Al principio, cuando Dios creó los cielos y la tierra, la tierra era informe y vacía, la oscuridad cubría el abismo y el espíritu de Dios se movía sobre la superficie de las aguas. Génesis 1:1
La Biblia no pretende ser un libro de ciencia; no debemos buscar ni verdades ni errores científicos en ella. Sin embargo, a su manera, dice la verdad: en el relato de la creación del mundo, los elementos que componen el Universo están ordenados de la misma manera que la ciencia actual los ordena. Dios creó el tiempo y el espacio casi simultáneamente, seguidos por la materia.
Composición del universo
En tiempos recientes hemos sido testigos de grandes avances en la física sobre el origen y la naturaleza del Universo. Sin embargo, es precisamente en esta ciencia donde el misterio sigue abundando. Dada su tamaño y nuestra pequeñez, es más lo que no se sabe que lo que se sabe sobre el Universo, y gran parte de lo que se sabe son solo conjeturas, hipótesis que necesitan verificación experimental.
En nuestro afán por encontrar la Trinidad o tridimensionalidad transversal a todo lo que creó el Dios Trino, con la mayoría de los físicos hemos llegado a la conclusión de que el Universo está compuesto de Tiempo - Espacio - Materia. Algunos pueden pensar que la energía es un cuarto elemento, pero no es así: con la teoría de la relatividad general de Einstein, aprendimos que la materia y la energía son transmutables, es decir, la materia es una forma de energía y la energía es una forma de materia.
De alguna manera podemos decir que la materia o la masa es energía solidificada o condensada, la energía es materia volatilizada. De su naturaleza trinitaria, al principio, Dios creó tres cosas: tiempo, espacio y materia. El Universo está entonces compuesto por Tiempo, Espacio y Materia/Energía. El universo es un continuo de materia que se convierte en energía y energía que se convierte en materia dentro de un marco espaciotemporal.
Por la forma en que nuestra mente funciona lógicamente, nos llevan a pensar que la materia/energía es el contenido del universo y que el espacio y el tiempo son respectivamente el lugar y el momento en los que la materia y la energía se transmutan entre sí. En otras palabras, el Universo está compuesto por un elemento activo/materia y energía y dos pasivos, el tiempo y el espacio.
La teoría de la relatividad y la física cuántica han desafiado la lógica de nuestro pensamiento en el sentido de que ninguno de los tres componentes es pasivo, los tres interactúan entre sí de manera muy compleja, y ninguno de los tres es más importante que el otro; Como hemos dicho en el caso de la tridimensionalidad, la familia humana, la existencia de uno de los elementos presupone la existencia de los otros dos. También podemos decir aquí que cada uno de los tres elementos no existe por sí mismo separado de los otros dos, por lo que o bien los tres existen simultáneamente o ninguno de los tres existe.
El comienzo del universo
Durante siglos, los científicos ateos basaron su ateísmo en el hecho de que el universo no tenía principio ni fin, que siempre había existido, y se reían de la Biblia y de la Iglesia que siempre había sostenido que el mundo tiene a Dios como principio y su fin. Sabemos que el universo está formado por tiempo, espacio y materia; Si fuera eterno, el tiempo no formaría parte de la ecuación, sería estático o, como mucho, cíclico.
Albert Einstein, en 1915, con su teoría de la relatividad, estableció la relación entre materia, espacio, tiempo y gravedad, así como la equivalencia y transmutabilidad entre energía y materia. Como ya hemos dicho, también descubrió que el Universo no es estático, sino que se contrae o expande.
El padre Georges Lemaître, en 1927, descubrió que el universo se estaba expandiendo y concluyó que hubo un día sin ayer, es decir, que el Universo fue resultado de una explosión cósmica ("Big Bang") que ocurrió hace 13.800 millones de años.
Edwin Hubble, en 1929, observó con el telescopio más grande del mundo (200 pulgadas) que las galaxias más allá de la Vía Láctea se alejaban de nosotros a una velocidad proporcional a su distancia de la Tierra, es decir, cuanto más lejos están, más rápido se alejan de nosotros. Sus observaciones prueban sin lugar a dudas no solo la teoría de la expansión del universo, sino también que esta expansión se está acelerando.
