Evolució de la cosmologia: d'Aristòtil al Big Bang

El món sublunar o terrestre

El món sublunar o terrestre és el que habita l'ésser humà. La Terra té forma esfèrica, és petita i està al centre de l'univers. El món està limitat per l'esfera de la Lluna, frontera entre dues regions. Està constituït pels elements grecs: terra, aigua, aire i foc. Cadascun d'ells té un lloc propi a l'univers (teoria dels llocs naturals). Si estiguessin en estat pur, s'organitzarien en esferes concèntriques i en l'ordre següent: la terra es trobaria al centre, sobre la terra hi hauria aigua, després l'aire i, finalment, el foc. Els quatre elements tendeixen naturalment a recuperar la seva posició i, per això, posseeixen un moviment natural de caràcter rectilini, que es pot produir de dues maneres: descendent, en el cas de la terra i l'aigua, i ascendent, en el cas de l'aire i el foc. Com que el món sublunar el componen substàncies que són compostos o mescles d'aquests elements, segons sigui la proporció que d'aquestes substàncies tinguin, els correspondrà un moviment natural d'un signe o un altre.

S'extreuen dues conclusions:

• L'univers és finit. Si fos infinit, no hi hauria cap punt destacat a l'univers. Pel fet de ser finit, té un lloc central i un lloc extrem que els delimita.
• El buit no existeix, ja que un cos en el buit estaria aïllat de la resta de l'univers i no podria determinar la direcció en la qual s'ha de moure. Per tant, l'univers és únic, perquè no pot existir el buit que separaria els diferents universos independents.

Tot moviment que no sigui natural necessita una causa aliena que el justifiqui. Recórrer al moviment que té lloc a la regió celeste. El moviment de rotació de l'esfera de les estrelles fixes es trasllada, per fricció, d'una esfera a una altra fins a arribar a l'esfera de la Lluna, que el transmet a la regió sublunar. Aquest moviment produeix la mescla dels elements i, per tant, fa que es generin i es corrompin els cossos.

El món supralunar o celeste

El món supralunar o celeste és el que es troba més enllà de l'esfera de la Lluna i que té el seu límit en l'esfera de les estrelles fixes. Està compost del cinquè element, l'èter. És un element de naturalesa divina, perfecta, pura, inalterable i sense pes. El món supralunar és etern i immutable. Aquestes esferes existeixen realment i es componen d'èter, encara que només són visibles en les regions en què l'èter es concentra formant els cossos celestes. Cada esfera es mou amb un moviment circular uniforme, que es transmet pel fregament d'unes esferes amb altres, i tot això produeix el moviment resultant dels planetes.

L'espai i el temps

• Té tres dimensions.
• Depèn de la matèria.
• És absolut.
• És continu.
• No és homogeni ni isòtrop.
• No és neutre.

El temps està associat al moviment i al canvi: és el canvi mesurat per una ànima. El moviment circular uniforme de les estrelles fixes és el canvi que per excel·lència mesura el temps. Propietats del temps aristotèlic:

• És successiu, ja que transcorre inexorablement, i ho fa en un únic sentit: del passat cap al futur.
• És absolut.
• És continu i etern.
• Depèn del canvi: no hi ha canvi, per tant, no hi ha temps.

Tycho Brahe

Tycho Brahe no acceptava l'heliocentrisme copernicà, però va donar suport a les tesis de Copèrnic, perquè els seus descobriments eren incompatibles amb la creença aristotèlica en les esferes i en la immutabilitat del cosmos. Va descobrir una nova estrella, destruint així la idea que el món supralunar està lliure de la generació i de la corrupció, i també va calcular l'òrbita dels cometes, fet que posava de manifest que havien travessat les suposades esferes en les quals els planetes estan incrustats.

Johannes Kepler

Johannes Kepler era heliocentrista. A partir de les observacions de Brahe, va formular una sèrie de lleis que van desterrar l'herència aristotèlica que el copernicanisme mantenia: la circularitat de les òrbites i la uniformitat de les seves velocitats. Va donar consistència a l'heliocentrisme afirmant que les òrbites planetàries eren el·líptiques, que en un dels seus focus hi havia el Sol, i que la velocitat de desplaçament dels planetes varia en funció de la distància a la qual estigués el Sol.

Galileu Galilei

Galileu Galilei. Les seves aportacions van significar la consolidació definitiva de l'heliocentrisme. Va ser el primer a utilitzar un telescopi amb fins científics. Això li va permetre descobrir les taques solars o els cràters lunars, que van acabar definitivament amb la creença aristotèlica en un univers perfecte i immutable. Un altre dels seus descobriments van ser les llunes de Júpiter. Aquest fenomen contradeia el prejudici geocentrista que tots els planetes giraven al voltant de la Terra.

