Espai, temps i irreversibilitat

Problemes filosòfics de l'astrofísica contemporània

doi: 10.7203/metode.7.8478

La filosofia científica és filosofia informada per la ciència, que usa eines exactes com la lògica i la matemàtica, i proporciona a l’activitat científica un marc on dirimir les qüestions més generals sobre la naturalesa, el llenguatge que usem per descriure-la i el coneixement que n’obtenim. Moltes teories de la filosofia científica poden ser contrastades i avaluades utilitzant evidència científica. En aquest article em concentre a mostrar que alguns temes clàssics de la filosofia, com el de la naturalesa de l’espai i el temps o la dimensionalitat del món, poden ser abordats filosòficament amb eines provinents de la investigació en astrofísica actual i, en particular, de l’estudi dels forats negres i les ones gravitacionals.

Paraules clau: ontologia, espaitemps, epistemologia, forats negres, ones gravitacionals.

Filosofia científica

«La filosofia no pot ser una activitat deslligada de la ciència sinó que ha de realimentar-se amb aquesta, canviar amb aquesta i servir sempre per a proporcionar una millor compressió dels problemes científics»

El físic austríac Ludwig Eduard Boltzmann (1844-1906) va entendre que la funció de la filosofia en l’era científica és resoldre els problemes més generals que es plantegen en l’estudi de la naturalesa i, a partir de les seues solucions, proporcionar a la ciència un marc i un fonament que li permeta resoldre de manera eficient els problemes específics. La filosofia, doncs, no pot ser una activitat deslligada de la ciència sinó que ha de realimentar-se amb aquesta, canviar amb aquesta i servir sempre per a proporcionar una millor compressió dels problemes científics. Una filosofia que complesca aquestes funcions pot dir-se «filosofia científica». La visió de Boltzmann d’una filosofia científica –és a dir, d’una filosofia que s’ocupe de problemes generals comuns a totes les ciències, una filosofia que estiga informada per la ciència i servesca a la investigació científica– va començar a desenvolupar-se en el segle XX per mitjà de filòsofs amb forta formació en ciències com Bertrand Russell (matemàtic i lògic), Moritz Schlick (físic), Hans Reichenbach (físic i lògic), Rudolf Carnap (lògic i semàntic), Hans Hahn (matemàtic), Otto Neurath (sociòleg), Willard Van Orman Quine (lògic), Mario Bunge (filòsof i físic) i Nicholas Rescher (filòsof) (vegeu, per exemple, Bunge, 1974-1989; Reichenbach, 1977; Rescher, 2001; Ferrater-Mora, 1994).

La filosofia científica avui està representada per una gran quantitat de filòsofs professionals amb formació científica seriosa que tracten problemes relacionats amb la física, la biologia, les matemàtiques, les ciències socials i, també, temes de caràcter general.

Nous problemes filosòfics apareixen amb l’avenç de la ciència (per exemple, abans de les investigacions d’Albert Einstein i Hermann Minkowski, la problemàtica sobre la naturalesa de l’espaitemps no existia) i altres desapareixen (els avenços de les neurociències han convertit en irrellevants els problemes relacionats amb substàncies mentals o, pitjor encara, han mostrat que són pseudoproblemes). La filosofia científica evoluciona amb la ciència i la ciència usa conceptes filosòfics.

«La filosofia científica evoluciona amb la ciència i la ciència usa conceptes filosòfics»

Cada ciència específica pot ajudar a posar a prova certes teories filosòfiques. Per exemple, conjectures filosòfiques sobre la incidència de patrons de simetria visual en l’experiència estètica poden avaluar-se per mitjà d’estudis no invasius de l’activitat del cervell d’individus exposats a certes obres artístiques amb patrons definits, en experiments amb controls adequats d’errors.

Les ciències físiques, i en particular l’astrofísica, estan en condicions d’ajudar a contrastar moltes idees filosòfiques en el camp de l’ontologia. Tot seguit discutiré alguns d’aquests assumptes a la llum de l’astrofísica actual.