Además de estas observaciones, en 1965, Arno Penzias y Robert Wilson descubrieron la radiación cósmica de fondo de microondas, conocida por las iniciales CMBR (Radiación de Fondo de Microondas Cósmica), presente en todo el espacio. Esta radiación de fondo es lo que se observa cuando sintonizamos un televisor, un canal que no está ocupado por una emisora de televisión. El ruido que oímos es un eco del Big Bang y el cosquilleo que vemos se asemeja a una fotografía tomada 380.000 años después del Big Bang, cuando el Universo aún era muy caliente y denso.
Por lo tanto, al principio, existía un único punto infinitesimalmente denso y más caliente que el interior de una estrella, al que los físicos dan el nombre de singularidad; Con la explosión de esta singularidad y su rápida expansión, se crearon el tiempo, el espacio y, posteriormente, la materia. El hecho de que el Universo no sea estático y esté expandiéndose hace inconcebible que siempre haya existido y pueda seguir existiendo expandiéndose eternamente, así que debió de haber tenido un comienzo. Ese comienzo fue el Big Bang.
La representación gráfica del Universo en expansión, según la imagen que ilustra este texto, es triangular, con el vértice del triángulo coincidiendo con la fuente de luz más intensa: el Big Bang. Así que si queremos tener una idea de cómo ocurrió el Big Bang, solo necesitamos encender una batería: vemos que la luz se propaga en forma triangular, y que este triángulo se expande hasta que la luz se desvanece en la distancia.
Lo que ocurre de forma similar en todos los campos del conocimiento humano es que todo lo que empieza a existir tenía una causa. Por lo tanto, si el Universo comenzó a existir, su existencia fue causada. Sin embargo, esta causa debe ser en sí misma encauzada, inmutable, atemporal, inmaterial y personal, es decir, Dios.
Un universo oscilante
Los ateos, sintiendo que el suelo se les escapaba bajo los pies, y sin poder negar el Big Bang, comenzaron a argumentar que en un futuro lejano, el Universo alcanzará un punto máximo de expansión y comenzará el movimiento inverso mediante el cual toda la materia se reunirá de nuevo por la fuerza de la gravedad, para luego explotar y expandirse en un Universo que es simultáneamente nuevo y reciclado, en una sucesión eterna de "Big Bangs" y "Big Crunchs".
Es decir, el universo funcionaría como un yo-yo, una gran explosión seguida de una expansión que se detendría en el momento en que la fuerza de expansión iguala la fuerza de gravedad. En ese punto, el universo entraría en el movimiento opuesto a la expansión, es decir, comenzaría a encogerse vertiginosamente cuando la fuerza de gravedad superara y cancelara la fuerza de expansión, hasta colapsar en una implosión y crear una nueva singularidad, seguida de un nuevo Big Bang.
El universo oscilaría, como una goma elástica que se expande rápidamente hasta un punto máximo, luego desacelera hasta dejar de expandirse y después se contrae tan rápido como se ha expandido, hasta alcanzar un Big Crunch, es decir, el punto infinitamente denso que daría lugar a un nuevo Big Bang.
Esta teoría parece estar en línea con la primera ley de la termodinámica (no se crea nada, no se pierde nada, todo se transforma); la materia es siempre la misma, reciclándose eternamente, por lo que el Universo no tiene principio ni fin. Representando esta idea en filosofía está la teoría de la recurrencia eterna: la historia se repite, como dicen algunos historiadores. En religión, tenemos la teoría de la reencarnación y la concepción cíclica del tiempo, tal como la entendían los griegos: primavera, verano, otoño, invierno, etc.
Sin embargo, esto no es lo que ocurrirá, ya que las observaciones realizadas con el telescopio Hubble no apuntan en esa dirección. El ascenso de un cohete puede darnos una idea de lo que ocurrirá. Un cohete asciende en la atmósfera porque tiene una fuerza mayor que la gravedad que lo atrae hacia la Tierra. Si le falta combustible, dejará de subir y la gravedad hará que vuelva a su punto de partida.
Sin embargo, si no le falta combustible y sube a más de 12 km por segundo, nunca volverá a la Tierra y se alejará para siempre de nosotros. Esto es lo que ocurre con nuestro universo: la aceleración cósmica de la expansión es tan alta, y la densidad de la materia (que proporciona la gravedad) es tan baja, que todos los objetos siguen alejándose de nosotros para siempre.
