Por: Dr. Kelly Cline, fÃsico de la Eastern Oregon University y Ph.D. en astrofÃsica de la Universidad de Colorado en Boulder en 2003. Actualmente es profesor asociado de matemáticas y astronomÃa en el Carroll College en Helena, Montana, donde vive con su esposa y sus cuatro hijos.
"Todas las cosas llegaron a ser a través de él, y sin él nada llegó a ser ..." Juan 1: 3.
Cuando el actor Gary Oldman se estaba preparando para interpretar a Beethoven en la pelÃcula Immortal Beloved , le pidió al director que le recomendara biografÃas para leer. El director respondió: "... solo hay uno que debe considerar: la música. Esta música es un registro sin barniz y sin censura de las pasiones, los miedos, la ira violenta, la humanidad y, finalmente, la victoria sobre la adversidad inimaginable de Ludwig van Beethoven. Es un enlace directo a su estado mental.
En las obras de arte creadas por la mano humana, existe una conexión poderosa entre el creador y lo creado. Las sinfonÃas de Beethoven, las pinturas de Rafael y las obras de Shakespeare nos dicen algo muy profundo sobre los artistas que las crearon.
En este espÃritu, existe una tradición muy antigua, que se remonta al menos a Galileo para hacer la pregunta: ¿Qué nos dice el estudio cientÃfico de las leyes fÃsicas básicas del universo sobre su Creador? ¿Qué nos puede decir la fÃsica acerca de Dios?
La fÃsica es la más fundamental de las ciencias naturales. Los principios de la quÃmica pueden entenderse como aplicaciones de las leyes fÃsicas del electromagnetismo y la mecánica cuántica. La biologÃa y la geologÃa pueden entenderse como aplicaciones de la quÃmica y la fÃsica. Pero en fÃsica buscamos comprender los principios más elementales del universo fÃsico, las leyes más profundas que rigen todo el movimiento fÃsico en nuestro universo.
Hoy sabemos más sobre la naturaleza de nuestro universo fÃsico que en cualquier otro momento de la historia. Por supuesto, nuestro conocimiento de las leyes de la fÃsica sigue siendo incompleto e imperfecto. Sin embargo, hemos aprendido una enorme cantidad sobre nuestro universo y sus leyes desde los dÃas de Isaac Newton, y actualmente nuestras teorÃas al menos proporcionan una aproximación notablemente poderosa y precisa a las leyes de la fÃsica en una amplia gama de condiciones.
Por razones, como lo incompleto de nuestro conocimiento, no es simple ver una imagen clara y obvia del Creador pintada en las ecuaciones de la fÃsica. Sin embargo, a medida que nos sumergimos en esta ciencia, creo que podemos ver ciertos puntos de resonancia sorprendentes entre el Creador que llegamos a conocer a través de la ciencia y el Creador que llegamos a conocer a través de las Escrituras. En este ensayo consideraremos (1) el papel de la unificación en el desarrollo de la fÃsica, (2) los descubrimientos aparentemente paradójicos de la relatividad y la mecánica cuántica, (3) el descubrimiento del evento del Big Bang, el momento de la creación, y ( 4) la naturaleza inmutable y universal de la ley fÃsica que ha llevado al desarrollo del mundo que conocemos. Quizás estos puntos de resonancia nos puedan dar una idea del autor de todas las cosas.
Unidad y Unificación en FÃsica
¡Escucha, Israel! ¡El Señor es nuestro Dios, solo el Señor! Deuteronomio 6: 4
La fÃsica comienza con el estudio del movimiento y sus causas. La primera persona que conocemos que escribió seriamente sobre por qué se mueven las cosas fue el antiguo filósofo griego Aristóteles. Aproximadamente en 350 a. C., Aristóteles examinó el mundo y vio diferentes tipos de movimiento en diferentes lugares. Aquà en la Tierra vio caer piedras al suelo, mientras el humo y las llamas parpadeaban hacia arriba, pero en los cielos vio la luna y los planetas moverse en lo que parecÃan cÃrculos perfectos. Entonces, Aristóteles propuso que diferentes cosas se mueven de diferentes maneras según diferentes reglas. Aristóteles argumentó que aquà en la Tierra todas las cosas están hechas de cuatro elementos básicos, tierra, aire, fuego y agua, y que estos buscan su nivel natural en el universo, con la fuerza de la gravedad que hace que los objetos pesados ​​se hundan, mientras que la fuerza de la ligereza hizo que se elevaran objetos ligeros. Pero Aristóteles dijo que los objetos en los cielos deben estar hechos de una sustancia diferente, que él llamó éter, y Aristóteles dijo que los elementos compuestos de este éter deben moverse naturalmente en cÃrculos. La solución de Aristóteles para ver diferentes objetos moverse de diferentes maneras era esencialmente dividir el universo en diferentes reinos, compuestos de diferentes sustancias, que seguÃan diferentes reglas.