La naturalesa de la irreversibilitat

És un fet que les coses envelleixen, es trenquen, de­cauen. Envellim i morim. Aquest fet s’expressa científicament en la segona llei de la termodinàmica. Aquesta llei pot enunciar-se de diverses maneres. Una, deguda a Boltzmann (1974), diu que qualsevol operació física sobre un sistema «no ideal» resultarà en un augment de la seua entropia. L’entropia creixerà fins arribar al màxim valor possible. Quan això ocórrega, el sistema estarà en equilibri termodinàmic: ja no canviarà. No farà treball. Res més succeirà. En el nostre cas, arribar a l’equilibri termodinàmic és morir: quan el nostre cos arribe a una temperatura uniforme, i aquesta temperatura siga la mateixa que la de la cambra on ens trobem, llavors aquesta cambra contindrà el nostre cadàver.

«Les ciències físiques, i en particular l’astrofísica, estan en condicions d’ajudar a contrastar moltes idees filosòfiques en el camp de l’ontologia»

Què és aquesta entropia de què parla Boltzmann? Suposem que tenim un sistema constituït per molts components, com un gas que és format per molts àtoms, o el nostre cos, compost per moltes cèl·lules, o l’univers, conformat per moltes galàxies. Cadascun dels components pot estar, en principi, en molts estats. Una molècula, per exemple, pot tenir diferents velocitats. No tots aquests estats seran igualment probables. N’hi ha que són més probables que altres. L’entropia és una mesura de la distribució de probabilitats dels estats del sistema. Si tots els components del sistema estan en el seu estat més probable, el sistema ja no canvia (qualsevol altra configuració seria menys probable), i l’entropia és màxima. D’aquest estat de màxima probabilitat en diem «equilibri termodinàmic».

Els éssers humans envelleixen i moren, i això s’expressa científicament en la segona llei de la termodinàmica. Cada ciència específica pot ajudar-nos a posar a prova certes teories filosòfiques. En la imatge, Les edats i la mort (1541-1544) de Hans Baldung Grien (oli sobre taula, 61 × 151 cm). / Museo del Prado

Òbviament, el món no està en equilibri termodinàmic. Vostè llegeix aquest article, i per tant alguna cosa deu estar canviant al seu cervell. La seua cambra és plena de sons i la seua vida, d’esdeveniments. Per què el món no està ja en equilibri termodinàmic? ¿Per què l’entropia no ha assolit el seu màxim encara? La resposta usual a aquestes preguntes és que el món, el sistema de totes les coses, allò que anomenem «univers», va començar fa un temps finit i ho va fer en un estat de mínima entropia. És l’anomenada «hipòtesi del passat». És una hipòtesi que sembla òbvia, però també insatisfactòria. Per què aquesta condició inicial? Hi ha filòsofs que diuen que no té sentit preguntar-se això. Seria un «fet brut», un fet que no pot ser explicat en funció d’altres fets, perquè no hi ha precedents.

Confesse que descrec dels fets bruts. Tots els fets que coneixem són legals: estan sotmesos a lleis, patrons regulars d’ocurrència de successos. La ciència, la seua funció fonamental, consisteix a trobar aquests patrons regulars, que anomenem «lleis», i a exposar els mecanismes (cadenes de processos legals) pels quals ocorren els diferents successos. Dir que un fet és «brut» és admetre la màgia. És renunciar a l’ideal científic. Pense que podem fer-ho millor que abaixant els braços. Boltzmann, per exemple, no va abaixar els braços. Va conjecturar que l’univers, en general, està en equilibri termodinàmic, però ací i allà, cada incomptables eons (si és que el temps té sentit en absència de canvis) una fluctuació estadística, altament improbable però no impossible, ocorre. Llavors, una part de l’univers, que en general és mort, disminueix la seua entropia i alguns esdeveniments (la història del món) ocorren. És una idea bonica. Alas! Com va mostrar Arthur Eddington en els anys 1930, la probabilitat que això passe és incomparablement menor que no que d’una fluctuació estadística sorgesca vostè, el lector, amb aquest article en les mans i torne a desaparèixer després de llegir-lo. L’explicació de per què l’entropia augmenta deu ser més subtil i complexa, sens dubte, que una mera fluctuació.