El fin del Universo
En un universo cerrado, la gravedad detendría la expansión cuando alcanzara su límite y sería seguida por una contracción. Pero el Universo es abierto e ilimitado, así que puede expandirse eternamente, y todo indica que la expansión se está acelerando.
La tasa de expansión de las galaxias es demasiado grande para que su gravedad pueda revertir su movimiento. Aunque en el futuro se ralentizaran, ya estarían demasiado lejos para que la gravedad los obligara a contraerse. Por lo tanto, la expansión es irreversible porque no hay suficiente materia en el Universo para que la fuerza de su gravedad la detenga. Así, ya sea en un momento dado el Universo se congela o se expande hasta gastar toda su energía y morir.
La disminución de masa debido al agotamiento de energía disminuye la fuerza de gravedad, haciendo imposible la inversión en U. El Universo se expandirá hasta que ocurra la muerte cuando haya agotado toda su energía.
Según la primera ley de la termodinámica, en la transmutación entre energía y materia, no se crea nada, nada se destruye, todo se transforma, lo que estaría de acuerdo con un Universo eterno y oscilante. Sin embargo, bajo los términos de la segunda ley de la termodinámica, la transformación de la materia en energía no es posible sin el deterioro o erosión irreversible de la primera. Por lo tanto, los procesos naturales conocidos son cuantitativamente conservativos (1ª ley) y cualitativamente degenerativos (2ª ley).
A primera vista, puede parecer que la primera ley de la termodinámica da razón a los ateos y a su universo oscilante. Si la energía no puede ser creada ni destruida, significa que la energía puede reciclarse hasta el infinito.
Sí y no. La energía no puede ser creada ni destruida, pero sí puede cambiar o transferirse de formas más útiles a menos útiles. En cada transferencia o transformación de energía en el mundo real, una cierta cantidad de energía se convierte en una forma que no es reutilizable. En la mayoría de los casos, esta energía inutilizable toma la forma de calor.
Es cierto que el calor en circunstancias adecuadas puede reutilizarse. Sin embargo, nunca podrá transformarse en el tipo de energía mecánica con el mismo rendimiento y eficiencia del 100%. Por lo tanto, cada vez que ocurre una transferencia de energía, una cierta cantidad de energía útil (aunque no se pierda conforme a la primera ley) pasará a la categoría de inútil (de acuerdo con la segunda ley de la termodinámica o la ley de la entropía).
Si no fuera así, si existiera la primera ley de la termodinámica, sería posible construir un motor que consumiera solo la energía que produce y que produzca la energía que consume para seguir funcionando.
La razón por la que el Universo no puede resurgir dando paso a otro Big Bang, incluso si se contrae, es que el Universo es extremadamente ineficiente (entropía): lejos de salvar, desperdicia energía. De hecho, el Universo es tan ineficiente que el resurgimiento resultante de su colapso sería solo el 0,0000000001% del Big Bang original. Un resurgimiento tan insignificante resultaría en un colapso casi inmediato de nuevo, y el Universo acabaría convirtiéndose en un enorme agujero negro por el resto de la eternidad.
Y la analogía con la sal
Todo en el Universo se procesa de forma análoga. En nuestro pequeño mundo, el sistema solar está formado por una sola estrella: el sol, rodeada por 8 planetas, de los cuales el nuestro es el tercero. Le debemos la vida al rey estrella, pero ya no es joven, ya se peina en los bancos.
De hecho, como una vela que aumenta la llama antes de apagarse, como un ser humano que parece mejorar antes de morir (las llamadas mejoras de la muerte), en un plazo de mil millones de años la luminosidad del sol aumentará y ocupará dos tercios de nuestro cielo. Los océanos se secarán, la atmósfera desaparecerá. Mucho antes de esto, nuestro planeta no ofrecería condiciones mínimas para la existencia de la vida.
El sol se formó hace 4.500 millones de años a partir de una gran nube de polvo e hidrógeno, que por efecto de la gravedad giró como un huracán. Esta atracción gravitatoria provocó que la densidad aumentara y, así, la temperatura del núcleo central también aumentara hasta alcanzar los 10 millones de grados. Bajo estas condiciones, se produjo la fusión nuclear y la estrella comenzó a emitir luz. Se estima que el hidrógeno solar ya se ha reducido en un 40%. También se estima que la Tierra apareció hace 3.500 millones de años y que quedan mil millones de años para su fin. Por lo tanto, y aunque aún quedan muchos años por delante, ya estamos en el último cuarto de la vida de nuestro planeta.
