en relación a las partículas nucleares, aumenta
ligeramente, que ocurre a medida que el universo se
expande y contrae. Por ello, opina, que el universo tendría,
tras cada nuevo ciclo, una proporción mayor de fotones
que de partículas nucleares. En el momento actual dicha
proporción es muy grande, pero no infinita, cosa que
ocurriría si el universo pudiera expandirse y contraerse un
número infinito de veces
• Ello invalidaría físicamente la teoría de la expansión y
contracción continuas e infinitas
Dificultades propuestas por Weinberg a la Teoría del
Universo infinito

• Pero, de lo que no cabe duda como el mismo Weinberg
afirma, es que "el esfuerzo para comprender el universo
es una de las pocas cosas que eleva la vida humana
sobre el nivel de la farsa", comentando además que si
hubiera algo en la naturaleza que apuntara hacia un Dios
creador, tendrían que ser las leyes finales de la
naturaleza, a las que Stephen Hawking se refiere como la
«mente de Dios», y añade: «¿encontraremos en las leyes
finales de la naturaleza un Dios?» si así fuera, «uno de los
grandes logros de la ciencia habría sido, si no hacer
imposible para la gente inteligente ser religioso, al menos
hacer posible para ellos no serlo»
55
Dificultades propuestas por Weinberg a la Teoría del
Universo infinito

56
• Se ha propuesto por Theodor Kaluza que existiera antes
de nuestro universo otro con más de tres dimensiones y
por Lawrence Krauss la redefinición de la nada
Theodor Kaluza Un universo de la nada
Lawrence Krauss
Otras teorías
56

58
• Una característica del hombre inteligente y
libre es hacerse preguntas
• Lo que Karl Popper denominó «preguntas
fundamentales»
• Una consecuencia de su racionalidad es
tratar de responderlas
Reflexión final
Preguntas fundamentales respecto a la creación del
Universo
58

59
Una característica del hombre inteligente y libre es hacerse preguntas,
lo que Karl Popper denominó «preguntas fundamentales», y una
consecuencia de su racionalidad es tratar de responderlas.
Sin duda, en el orden de la categoría de esas preguntas hay una
gradualidad, y en función de ello, la necesidad, o al menos el intento, de
darles respuesta.
Es cierto que se pueden plantear, que se nos plantean, muchas
preguntas, pero pienso, sin temor a equivocarme, que hay una que
trasciende a todas las demás, por las consecuencias que en nuestra vida
presente o futura puede tener, y esa no es otra que la pregunta sobre la
existencia de Dios.
La ciencia, aunque muestra una gran capacidad de respuesta, no
responde a esas «preguntas fundamentales», pues la «verdad científica
es incompleta y solamente responde a penúltimas preguntas, la
respuesta a las últimas hay que encontrarla en la filosofía y la teología».

60
Sin embargo, para dar una explicación a los problemas que la ciencia
no puede resolver, nunca habría que proponer la acción de Dios, ni a
Dios mismo, como una solución para «cubrir, en palabras de McGrath,
los huecos que deja la ciencia».
Esta es la dificultad que, en otro orden de cosas presenta la teoría del
«diseño inteligente» cuando se habla de la Evolución.
En relación con el origen del universo, la gran pregunta que hay que
plantarse es, y dado por admitido que ya se ha creado esa partícula
material, de infinitésimo tamaño y densidad y temperatura infinitas,
¿qué había antes? ¿a partir de qué se creó ese «átomo primigenio» de
Lemaître?
Desde un punto de vista empírico no existe por el momento ningún
fundamento científico para responder con evidencia experimental a
dicha pregunta.

61
Pero, además de todo ello, desde un punto de vista científico, uno de los
mayores retos de la cosmología actual consiste en entender el Big Bang: la
repentina y violenta emergencia del espacio, el tiempo y la materia, partir
de un punto de densidad y temperaturas infinitas. En términos técnicos, a
un punto con estas características se le ha denominado «singularidad», y
con relación a él fallan todas las leyes de la física. Es decir, en el momento
inicial existiría un universo sin reglas ni orden de ningún tipo. Por lo que, a
partir de tales condiciones podría haber surgido cualquier realidad
lógicamente posible, pues no hay ningún motivo para pensar que la
«singularidad» tendría que haber dado lugar a un cosmos tan ordenado
como el que hoy conocemos.