Implicacions filosòfiques

1. Mecanicisme. Com que la mecànica newtoniana era capaç d'explicar fenòmens físics tan diversos com el moviment dels cossos del sistema solar, la caiguda dels cossos, les marees, etc., es va convertir en el paradigma de l'explicació científica: la idea del món vist com una màquina perfecta, comparable a un mecanisme de rellotgeria. Per això, s'intenta explicar la realitat únicament a través de les causes materials.

2. Determinisme. L'univers és predictible teòricament: és un procés mecànic, com tots els fenòmens de la naturalesa, i les lleis newtonianes determinen completament la seva evolució, que podem predir exactament en la mesura que disposem de dades exactes. Com que a la pràctica és impossible fer una predicció exacta, pel nombre elevat d'elements implicats, la precisió finita dels instruments de mesura, etc., tan sols podem obtenir una descripció aproximada de la realitat. Així, encara que les lleis de la naturalesa són totalment deterministes i absolutament necessàries, pel que fa al nostre coneixement ens veiem obligats a utilitzar lleis estadístiques, que són probabilístiques i convencionals (és a dir, formulades segons la seva utilitat per descriure els fenòmens), i a conformar-nos amb solucions aproximades, vàlides a curt termini.

3. Reducció del paper de Déu en la cosmologia. La ciència derivada del gir copernicà no nega l'existència de Déu, però desvincula l'estudi de l'univers de l'estudi de l'existència de Déu. Els científics redueixen el paper de Déu al de creador i dissenyador de la màquina del món i de les seves lleis. Tot i que la constatació científica de la perfecció de l'univers es pot utilitzar per augmentar la glòria de Déu, també es pot utilitzar per fer-ho innecessari i facilitar el pas cap a l'ateisme.

4. La importància de la naturalesa. Durant l'edat mitjana, només Déu i l'home ostentaven una posició de privilegi en el conjunt de la realitat. Ara, aquesta posició l'ocupa també la natura. Des del moment en què Déu l'ha creat i ha dissenyat les seves lleis, evoluciona per si mateixa de manera autosuficient, sense necessitat de cap tipus d'intervenció divina.

5. Inseguretat. L'ésser humà es fa conscient que ocupa un racó diminut en un univers potser infinit. Aquest univers, sense una finalitat global, no ha estat dissenyat per afavorir l'home. L'absència d'una finalitat global causa en les persones un sentiment d'inseguretat.

6. El poder de la raó. Tot i que el determinisme de les lleis físiques és acceptat, l'home també se sent més poderós per haver aconseguit comprendre i descobrir. Així, el destí més elevat de l'home és fer ús de la raó, que es considera il·limitada. Aquesta confiança atenua el sentiment d'inseguretat davant de l'univers.

Teoria de la relativitat

La teoria de la relativitat especial (1905) afirmava que no existeixen un espai i un temps absoluts i independents del subjecte que els experimenta. Espai i temps són mesures que obté un observador i que, entre altres variables, depenen de la velocitat a la qual es trobi. El 1915, amb la teoria general de la relativitat, com que res no pot anar més de pressa que la llum, Einstein va introduir la idea de camp gravitatori, segons el qual la matèria deforma la geometria de l'espai que l'envolta, influint sobre els cossos que es troben en ell. I és que, en les proximitats d'una gran massa, l'espai està més corbat i el temps transcorre més lent. Així, encara que la tendència natural dels planetes, i en general la de tots els cossos celestes, sigui recórrer la distància que es troba entre dos punts pel camí més curt, si l'espai en què es mouen està corbat, el planeta acabarà traçant una òrbita al seu voltant. D'aquesta manera, la teoria de la relativitat explicaria els moviments orbitals dels planetes. Però, a més, se'n dedueixen conseqüències imprevistes, com que l'Univers es troba en un procés d'expansió.

Teoria expansionista de l'univers

Als anys 1920, Edwin Hubble va confirmar l'existència de galàxies més enllà de la Via Làctia, i en mesurar l'espectre de la llum que emetien, es va adonar que totes estaven allunyant-se de nosaltres. Encara més: va comprovar que com més lluny es trobava una galàxia, més ràpidament s'allunyava. Per tant, l'univers s'està expandint. Això significa que si tota la matèria de l'Univers s'està allunyant i expandint es deu al fet que en el passat va estar unida. Amb aquesta informació, Georges Lemaître, a la dècada dels anys vint, va proposar una nova idea: el Big Bang. Lemaître va suggerir que l'Univers neix d'una colossal explosió inicial, encara que l'expressió més adequada sigui "expansió".

Tres finals de l'univers

• Big Freeze. Es tracta de la conseqüència última de la segona llei de la termodinàmica i de l'expansió eterna de l'univers. Amb l'augment de l'entropia, els llums es van apagant gradualment fins a arribar a una temperatura uniforme, transformant l'univers en un immens i gelat cementiri galàctic, en uns cent mil milions d'anys, com a mínim.
• Big Crunch. L'expansió de l'Univers es redueix i arribarà un moment en què s'aturarà i després començarà a encongir-se. A causa de la força de la gravetat, l'espai, el temps i la matèria convergiran entre si fins a aixafar-se en un punt infinit d'energia. El Big Crunch és el contrari del Big Bang.
• Existeix una tercera possibilitat, segons la qual la força de l'expansió és exactament igual a la força de la gravetat de tota la matèria existent.