Cada estrella tiene su destino marcado desde el momento de su nacimiento: según la masa que tenga el día de su nacimiento, así será su muerte. Nuestro sol primero se convertirá en una gigante roja, luego en una nebulosa planetaria, y cuando haya perdido toda su incandescencia, en una enana blanca, una estrella siete veces mayor que el sol, un supergigante rojo – supernova – estrella de neutrones.
Una estrella 40 veces más grande que el sol se convertirá en un agujero negro en su fase final. Como las estrellas, el universo se expandirá hasta que ya no le quedará energía para calentarse ni para calentarse, y se congelará hasta morir cuando haya agotado todo su combustible.
Tiempo
Para la física, el concepto o coordenada del tiempo es una medida que determina la duración de algo sujeto a cambio. Por tanto, existen tres tipos de tiempo:
El tiempo psicológico o humano que es el que cada uno de nosotros experimenta – nuestra memoria histórica de lo que ocurrió y lo que ya no ocurre, el presente que ocurre ahora y fluye hacia un futuro que está por venir.
Tiempo cósmico, asociado con la expansión del universo y que comenzó el día del Big Bang, un día sin ayer y que terminará con el fin del mundo.
El tiempo termodinámico, asociado al aumento de la entropía, es decir, la segunda ley de la termodinámica según la cual la materia no se convierte en energía sin sufrir desgaste; si no fuera así, sería posible fabricar un motor que produjera exactamente la misma energía que consume, un motor eterno. Pero esto no es posible, los sistemas que disipan energía son irreversibles.
Einstein descubrió que el tiempo no es absoluto, sino relativo: los relojes iguales y sincronizados pueden medir diferentes tiempos si uno se mueve a una velocidad considerable y el otro permanece quieto. Por esta razón, Einstein prefiere hablar del espacio y el tiempo como una sola entidad, el espacio-tiempo. De hecho, Kant ya entendía que el espacio y el tiempo eran esenciales para la comprensión de la experiencia humana, que es todo lo que ocurre simultáneamente en el tiempo y el espacio.
El tiempo disminuye en proporción a la velocidad: cuanto más rápido se mueve el objeto, menos tiempo pasa para él. Aceleras y ralentizas todo lo que rodea a la persona que se mueve: su reloj, incluso sus pensamientos. La persona no se da cuenta, pero un observador externo sí. Aquí radica la base de la famosa paradoja de los gemelos.
Uno de ellos emprende un viaje por el espacio al 90% de la velocidad de la luz; el reloj de este gemelo viajero avanza un 44% más rápido que el del gemelo que permaneció en la Tierra, por lo que el gemelo viajero envejece más lentamente que el gemelo que permaneció en la Tierra. Después de 5 años, cuando el gemelo regresa del espacio, solo tiene 5 años mientras que su hermano ya tiene más de 100. Esto, que para nuestro pensamiento convencional es una paradoja, es la realidad pura en la teoría de la relatividad.
Espacio
En la época anterior al Big Bang, el espacio tenía una dimensión cero, es decir, era inexistente. Con la gran explosión, alcanza dimensiones cada vez mayores hasta hoy y continúa expandiéndose rápidamente, creciendo.
Se entiende que el espacio son las regiones relativamente vacías del universo, fuera de la atmósfera de los cuerpos celestes. Sin embargo, hoy sabemos que no está completamente vacía de materia porque contiene partículas de hidrógeno, aunque de baja densidad, así como algo de radiación electromagnética. Hoy en día también se sabe que contiene formas desconocidas de materia y energía, como la materia oscura y la energía negra.
Hay un espacio que es real porque puede ser observado y un espacio que intuimos que existe, pero que no tenemos forma de observar. La luz viaja a una velocidad de 300 mil kilómetros por segundo; La luz de cualquier estrella tarda miles de años en llegar a la Tierra y la de las galaxias millones de años. Hay cuerpos tan lejos que su luz aún no nos ha alcanzado desde que se formaron, así que no podemos observarlos.