Casi dos mil años después, Isaac Newton finalmente volvió a unir el universo. Quizás inspirado por su profunda fe en un Dios, una mano que dio forma a cada parte del universo, Newton publicó en 1687 su ley de gravitación universal, una teorÃa matemática precisa que explicaba tanto la caÃda de una piedra como la órbita de la luna. Newton unificó dos tipos de movimiento muy diferentes, lo que demuestra que ambos son consecuencia de una fuerza de gravedad universal. Para Newton, la gravedad era una fuerza que atraÃa a cada par de masas en el universo directamente el uno hacia el otro. Entonces, si la Tierra tira de la luna directamente hacia ella, ¿por qué la luna se mueve en una órbita alrededor de la Tierra? Usando el cálculo recientemente desarrollado, Newton demostró que debido a que la luna está en movimiento,
Newton tomó dos tipos de movimiento aparentemente dispares y demostró que podÃan explicarse como manifestaciones de un principio subyacente profundo, la primera de varias grandes unificaciones que han dado forma al desarrollo de la fÃsica.
Porque eres grande y haces obras maravillosas; y solo tu eres Dios. Salmo 86:10
En la década de 1700, la fuerza eléctrica y la fuerza magnética parecÃan ser fuerzas completamente ajenas. La fuerza magnética es lo que atrae y repele los imanes entre sÃ, y hace que los imanes se adhieran a los refrigeradores. La fuerza eléctrica es lo que tira de las cargas eléctricas, haciendo que un globo se adhiera a la pared después de cargarlo al frotarlo en su cabello. Pero no parece haber ninguna fuerza especial entre un globo cargado y un imán de refrigerador.
Luego, en 1820, mientras daba una conferencia en la Universidad de Copenhague, el fÃsico danés Hans Christian Orsted descubrió que una corriente eléctrica (cargas móviles) producÃa un campo magnético y podÃa mover una aguja de la brújula. Los imanes y las cargas no parecen interactuar cuando están en reposo. Pero cuando las cargas están en movimiento, Orsted demostró que pueden ejercer una fuerza magnética. Esto inspiró rápidamente a otros fÃsicos para ver si podrÃa funcionar de otra manera.
En 1831, el fÃsico inglés Michael Faraday demostró que un imán en movimiento puede crear fuerzas eléctricas que pueden hacer que las cargas en un metal se muevan, creando una corriente eléctrica. Este es el proceso básico que hace que nuestros generadores eléctricos funcionen: ¡los imanes giratorios crean las corrientes que iluminan nuestro mundo!
En 1862, este trabajo experimental fue finalmente reunido matemáticamente por el fÃsico escocés James Clerk Maxwell. Maxwell propuso que las fuerzas eléctricas y magnéticas eran aspectos diferentes de un fenómeno fundamental. Con un conjunto de ecuaciones, unificó todo lo que se habÃa hecho antes y creó una teorÃa que hizo algunas predicciones nuevas y sorprendentes. Al estudiar estas ecuaciones, Maxwell descubrió que los campos eléctricos y magnéticos podÃan moverse juntos a través del espacio vacÃo. Un campo eléctrico cambiante podrÃa crear un campo magnético cambiante que a su vez crearÃa un campo eléctrico cambiante nuevamente, en un ciclo completo, de modo que la energÃa podrÃa transportarse a través del espacio como ondas electromagnéticas. Maxwell calculó que estas ondas electromagnéticas viajarÃan a una velocidad enorme de aproximadamente 186,000 millas por segundo, una velocidad que coincidÃa con la velocidad medida de la luz: Maxwell se convirtió en el primer ser humano en la historia en comprender que la luz misma es una onda electromagnética. Aún más poderosamente, la unificación de las fuerzas eléctricas y magnéticas abrió la posibilidad de otros tipos de ondas electromagnéticas, por lo que en 1887 Heinrich Hertz publicó el primero de una serie de experimentos que demuestran la existencia de ondas de radio.
Este gran descubrimiento de que las fuerzas eléctricas y magnéticas son el resultado de una sola fuerza más fundamental ha dado forma a nuestro mundo donde constantemente usamos ondas electromagnéticas para transmisiones de radio y televisión, teléfonos celulares y conexiones inalámbricas de computadoras.
... un Dios y Padre de todos, que está sobre todos y a través de todos y en todos. Efesios 4: 6
El siglo XX vio el descubrimiento de dos nuevas fuerzas fundamentales que parecÃan completamente desconectadas de la gravedad y el electromagnetismo. Los fÃsicos descubrieron que los átomos contienen núcleos donde los protones cargados positivamente y los neutrones cargados neutralmente se empaquetan en un volumen notablemente pequeño. Las cargas positivas se repelen entre sà con una fuerza que se hace más fuerte cuando las cargas se acercan. Entonces, la fuerza eléctrica que empuja a estos protones entre sà debe ser enorme. Unir estos protones tan estrechamente debe requerir otra fuerza, una fuerza fantásticamente fuerte para vencer esta repulsión eléctrica y mantener unido el núcleo de un átomo. Como resultado, los fÃsicos llamaron a esta nueva fuerza, "la fuerza nuclear fuerte".