Mort més probable

El Big Freeze, per dos motius:

1. En primer lloc, perquè el Big Crunch requereix que hi hagi molta més matèria a l'univers que la que nosaltres veiem. La matèria trobada és insuficient per provocar la contracció de l'univers. Es va construir la hipòtesi de la matèria negra, una matèria que es manté invisible als nostres ulls. Aquesta matèria negra constituiria el noranta per cent o més de la matèria existent a l'univers.
2. En segon lloc, el Big Freeze sembla més probable a causa de noves observacions sobre, justament, l'expansió de l'univers. Hi ha una força obscura que s'emporta els planetes més ràpid del que hauria, capaç de combatre els efectes de la força de gravetat. Ara bé, el Big Crunch requereix que la velocitat d'expansió disminueixi fins a aturar-se i començar la contracció. Però la velocitat d'expansió de l'Univers està augmentant i la conclusió només pot ser una: l'Univers s'encamina cap al Big Freeze.

Principi d'incertesa

Es pot preveure l'evolució dels objectes, sempre que se sàpiga la respectiva velocitat i posició. Però al món quàntic les coses funcionen de manera diferent. Quan coneixem la posició d'una partícula, no podem saber quina és la seva velocitat exacta. I quan coneixem la velocitat, no podem determinar la posició exacta. Aquest fet es regeix pel principi d'incertesa, segons el qual podem saber amb rigor la velocitat o la posició d'una partícula, però mai les dues coses alhora. Una de les causes d'aquesta impossibilitat és la inevitable interrelació entre l'observador i allò observat, ja que no pot haver-hi observació sense intervenció de l'observador. Aquest fenomen, que en processos quotidians és imperceptible, és problemàtic quan ens referim al món subatòmic, ja que una alteració mínima pot ser significativa i determinant.

Superposició quàntica

Segons Schrödinger, els principis quàntics prediuen la possible superposició simultània de dues realitats diferents. Això significa que, si fiquem un electró a una caixa dividida en dos costats i la tapem, l'electró estarà en els dos costats al mateix temps. Només quan obrim la caixa i observem el seu interior la posició de l'electró quedarà determinada a un costat o a un altre. És el propi observador qui decanta l'observació en un sentit o en un altre. Per tant, en la realitat subatòmica es donen tots els estats possibles, estats superposats. Schrödinger il·lustra aquestes sorprenents conseqüències mitjançant la paradoxa coneguda amb el nom d'"El gat de Schrödinger". Un gat és tancat en una caixa al costat d'una ampolla plena de gas verinós. Un dispositiu s'activa i trenca l'ampolla si es produeix la desintegració d'una partícula radioactiva, i existeix un 50% de possibilitats que això passi. Segons la física quàntica, abans de fer l'observació tots dos fenòmens se succeeixen en superposició, de manera que per al món macroscòpic això implica la següent conclusió: el gat ha de ser viu i mort alhora.

Teoria del caos

La teoria del caos neix com una descripció de certs fenòmens de la realitat que, tot i que es poden expressar mitjançant una formulació matemàtica, escapen a la previsibilitat. Allò que caracteritza els fenòmens que estudia aquesta teoria és la gran sensibilitat a les condicions inicials. Aquests fenòmens tracten de sistemes dinàmics en els quals petites desviacions en les condicions inicials deriven en resultats enormement divergents. Es tracta, doncs, de fenòmens pels quals existeix una llei i, per tant, no pot dir-se que siguin completament aleatoris, però tampoc completament previsibles. El problema rau en el fet que l'evolució del sistema que desitgem explicar adquireix una complexitat creixent de forma exponencial fins al punt que, passat un cert temps, es fa impossible dir com continuarà d'ara endavant.

Implicacions filosòfiques

1. Impossibilitat de separació subjecte-objecte. Hem vist quan hem parlat del principi d'incertesa que, per a observar alguna cosa, cal interaccionar amb ella.

2. Indeterminisme i imprevisibilitat. Només es poden establir lleis estadístiques que no prediuen amb exactitud el resultat d'una observació, sinó que tan sols calculen les seves probabilitats. I la teoria del caos ens ensenya que, fins i tot, si partíssim d'un enfocament determinista, en el cas dels fenòmens molt sensibles a les condicions inicials no és possible poder fer prediccions fiables a partir d'un cert temps.

3. Allunyament respecte del sentit comú. La teoria de la relativitat, la física quàntica i la teoria del caos contribueixen al fet que les noves teories s'apliquen en àmbits quotidians.