Al igual que con la concepción del tiempo, el espacio también desafía nuestra mente convencional. Imaginamos el espacio lineal extendido en todas direcciones, como un continuo tridimensional medible en altura, anchura y profundidad que lo envuelve todo. Sin embargo, este no es el caso: las curvas espaciales se deben a la fuerza de gravedad ejercida por las estrellas. Esto es mayor o menor según su masa. Por ejemplo, en la Tierra pesamos 8 veces más que en la Luna. Einstein ve en la fuerza de gravedad que dobla el espacio mucho más que una fuerza: una manifestación geométrica espaciotemporal.
Energía
En la época del Big Bang, cuando el espacio tenía una dimensión cero, hacía un calor infinito. Así como la luz y el calor que emanan de una pila disminuyen a medida que se alejan de su origen, igual que la expansión, el Universo se enfría al alejarse del Big Bang en el espacio y el tiempo.
En los momentos posteriores al Big Bang, no había materia, solo había fotones, electrones, neutrones y protones. Con la expansión continua del universo y la consiguiente caída de temperatura, estas partículas comenzaron a combinarse entre sí para formar el núcleo del átomo pesado de hidrógeno que, combinado con más neutrones y protones, forma el núcleo de helio.
Con la caída repentina de la temperatura, estas partículas iniciales ya no tenían suficiente energía para neutralizar la atracción electromagnética entre ellas y comenzaron a formar átomos, que son los bloques básicos de la materia.
En griego, energía significa actividad, fuerza operativa. La energía es un concepto abstracto porque no se refiere a un objeto físico. Sin embargo, según la teoría de la relatividad especial, existe una equivalencia entre masa y energía, por la cual todos los cuerpos, al estar formados por materia, contienen energía. Veamos algunas formas de energía:
Energía cinética – Es la energía que los cuerpos tienen en movimiento, dependiendo de su masa y velocidad.
Energía eléctrica – Se produce por la atracción o repulsión entre cuerpos cargados eléctricamente.
Energía nuclear – Es la energía que resulta de la ruptura o fisión del átomo. En el caso de la energía nuclear utilizada para producir electricidad, se trata de la ruptura del átomo de un elemento pesado como el uranio, cuando es bombardeado con neutrones. La fusión nuclear solo es posible dentro de estrellas, donde la temperatura sube hasta cien millones de grados.
Energía potencial – Una botella que está en una estantería tiene energía potencial dada la posición que ocupa, ya que puede caer.
Energía química – Es la energía absorbida, almacenada y liberada en las combinaciones químicas entre átomos y moléculas. Las plantas, por ejemplo, utilizan la luz solar para producir energía química que almacenan en moléculas orgánicas.
Energía radiante o luminosa – Energía que se propaga en el vacío en forma de ondas electromagnéticas: luz visible, rayos X, rayos gamma, rayos ultravioletas, infrarrojos; la luz visible es solo una forma de luz radiante.
Energía térmica – Cuando enciendes un fuego y quemas leña, produces energía térmica – el calor fluye desde cuerpos que están a la temperatura más alta hacia cuerpos que están a la temperatura más baja.
Energía oscura – La última forma de energía descubierta relativamente recientemente, en 1999. Es más lo que no sabemos que lo que sabemos sobre la energía oscura porque no es observable. ¿Es una manifestación de la gravedad o de la energía-materia? La energía oscura corresponde al 72% del Universo, de los cuales el 23% está compuesto por materia oscura. Solo el 4,6% son átomos, es decir, materia, galaxias, estrellas y planetas.
Temática
A nivel microscópico, la materia se forma por moléculas y estas por átomos que, a su vez, están compuestos por electrones, protones y neutrones. Además, también existe un conjunto de partículas subatómicas que forman electrones, protones y neutrones: los quarks.
Macroscópicamente, la materia es nuestro sistema solar, nuestra galaxia y todas las galaxias que conforman el universo observable. Fundamentalmente, nuestro universo en términos de materia está compuesto por hidrógeno y helio: 75% y 24%; Solo el 1% de la materia conocida está compuesto por todos los demás elementos. Todos los objetos celestes visibles conocidos, galaxias, estrellas, planetas y nubes de polvo constituyen el 10% de la masa del Universo; El resto es masa inidentificable e indetectable que los astrónomos han llamado materia oscura.