A medida que los fÃsicos investigan más profundamente los misterios del átomo, algunos tipos inusuales de radiación indican la existencia de otra fuerza que podrÃa hacer que un neutrón se transforme en un protón y otras partÃculas. Esta fuerza se denominó la fuerza nuclear débil. Por lo tanto, a mediados del siglo XX, parecÃa que nuestro universo estaba regulado por la acción de cuatro fuerzas distintas: la gravitación, el electromagnetismo, la fuerza nuclear fuerte y la fuerza nuclear débil.
Sin embargo, en 1968, Sheldon Glashow, Abdus Salam y Steven Weinberg propusieron una nueva teorÃa sorprendente. Confiando en profundas simetrÃas matemáticas, propusieron que el electromagnetismo y la fuerza nuclear débil eran manifestaciones muy diferentes de una sola fuerza de fuga eléctrica más fundamental. Superficialmente, estas dos fuerzas no podrÃan ser más diferentes. La débil fuerza nuclear transforma las partÃculas y tiene un alcance tan corto que solo funciona dentro del núcleo de un átomo, mientras que las ondas electromagnéticas pueden extenderse tanto que nos permiten ver las estrellas. Sin embargo, una profunda resonancia matemática entre estas dos fuerzas llevó a Glashow, Salam y Weinberg a proponer su notable teorÃa, y desde esta teorÃa predijeron la existencia de una partÃcula completamente nueva, el bosón Z. Cuando se descubrió el bosón Z en el laboratorio del CERN en 1983, el mundo de la fÃsica celebró este sorprendente triunfo. Una vez más, los fÃsicos descubrieron que dos fenómenos aparentemente diferentes podrÃan unificarse con una sola teorÃa más fundamental.
Porque hay un solo Dios. También hay un mediador entre Dios y la raza humana, Cristo Jesús, él mismo humano, I Timoteo 2: 5
Una y otra vez, los fÃsicos han descubierto unificaciones cada vez más profundas en las leyes fundamentales de nuestro universo. Cuanto más nos fijamos, más descubrimos una unidad esencial en todas las cosas. Hoy en dÃa, los fÃsicos están trabajando arduamente para unificar aún más las leyes conocidas de la fÃsica, con "teorÃas de gran unificación" que integran la fuerza nuclear fuerte con la teorÃa de electroválvulas, e ideas aún más ambiciosas como la "teorÃa de cuerdas" y la "gravedad cuántica de bucles" que generan gravedad también en el mismo sistema de ecuaciones.
Las aparentes paradojas de la relatividad y la mecánica cuántica
Porque mis pensamientos no son tus pensamientos, ni tus caminos son mis caminos ... IsaÃas 55: 8
Los albores del siglo XX vieron una enorme crisis, ya que los fÃsicos que se vieron obligados a lidiar con nuevos fenómenos eran tan extraños que parecÃan paradójicos.
Considere este hecho experimental: cada haz de luz siempre se medirá para viajar a la misma velocidad, 300,000 kilómetros por segundo, sin importar cómo se mueve el emisor de luz o cómo se mueve el receptor de la luz. Imagina que estás en una nave espacial y alguien en otra nave espacial lanza un rayo de luz hacia ti. Cuando mides la velocidad de ese rayo de luz que se aproxima, obtendrás la misma velocidad si la nave de tu amigo está volando hacia ti o lejos de ti. Si enciende sus propios motores de cohete y vuela directamente hacia ese rayo de luz que se aproxima, esperarÃa medir que el rayo de luz viajarÃa más rápido en relación con usted. Si tuviera que encender sus motores de cohete y volar directamente lejos de ese rayo de luz que se aproxima, esperarÃa medir que el rayo de luz viajarÃa más lento en relación con usted. Sin embargo, las mediciones cuidadosas aclaran este asunto: todos los observadores siempre miden cada haz de luz que viaja a la misma velocidad, sin importar cómo se mueven en relación con el haz de luz. Este extraño hecho fue indicado por primera vez en 1887 por el experimento de Michelson-Morley realizado en lo que ahora es la Universidad Case Western Reserve en Cleveland, Ohio. Durante el siglo pasado, esta realidad se ha confirmado en numerosos experimentos y nuestro sistema GPS moderno la utiliza todos los dÃas. Para determinar con precisión una ubicación en la superficie de la Tierra utilizando ondas de radio de satélites en movimiento, el sistema debe tener en cuenta el hecho de que la velocidad de la luz es constante, sin importar cómo se muevan los satélites. mediciones cuidadosas aclaran este asunto: todos los observadores siempre miden cada rayo de luz que viaja a la misma velocidad, sin importar cómo se mueven en relación con el rayo de luz. Este extraño hecho fue indicado por primera vez en 1887 por el experimento de Michelson-Morley realizado en lo que ahora es la Universidad Case Western Reserve en Cleveland, Ohio. Durante el siglo pasado, esta realidad se ha confirmado en numerosos experimentos y nuestro sistema GPS moderno la utiliza todos los dÃas. Para determinar con precisión una ubicación en la superficie de la Tierra utilizando ondas de radio