62
Todo lo anteriormente expuesto plantea otra serie de preguntas, a
mi juicio igualmente sin respuesta, ¿cómo se autodotó la
«singularidad», ese punto material infinitamente pequeño y
denso, de las tan espectaculares leyes que iban a regir el desarrollo
del Universo? ¿y por qué esas leyes fundamentales se rijan por
parámetros matemáticos tan exquisitamente exactos? En palabra
de Paul Dirac se podría afirmar "que uno de los rasgos de la
naturaleza es que las leyes físicas fundamentales se describen en
términos de una teoría matemática de gran belleza y poder, y que
para comprenderla se necesita una norma matemática muy
elevada. Uno quizá pudiera resolver la situación afirmando que
Dios es ese matemático de gran nivel, que usó una matemática
muy avanzada al construir el universo".

63
Otra gran pregunta es la que ya hemos formulado y que hace
referencia a que habría bastado una pequeñísima variación de
alguna de esas leyes fundamentales, para que nuestro universo, tal
como actualmente lo conocemos, no hubiera podido constituirse,
para que esa maravilla que ahora contemplamos y que nos causa
asombro fuera, en caso de existir, un caos de energía y materia en el
que no tuviera cabida la materia organizada y mucho menos la vida
orgánica que dio origen a la existencia del hombre. Un cambio
mínimo de una sola de las constantes universales hubiera conducido
a la formación de un universo en el que no sería posible la vida.

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¿Pero cómo pudo originarse ese universo primigenio de leyes tan
exquisitamente diseñadas? Para tratar de dar una repuesta a esta
pregunta se podría pensar que este universo nuestro con esas leyes tan
delimitadas podría haber nacido al azar, entre un sinfín de universos
creados de entre los cuales, uno de ellos, aleatoriamente, pudiera estar
dotado de dichas leyes. Sin embargo, esto es imposible que así hubiera
ocurrido, porque, por un lado, no existieron infinitos universos del cual
hubiera sobrevivido únicamente el más apto, el nuestro, sino que
solamente se constituyó un único universo, dotado desde el principio
de las maravillosas leyes que lo rigen, por lo que pienso que es
materialmente imposible que nuestro universo hubiera surgido con
estos tan precisos condicionamientos físicos si hubiera sido un
producto del azar.

65
Una última reflexión. Es cierto, que a los que creemos en un Dios
creador nos pueda resultar difícil fundamentar científicamente su
existencia; pero así mismo, no es menos cierto que parece más difícil
todavía que los que no creen en Él puedan demostrar científicamente
que no existe, y sobre todo que puedan dar una respuesta racional y
científicamente fundamentada a todas las preguntas que
anteriormente nos hemos planteado en relación con el origen del
universo.
Si Dios no existiera, pienso que necesariamente habría que
inventarlo, pues es la única respuesta inteligente, y posiblemente
razonable, para tratar de explicar la maravilla del universo creado.

66
Pero ahora, si me lo permiten, voy a prolongar mi exposición
90 segundos más, en los que les propongo escuchar un
fragmento del «Dúo del Oratorio de la Creación» de Haydn.
En él, Adán y Eva muestran su asombro ante la grandeza de
lo creado que están contemplando. Pero escuchemos a
Haydn.

68
Indudablemente el asombro ante la creación de este universo
nuestro, puede quedarse en eso, en asombro, pero sin duda
puede ir, yo diría que debe ir, más allá y preguntarse el cómo, el
porqué de lo creado, e incluso plantearse la necesidad de
preguntarse por un Creador, que no solamente ha sido capaz de
alumbrar ese universo que nos asombra, sino especialmente al
hombre, aún causa de mayor asombro, e incluso, dando un paso
más, a un hombre capaz de producir algo tan maravilloso como
este «Dúo de la Creación» que acabamos de oír.
Después de escucharlo, me atrevo a plantearme a mí mismo, y
les planteo a ustedes, que tras esta maravilla del universo y de
esa insuperable música, tiene que estar, aunque escondida, la
existencia de un Dios creador.

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