Hay dos características principales de la materia: ocupa un lugar en el espacio y tiene masa. La masa es una magnitud física fundamental que puede definirse como la medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo y que determina sus propiedades de inercia y gravedad.
Como ya hemos dicho, existe una correspondencia entre materia y energía y energía y materia; la materia puede transformarse en energía y la energía en materia; podemos ver la materia como una forma de energía o la energía como una forma de materia; Pero la materia no es energía, ni tampoco la materia energética.
La llama de una vela, por ejemplo, está compuesta por una mezcla de combustible en forma de vapor, oxígeno, dióxido de carbono, monóxido de carbono y agua, por lo que podemos decir que es materia. Sin embargo, la luz producida por la llama es energía; El calor producido también es energía, no materia. El fuego, sin embargo, es un estado de la materia.
Como ejemplo de energía que se transforma en materia y materia que se transforma en energía, tomemos la combustión del sol que transforma la masa, es decir, la materia en energía. A su vez, mediante la fotosíntesis, esta energía absorbida por las plantas se transforma en masa, ya que es responsable de su crecimiento.
La materia existe en la naturaleza en tres estados:
Gaseoso – Las moléculas que forman un gas apenas se atraen, por lo que se mueven en el vacío a gran velocidad, con mucha separación entre sí.
Líquido – Las moléculas de los líquidos no están tan juntas como las de los sólidos, pero están menos separadas que las de los gases.
Sólido – Porque resiste cambios de forma y volumen. Las moléculas de un objeto sólido tienen una gran cohesión entre sí, por lo que adoptan formas bien definidas, resistiendo así cualquier cambio de volumen o forma.
Plasma – También llamado cuarto estado de la materia, es fundamentalmente un gas formado por electrones e iones cargados positivamente. En nuestro entendimiento, el plasma no es el cuarto estado de la materia porque en realidad no es un estado, sino un proceso; Se refiere al momento exacto en que la materia se convierte en energía. Por tanto, puede considerarse como una forma o estado de la materia, así como una forma o estado de energía.
Nuestro sol está formado por plasma. En la Tierra, los rayos de tormenta eléctrica son plasma que ocurren cuando el gas atmosférico se calienta a altas temperaturas y es ionizado por corrientes eléctricas. Otra forma de plasma son los vientos solares que interactúan con el campo magnético de la Tierra, creando la aurora boreal. Finalmente, la forma de plasma más cercana a nosotros, después de que las televisiones de plasma desaparecieran porque consumían demasiada energía, son las lámparas fluorescentes que contemplamos cada día.
Conclusión
El futuro de nuestro querido Universo no depende de la energía o la materia visibles, ya que son minoría en el Universo. Depende de la energía negra y la materia oscura. Estos dos están en guerra entre sí, como bien y mal; la materia oscura ejerce una fuerza centrípeta sobre el Universo; Si gana, el mundo se derrumba sobre sí mismo.
La energía oscura, en cambio, ejerce una fuerza centrífuga sobre el Universo, de modo que si este último gana la batalla, el Universo se desintegra por completo: las estrellas, los sistemas solares, las galaxias y finalmente los átomos, protones, electrones, neutrones y quarks que los constituyen se desintegran.
Sería el fin del Universo. Como la energía oscura corresponde al 72% del Universo, con solo un 23% formado por materia oscura, se espera que la energía oscura gane.
Colapsando sobre sí mismo en caso de que gane la materia oscura, o desintegrándose si la energía oscura es la ganadora, de cualquier forma, el Universo está condenado. Nuestro único consuelo es que esto no ocurrirá en nuestros días, porque cuando ocurra toda la humanidad ya está viviendo con su creador, Dios.
Nuestro planeta Tierra está en el último cuarto de su vida, es decir, aún le quedan mil millones de años. El universo que ha existido durante 14.000 millones de años parece tener 5.000 millones más. Estos hechos deberían ser suficientes para calmar cualquier ansiedad sobre un final inminente. Lo que importa es el principio de que el universo tuvo un comienzo en Dios, su creador, y tendrá su fin en Él. Quien creó todo de la nada, solo él puede reducirlo todo a nada otra vez.
P. Jorge Amaro, IMC
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