de satélites en movimiento, el sistema debe tener en cuenta el hecho de que la velocidad de la luz es constante, sin importar cómo se muevan los satélites. mediciones cuidadosas aclaran este asunto: todos los observadores siempre miden cada rayo de luz que viaja a la misma velocidad, sin importar cómo se mueven en relación con el rayo de luz. Este extraño hecho fue indicado por primera vez en 1887 por el experimento de Michelson-Morley realizado en lo que ahora es la Universidad Case Western Reserve en Cleveland, Ohio. Durante el siglo pasado, esta realidad se ha confirmado en numerosos experimentos y nuestro sistema GPS moderno la utiliza todos los dÃas. Para determinar con precisión una ubicación en la superficie de la Tierra utilizando ondas de radio de satélites en movimiento, el sistema debe tener en cuenta el hecho de que la velocidad de la luz es constante, sin importar cómo se muevan los satélites. Este extraño hecho fue indicado por primera vez en 1887 por el experimento de Michelson-Morley realizado en lo que ahora es la Universidad Case Western Reserve en Cleveland, Ohio. Durante el siglo pasado, esta realidad se ha confirmado en numerosos experimentos y nuestro sistema GPS moderno la utiliza todos los dÃas. Para determinar con precisión una ubicación en la superficie de la Tierra utilizando ondas de radio de satélites en movimiento, el sistema debe tener en cuenta el hecho de que la velocidad de la luz es constante, sin importar cómo se muevan los satélites. Este extraño hecho fue indicado por primera vez en 1887 por el experimento de Michelson-Morley realizado en lo que ahora es la Universidad Case Western Reserve en Cleveland, Ohio. Durante el siglo pasado, esta realidad se ha confirmado en numerosos experimentos y nuestro sistema GPS moderno la utiliza todos los dÃas. Para determinar con precisión una ubicación en la superficie de la Tierra utilizando ondas de radio de satélites en movimiento, el sistema debe tener en cuenta el hecho de que la velocidad de la luz es constante, sin importar cómo se muevan los satélites.
Esta extraña realidad parece contradictoria. Parece desafiar nuestras definiciones más fundamentales de lo que se trata la velocidad y el movimiento. Sin embargo, en 1905, Albert Einstein demostró que hay una lógica en este extraño fenómeno. El hecho de que algo desafÃe nuestra intuición y contradiga nuestras expectativas no significa que sea irracional. Einstein demostró que esto es solo una paradoja si suponemos que el tiempo y la duración son constantes universales. La velocidad es lo que calculamos cuando tomamos una distancia recorrida y la dividimos por el tiempo de viaje para obtener millas por hora, metros por segundo o alguna otra medida de velocidad. Si el tiempo y la distancia son iguales para todos los observadores, entonces todas las velocidades deben ser relativas y depender del movimiento del observador. Para hacer que todos los observadores midan la misma velocidad de la luz, sin importar cómo se muevan, diferentes observadores deben estar en desacuerdo sobre el tiempo y la longitud. El tiempo entre dos eventos puede ser un segundo para mÃ, dos segundos para usted y medio segundo para otra persona, si todos nos movemos de manera diferente.
La teorÃa de la relatividad de Einstein fue una revelación sorprendente para la comunidad fÃsica, pero ganó el dÃa porque, aunque confunde el sentido común, es lógicamente consistente y explica con precisión los datos experimentales. Pero justo cuando esta revolución estaba ganando aceptación, una teorÃa aún más extraña e inquietante estaba en su infancia, que pronto destrozarÃa nuestro sentido común más profundamente.
Para desbloquear los secretos del átomo y explicar las acciones de los electrones individuales, se requerÃa una forma de pensar completamente nueva. Los electrones están unidos al núcleo de un átomo por la fuerza eléctrica, porque su carga negativa es atraÃda por la carga positiva de los protones en el núcleo. Entonces, los primeros modelos del átomo propusieron que los electrones orbitaran alrededor del núcleo debido a la fuerza eléctrica de la misma manera que los planetas orbitan alrededor del Sol debido a la fuerza gravitacional. Sin embargo, este modelo simple no explicaba el extraño comportamiento de los electrones, enviando a los fÃsicos de vuelta al tablero de dibujo. Verá, un planeta puede orbitar alrededor del Sol a cualquier distancia, dependiendo de la cantidad de energÃa que tenga. Cuanta más energÃa mecánica contenga un planeta, más lejos del Sol estará en órbita. Sin embargo, los experimentos demostraron rápidamente que dentro de un átomo, los electrones solo podÃan orbitar a cierta distancia especÃfica del núcleo. ¿Por qué serÃa eso? Para explicar este extraño comportamiento, los fÃsicos necesitaban reimaginar por completo la naturaleza de un electrón.
