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21 mar 2018

EL ANNUS MIRABILIS DE GEORGES LEMAÎTRE

El día de pi de este año se ha celebrado ensombrecido por la muerte de Stephen Hawking. En estos días tanto se ha escrito sobre su vida y obra que ardua tarea resultaría, de no ser un consumado especialista, aportar novedad alguna sobre el personaje y sus ideas. No obstante, y puesto que toda reflexión sobre nuestro Universo merece la pena, he vuelto a recordar la enorme figura de Georges Lemaître, un astrofísico tan genial como injustamente olvidado.

Tal es así, que pronto descubrí el artículo de Jean-Pierre Luminet, Georges Lemaître, The beginning of the world from the point of view of quantum theory, General Relativity and Gravitation (2011), volumen 43, págs. 2911-2928, escrito como Nota Editorial.
J.-P. Luminet califica 1931 como el annus mirabilis de Georges Lemaître y resume sus contribuciones fundamentales a la cosmología relativista, todas publicadas ese año, en los siguientes puntos:

1. Un universo homogéneo de masa constante y radio creciente considerando la velocidad radial de las nebulosas extragalácticas, que apareció en la edición del 7 de marzo de los Monthly Notices de la Royal Astronomical Society (MNRAS), como una traducción inglesa del artículo en francés, Un univers homogène de masse constante et de rayon croissant. Annales de la Société Scientifique de Bruxelles, série A, 47, 49–59 (1927), publicado cuatro años antes. Allí LemaÎtre fue el primero en interpretar el desplazamientoal rojo de las galaxias mediante un modelo de espacio positivamente curvado con un universo que se expande lentamente desde un instante en equilibrio estático según Einstein;

2. El universo en expansión, justo después del anterior, y en el mismo número del MNRAS, donde Lemaître calculó que la expansión del espacio podría ser inducida por una fase anterior de "estancamiento" que tuvo lugar alrededor de hace 10^{10} años;

3. La carta El comienzo del mundo desde el punto de vista de la teoría cuántica, publicada el 9 de mayo, por la revista Nature, en su volumen 127, pág. 706;

4. Contribución a una discusión sobre La cuestión de la relación del universo físico con la vida y la mente, publicada en el suplemento de Nature, volumen 127, págs. 704-706, en la que Lemaître abogó por un comienzo abrupto del universo a partir de un concentración inicial y superdensa de materia nuclear llamada átomo  primordial.

5. La expansión del espacio, un relato cuantitativo de los apartados 3 y 4 anteriores, publicado en francés, el 20 de noviembre, en la revista científica belga Revue des Questions Scientifiques, donde Lemaître desarrolló sus principales ideas cosmológicas sobre la hipótesis del átomo primordial con un extraordinario estilo literario;

6. La indeterminación de la ley de Coulomb en la edición del 8 de agosto de los Annales de la Société Scientifique de Bruxelles, en la que aplicó el principio de incertidumbre de Heisenberg a la ley de Coulomb; y

7. Sobre la interpretación de Eddington de la ecuación de Dirac, en el mismo número, en el que investigó la estructura matemática de la electrodinámica cuántica utilizando el formalismo de los cuaterniones.

Continúa Luminet opinando que “en esa cadena de perlas, la contribución número 3 es la más corta, pero la más brillante y se puede considerar como el auténtico “Estatuto” de la moderna teoría del Big Bang”.
El comienzo del mundo desde el punto de vista de la teoría cuántica es una deliciosa carta de Lemaître publicada el 9 de mayo de 1931, por la revista Nature, en su volumen 127, pág. 706, donde comienza refiriéndose a otra, también en Nature, de Sir Arthur Eddington, de 21 de marzo, pág. 447, del mismo año. La carta de Lemaître comienza así “Sir Arthur Eddington [en su carta] afirma que, filosóficamente, la noción de un comienzo del orden actual de la Naturaleza le repugna. Más bien me inclinaría a pensar que el estado actual de la teoría cuántica sugiere un comienzo del mundo muy diferente del orden actual de la Naturaleza”.
El resto de la corta misiva, traducida literalmente, dice así: “Los principios termodinámicos, desde el punto de vista de la teoría cuántica, se pueden enunciar de la siguiente manera: (1) La energía total, que se mantiene constante, está constituida por cuantos discretos. (2) El número de cuantos distintos está en aumento. Si retrocedemos en el curso del tiempo, debemos encontrar cada vez menos cuantos, hasta que encontremos toda la energía del universo concentrada en unos pocos o incluso en un único cuanto.
En los procesos atómicos, las nociones de espacio y tiempo no son más que nociones estadísticas, que se desvanecen cuando se aplican a fenómenos individuales que involucran a una pequeña cantidad de cuantos. Si el mundo comenzó con un solo cuanto, las nociones de espacio y tiempo no tendrían significado al principio; solo comenzarían a tenerlo cuando el cuanto original se hubiera dividido en un número suficiente de cuantos. Si esta sugerencia es correcta, el comienzo del mundo ocurrió un poco antes del comienzo del espacio y el tiempo. Creo que ese comienzo del mundo está lo suficientemente lejos del actual orden de la Naturaleza como para no ser en absoluto repugnante.
Puede ser difícil seguir la idea con detalle, ya que todavía no podemos contar los paquetes cuánticos en todos los casos. Por ejemplo, puede ser que un núcleo atómico se deba contar como un único cuanto, actuando el número atómico como una especie de número cuántico. Si el desarrollo futuro de la teoría cuántica resulta ir en esa dirección, podríamos concebir el comienzo del universo en la forma de un átomo único, cuyo peso atómico sería la masa total del universo. Ese átomo, altamente inestable, se dividiría en otros cada vez más pequeños por una especie de proceso altamente radioactivo. Algún remanente del proceso podría, de acuerdo con la idea de Sir James Jeans, incrementar el calor de las estrellas hasta que nuestros átomos de bajo número atómico hicieran posible la vida.
Claramente, el cuanto inicial no podía ocultar en sí mismo todo el curso de la evolución pero, según el principio de la indeterminación, eso no sería necesario. Nuestro mundo se entiende ahora como un mundo donde algo realmente sucede; la historia completa del mundo no necesita haber sido escrita en el primer cuanto como una canción en el disco de un fonógrafo. Toda la materia del mundo debe haber estado presente al principio, pero la historia que tiene que contar puede escribirse paso a paso.”

Leer más sobre Georges Lemaître.

Autor: ÁNGEL FERRÁNDEZ-IZQUIERDO 

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2 Responses

  1. Alfonso Romero

    A lo largo de la historia ha habido dos tipos de “buenos científicos”: los que se han autopromocionado y los que no. George Lemaître fue de estos últimos quizá por su carácter personal y filosofía de vida. Bien está que hablemos de él habiendo estado antes olvidado durante tanto tiempo. Es cuestión de justicia.
    Gracias Ángel por tu excelente iniciativa.

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