En lugar de pensar que los electrones son partÃculas que orbitan un núcleo, como los planetas que orbitan el sol, en 1924 el fÃsico francés Louis de Broglie propuso que los electrones son más como notas musicales que resuenan en un instrumento, como una trompeta. Louis de Broglie propuso que los electrones actúan como ondas. Considere esto: la longitud de un tubo de trompeta controla las notas que se pueden tocar. Para una longitud de tubo dada, hay un conjunto especÃfico de notas que se pueden tocar en la trompeta, que se ajustan a diferentes números de longitudes de onda en el tubo. Hay una nota más baja posible que el trompetista puede tocar, luego al poner más energÃa en los labios, el trompetista puede tocar una nota una octava más alta, pero el trompetista no puede tocar ninguna nota entre estos dos, porque estos no resonarÃan dentro de esa longitud de tubo. La teorÃa de las ondas explica que una cierta longitud del tubo de trompeta solo puede tocar un cierto conjunto de notas, y exactamente de la misma manera, la teorÃa de Louis de Broglie explicó por qué los electrones solo pueden orbitar a ciertas distancias del núcleo. Mostró que un electrón a veces se comportará como una partÃcula, un punto pequeño con una ubicación especÃfica, y a veces como una onda que puede extenderse y llenar un volumen enorme, de la misma manera que la onda de sonido de una trompeta puede llenar una habitación . Si disparas un electrón a una pantalla, primero se extiende como una onda, pero cuando golpea la pantalla, se convierte en una partÃcula y vemos su destello de energÃa en un punto especÃfico de la pantalla. La teorÃa de Louis de Broglie explicó por qué los electrones solo pueden orbitar a ciertas distancias del núcleo. Mostró que un electrón a veces se comportará como una partÃcula, un punto pequeño con una ubicación especÃfica, y a veces como una onda que puede extenderse y llenar un volumen enorme, de la misma manera que la onda de sonido de una trompeta puede llenar una habitación . Si disparas un electrón a una pantalla, primero se extiende como una onda, pero cuando golpea la pantalla, se convierte en una partÃcula y vemos su destello de energÃa en un punto especÃfico de la pantalla. La teorÃa de Louis de Broglie explicó por qué los electrones solo pueden orbitar a ciertas distancias del núcleo. Mostró que un electrón a veces se comportará como una partÃcula, un punto pequeño con una ubicación especÃfica, y a veces como una onda que puede extenderse y llenar un volumen enorme, de la misma manera que la onda de sonido de una trompeta puede llenar una habitación . Si disparas un electrón a una pantalla, primero se extiende como una onda, pero cuando golpea la pantalla, se convierte en una partÃcula y vemos su destello de energÃa en un punto especÃfico de la pantalla.
Pero aquà está el quid del problema: cuando el electrón se transforma de una gran onda extendida en una partÃcula de un solo punto, ¿exactamente dónde estará este punto? ¿Cómo decide nuestro universo exactamente dónde, dentro de la amplia onda de electrones, veremos ese único destello de energÃa electrónica? La respuesta
sacudió a la comunidad fÃsica hasta sus cimientos: es aleatorio. Sucede por casualidad. Cuando la onda de electrones golpea la pantalla, el universo elige la ubicación del electrón de una manera completamente impredecible. La teorÃa cuántica describe una distribución precisa de aleatoriedad, que puede probarse utilizando enormes cantidades de electrones en nuestros experimentos, pero la ubicación de cada electrón individual no puede predecirse. La teorÃa cuántica dice que la aleatoriedad está entretejida en la estructura misma de nuestro universo en el nivel más profundo. Esto contradecÃa el sentido común de los fÃsicos sobre lo que se suponÃa que debÃa decir una teorÃa de la fÃsica. Einstein mismo estaba tan consternado por este extraño descubrimiento que se negó a creerlo, diciendo: “¡Dios no juega a los dados!
Casi un siglo después, la teorÃa cuántica ha sobrevivido a todas las pruebas experimentales con gran éxito. Después de décadas de buscar otras alternativas, la comunidad fÃsica se ha visto obligada a aceptar que la aleatoriedad es una parte esencial de las leyes de nuestro universo. Aunque contradice nuestro sentido común sobre lo que deberÃa ser una ley de la fÃsica, la teorÃa cuántica funciona. Inicialmente parece extraño e irracional, pero a medida que lo estudiamos, nos damos cuenta de que tiene una lógica. La teorÃa cuántica es un sistema racional, aunque es ajeno a nuestro sentido común.
¿Con qué frecuencia las Escrituras nos dicen que los caminos de Dios no son nuestros caminos? Considere la parábola de la viña (Mateo 20: 1-16). Desafiando todas las expectativas de sentido común, el propietario de la viña elige pagar a todos los trabajadores por igual, sin importar cuántas o pocas horas trabajen. Aunque viola el sentido común de los trabajadores, el propietario tiene su propio sistema para elegir cómo distribuirá sus recompensas.
The Big Bang: Ecos del Génesis
Al principio, cuando Dios creó los cielos y la tierra, la tierra era un páramo sin forma, y ​​la oscuridad cubrÃa el abismo, mientras un poderoso viento barrÃa las aguas. Entonces Dios dijo: "Sea la luz", y hubo luz. Génesis 1: 1-4
Hace un siglo, la mayorÃa de los estudiosos en Europa y América pensaban que nuestro universo siempre habÃa estado aquÃ. Pensaban que nuestro universo era infinitamente viejo, que no tenÃa principio y que nuestro universo era estático, eterno y esencialmente inmutable. Cuando Albert Einstein estaba desarrollando su teorÃa general de la relatividad, su nueva teorÃa de la gravedad, estaba bastante perturbado al descubrir que sus ecuaciones indicaban que el universo en su conjunto deberÃa estar cambiando, expandiéndose, contrayéndose o evolucionando de alguna manera. Incluso si todas las galaxias del universo estuvieran en reposo por un momento, entonces la gravedad deberÃa unirlas todas, haciendo que el universo se contraiga con el tiempo. Einstein estaba seguro de que el universo no cambiaba, por lo que en 1917 dio un término a sus ecuaciones que llamó una "constante cosmológica,
Luego, en 1927, un joven sacerdote y cientÃfico católico, el padre Georges Lemaître comenzó a usar las ecuaciones de gravedad de Einstein para crear una nueva teorÃa revolucionaria que ahora llamamos "la teorÃa del Big Bang". En 1931 propuso que nuestro universo tuvo un comienzo, un punto en el que comenzó el tiempo mismo.
Inicialmente, Einstein se mostró muy escéptico con respecto a esta nueva teorÃa y dijo: "Sus cálculos son correctos, pero su fÃsica es atroz". Einstein estaba preocupado de que este sacerdote se inspirara más en el libro del Génesis que en la ciencia de nariz dura.
Mientras Lemaître estaba haciendo su trabajo teórico, el astrónomo Edwin Hubble apuntó su telescopio a galaxias distantes y descubrió que nuestro universo se está expandiendo: las galaxias se están extendiendo a través del espacio, alejándose cada vez más. Esto significa que mañana, las galaxias estarán un poco más separadas y ayer estuvieron un poco más juntas. Cuanto más miramos hacia el pasado, las galaxias más cercanas deben haber estado, hasta que llegamos a un momento en que todas las galaxias deben haber sido comprimidas juntas. Al ritmo actual de expansión, todas las galaxias en el universo deben haberse juntado todas juntas hace unos 14 mil millones de años.
Utilizando las ecuaciones de espacio y tiempo de Einstein, Lemaître y otros crearon una teorÃa, un conjunto de ecuaciones matemáticas, que explica la expansión del universo que vemos hoy. La teorÃa dice que el universo comenzó en un instante, cuando todo el espacio en todas partes estaba lleno de energÃa caliente y densa bajo alta presión. Los fuegos del Big Bang igualmente llenaron cada punto del universo entero. Esta energÃa hizo que el espacio se estirara y expandiera, y a medida que el universo se expandÃa, la energÃa se extendÃa a través de un volumen en constante expansión, por lo que se enfrió, convirtiéndose en los primeros átomos de hidrógeno y helio gaseoso. El impulso de esta expansión inicial hace que el universo continúe expandiéndose hasta nuestros dÃas.
¿Cómo podemos estar seguros de que este evento realmente tuvo lugar? Nadie estuvo alrededor de hace 14 mil millones de años para observar el Big Bang. Sin embargo, podemos usar las ecuaciones del Big Bang para hacer una serie de predicciones especÃficas sobre cosas que podemos ver hoy. Entonces los astrónomos pueden ir a sus telescopios y ver si estas predicciones son correctas.
La primera predicción importante de la teorÃa del Big Bang provino del cientÃfico ruso-estadounidense George Gamow y su alumno Ralph Alpher. En 1948, usaron las ecuaciones del Big Bang para calcular qué tipos de átomos habrÃa producido el Big Bang. Durante el Big Bang, todo el universo estuvo más caliente que el núcleo de una estrella, pero solo durante los primeros tres minutos. Este fue solo el tiempo suficiente para abandonar el universo con un 75% de gas de hidrógeno, un 25% de gas de helio, algunos pequeños rastros de átomos de litio y berilio, y nada más. El Big Bang no pudo crear átomos más pesados, sin carbono, sin hierro, sin nitrógeno y sin oxÃgeno. Estos átomos más pesados ​​deben haberse creado mucho más tarde, en los núcleos de estrellas que eventualmente explotaron, extendiéndolos a través de nuestra galaxia.
Los astrónomos han podido probar esta predicción estudiando nubes de gas entre galaxias, que nunca han estado cerca de una estrella en explosión. Lo que hemos encontrado es sorprendente: cada nube intergaláctica tiene precisamente la misma composición quÃmica. Cada nube intergaláctica está hecha de la mezcla exacta de átomos predicha por la teorÃa del big bang: 75% de hidrógeno, 25% de helio, trazas de litio y berilio, y nada más.
Pero, la predicción más dramática de las ecuaciones del Big Bang provino de Ralph Alpher y Robert Herman, también en 1948. Calcularon eso porque el Big Bang llenó cada punto de todo universo, incluso después de 14 mil millones de años, el resplandor del Big Bang aún deberÃa estar ahà afuera, llenando nuestro cielo. En 1965, Arno Penzias y Robert Wilson descubrieron que lo que ahora llamamos el "fondo cósmico de microondas" realmente llena el universo. En los últimos 50 años, los astrónomos han medido este resplandor del Big Bang con mayor y mayor precisión: está ahà afuera. Es una evidencia poderosa de la realidad del Big Bang.
Hubo un comienzo. Hubo un momento de creación.
Nuestro universo tiene leyes
Tu palabra, SEÑOR, permanece para siempre; Es firme como el cielo. Salmos 119: 89
En el nivel más fundamental, la fÃsica dice que nuestro universo tiene leyes. Hay principios racionales, lógicos y consistentes detrás de la increÃble diversidad de nuestro universo. Observamos y vemos hermosas estructuras en todas las escalas, desde los vastos archipiélagos de galaxias, hasta las pequeñas estructuras dentro de los núcleos de átomos, y todas ellas se rigen por el mismo conjunto de leyes fÃsicas. Señalamos nuestros telescopios a las galaxias más distantes, a diez mil millones de años luz de distancia de nosotros, y vemos que se componen de hidrógeno, helio, carbono, hierro, los mismos tipos de átomos que tenemos aquà en la Tierra. Dondequiera que miremos, vemos las mismas leyes de gravedad y electromagnetismo, las mismas fuerzas y energÃa en funcionamiento en todos los rincones del universo, en todas las escalas, en todas las épocas desde el dÃa de hoy, hasta la era del Big Bang.
Las leyes de la fÃsica tal como las conocemos se pueden resumir con ecuaciones que pueden caber en una hoja de papel. Sin embargo, cuando se ponen en acción en este vasto universo, estas leyes son suficientes para regular los movimientos de partÃculas, átomos, moléculas del agua al ADN, tejidos vivos, organismos, ecosistemas, planetas, estrellas, sistemas solares, galaxias y la estructura general. del universo mismo.
El equilibrio intrincado y preciso de estas leyes fÃsicas es realmente asombroso. Si alguna de las leyes de la naturaleza se cambiara en una cantidad pequeña, entonces nuestro universo no habrÃa formado estrellas, planetas, vida y humanos de la manera en que lo hizo.
La gravedad es la fuerza fundamental más débil, mientras que la fuerza nuclear fuerte es la más fuerte. El equilibrio entre estas fuerzas es asombrosamente preciso. Estas fuerzas están delicadamente equilibradas y gobiernan la intrincada cadena de eventos que ha llevado al desarrollo de la inteligencia humana. Justo después del Big Bang, las fuerzas nucleares y electromagnéticas fueron lo suficientemente fuertes como para formar átomos de hidrógeno y helio, pero no de los elementos más pesados. Luego, la fuerza de la gravedad fue lo suficientemente fuerte como para reunir estos átomos para formar la primera generación de estrellas, todos gigantes gigantes, donde el calor y la presión intensos fueron suficientes para permitir que la fuerza nuclear fuerte creara los átomos de carbono, nitrógeno y oxÃgeno, que son tan esenciales para la vida humana. Luego, la interacción entre las reacciones nucleares y la gravedad hizo que estas enormes estrellas antiguas explotaran, sembrando el universo con estos elementos. Luego, el electromagnetismo permitió que el gas se enfriara lo suficiente como para que la gravedad pudiera reunir materiales para formar una segunda y tercera generación de estrellas, con cada generación enriquecida con las cenizas de sus antepasados. Las propiedades de enfriamiento electromagnético de estos elementos más pesados ​​permitieron que se formaran estrellas como nuestro sol, con una masa más moderada, de modo que él y otros pudieran proporcionar un pronóstico estable y predecible.
fuente de energÃa durante miles de millones de años. A partir de aquÃ, la interacción de las fuerzas electromagnéticas y los efectos cuánticos permitió que floreciera una quÃmica increÃblemente compleja en los océanos de la Tierra joven, lo que condujo al desarrollo de las primeras células vivas.
Si cualquiera de las cuatro fuerzas fue un poco más débil o más fuerte, entonces es difÃcil ver cómo pudo haber sucedido la delicada cadena de eventos que condujeron desde el Big Bang a la evolución de la vida inteligente en la Tierra. La belleza, la estructura y el equilibrio de estas leyes fundamentales de fÃsica son realmente inspiradores.
Resonancias en las Escrituras y la Ciencia
En este ensayo hemos explorado cuatro puntos de resonancia entre el Creador revelado en las Escrituras y la ciencia de la fÃsica. (1) Las Escrituras describen la unidad de Dios, cómo hay un solo Creador, un Autor de todas las cosas. Al mismo tiempo, la unificación es uno de los principios centrales de organización de la fÃsica. Muchos de los desarrollos más importantes en fÃsica han surgido al encontrar una teorÃa profunda única que explica dos fenómenos aparentemente dispares, ya sea el movimiento de la manzana y la luna, el funcionamiento de las fuerzas eléctricas y magnéticas, o las naturalezas aparentemente diferentes de Fuerzas nucleares electromagnéticas y débiles. (2) Las Escrituras nos dicen que los caminos de Dios son muy diferentes de los nuestros, en desacuerdo con nuestro sentido común. El descubrimiento de la relatividad de Einstein y la teorÃa cuántica revelaron aspectos de la ley fÃsica tan extraños que parecÃan paradójicos en el contexto de nuestras expectativas. (3) Las Escrituras nos dicen que nuestro universo tuvo un comienzo, un momento en el que surgió por primera vez. La fÃsica moderna establece claramente que nuestro universo realmente comenzó con un solo evento de Big Bang. (4) Las Escrituras nos hablan de un Creador que es firme y verdadero, un Creador que es confiable y firme en todas las cosas. En el nivel más básico, la fÃsica revela que nuestro universo tiene leyes, y estas leyes son constantes desde las vistas más distantes de nuestros telescopios, hasta el centro más profundo de los núcleos atómicos y a lo largo de toda la historia del universo. (3) Las Escrituras nos dicen que nuestro universo tuvo un comienzo, un momento en el que surgió por primera vez. La fÃsica moderna establece claramente que nuestro universo realmente comenzó con un solo evento de Big Bang. (4) Las Escrituras nos hablan de un Creador que es firme y verdadero, un Creador que es confiable y firme en todas las cosas. En el nivel más básico, la fÃsica revela que nuestro universo tiene leyes, y estas leyes son constantes desde las vistas más distantes de nuestros telescopios, hasta el centro más profundo de los núcleos atómicos y a lo largo de toda la historia del universo. (3) Las Escrituras nos dicen que nuestro universo tuvo un comienzo, un momento en el que surgió por primera vez. La fÃsica moderna establece claramente que nuestro universo realmente comenzó con un solo evento de Big Bang. (4) Las Escrituras nos hablan de un Creador que es firme y verdadero, un Creador que es confiable y firme en todas las cosas. En el nivel más básico, la fÃsica revela que nuestro universo tiene leyes, y estas leyes son constantes desde las vistas más distantes de nuestros telescopios, hasta el centro más profundo de los núcleos atómicos y a lo largo de toda la historia del universo.
Nunca olvidaré el increÃble momento de descubrimiento cuando realicé el experimento de la gota de aceite Millikan para mà como universidad. Arrojé una ligera neblina de gotas de aceite en el aire de una pequeña botella de goma. Luego puse una luz brillante sobre las gotas desde el costado, y al mirar a través del microscopio pude ver algunas de estas pequeñas gotas mientras flotaban en el aire, arrastradas por la gravedad. Luego, encendà un campo eléctrico. Algunas de las gotas no tenÃan carga eléctrica, y continuaron bajando a la misma velocidad. Pero algunas de las gotas habÃan recogido una pequeña carga estática, y respondieron, bailando en mi microscopio mientras giraba la perilla, cambiando la fuerza eléctrica sobre ellas. Ajusté el voltaje hasta que una sola gota colgó inmóvil en el aire, ya que la fuerza de gravedad que lo empujaba hacia abajo era exactamente igual a mi fuerza eléctrica que lo hacÃa subir.
En el transcurso de una hora, medà la carga eléctrica en una docena de gotas de aceite diferentes y los resultados fueron increÃblemente claros. Alrededor de la mitad de las gotas transportaban exactamente el valor de un electrón. Varios de ellos tenÃan exactamente dos electrones de carga, y una pareja tenÃa tres electrones de carga. Los datos de mi pequeño experimento simple midieron claramente exactamente cuánta carga transporta cada electrón. Con un microscopio y algunas probabilidades y extremos, personalmente medà una de las constantes fundamentales del universo.
Para mÃ, la fÃsica es una experiencia profundamente espiritual. La fÃsica es una ciencia basada en medidas cuidadosas y minuciosas de la realidad unidas con sutiles trabajos de creatividad matemática. Atesoro esos raros momentos especiales cuando surgen patrones, cuando surgen de la niebla relaciones bellas y sorprendentes de asombroso poder, y cuando veo las huellas digitales del Creador.