El problema s’agreuja pels descobriments recents realitzats en astrofísica i cosmologia. Observacions astronòmiques mostren que l’univers s’expandeix (de fet, sembla fins i tot expandir-se de manera accelerada). Això significa que en el passat va ser més dens, i per tant més calent que ara. Quan la temperatura mitjana de l’univers era d’uns quants milers de graus, la matèria estava en un estat anomenat «plasma». En aquest estat, els electrons estan separats dels nuclis dels àtoms. Uns 380.000 anys després del començament de l’etapa d’expansió de l’univers que observem, la temperatura va caure per sota del valor en què els àtoms d’hidrogen romanen ionitzats (sense el seu electró). El resultat va ser que els electrons van ser capturats pels protons, es va formar hidrogen neutre i els fotons, que fins llavors eren absorbits en el plasma, van poder escapar. Avui podem observar aquests fotons que conformen una radiació universal que arriba de totes direccions. Aquesta radiació és anomenada «fons còsmic de radiació». Ha estat mesurada amb precisió exquisida per satèl·lits com COBE, WMAP i, recentment, pel satèl·lit ­Planck de l’Agència Espacial Europea. Aquests mesuraments mostren que la radiació produïda en tot l’univers primerenc estava en perfecte equilibri tèrmic: el gas que la va produir tenia una distribució de partícules exactament igual a la que correspon a un sistema amb màxima entropia! Com és possible, llavors, que avui el món estiga fora d’equilibri? Per què l’entropia continua augmentant si està en el seu màxim valor possible?

La resposta a aquestes preguntes només pot ser que, en realitat, l’entropia no estava realment en el seu màxim quan l’univers es va fer transparent a la seua pròpia radiació. Devia d’haver-hi un component d’entropia baixa que no apareix en les nostres observacions. O, si apareix, no l’estem reconeixent. Aquest component és l’entropia de la gravitació. L’estat d’equilibri d’un sistema gravitacional és el col·lapse, ja que la gravetat és una força atractiva. Que un objecte col·lapse significa que arribarà a ser el més compacte que puga ser. No obstant això, en l’univers primitiu, quan es va produir la radiació còsmica de fons, pràcticament no hi havia estructura. No hi havia estels, ni galàxies, ni cúmuls de galàxies. Només un gas extremadament homogeni. L’entropia associada a la gravitació d’aquest gas era en extrem baixa. A mesura que el gas va anar col·lapsant i formant estructura, l’estructura coneguda de l’univers, l’entropia total, la de la gravitació més la de la matèria, va anar augmentant. I ha continuat creixent fins avui.

Els mesuraments del fons còsmic de radiació mostren que la radiació produïda en l’univers primerenc estava en perfecte equilibri tèrmic. Com és possible, llavors, que avui el món estiga fora d’equilibri? En la imatge, mapa de radiació còsmica de fons obtingut pel satèl·lit WMAP. / NASA/WMAP Science Team

Aquesta solució al problema planteja dos nous interrogants: com és possible que la gravitació tinga entropia? I per què l’entropia de la gravitació era tan baixa fa 13.800 milions d’anys? La primera pregunta només admet una resposta: la gravitació ha de tenir estructura interna. I aquesta estructura interna és la que li dóna els graus de llibertat necessaris per a definir l’entropia. No sabem com és aquesta estructura. Però comencem a sospitar-ho i les nostres conjectures tracten d’articular-se en una teoria quàntica de la gravitació, de la qual tractaré més avant.

La segona pregunta requereix explicar les condi­cions de l’univers fa quasi 14.000 milions d’anys. Quin mecanisme degué posar l’univers en aquest estat, sense estructura? Una manera d’aconseguir que quelcom inhomogeni es transforme en homogeni és comprimir-ho, unir tots els components, i després fer que s’expandesca isotròpicament. Això podria haver succeït si l’univers no va començar fa 13.800 milions d’anys, sinó que el que va succeir allí va ser el començament d’una fase d’expansió després d’una contracció que va destruir l’estructura existent. En altres paraules, l’univers es va contraure, «va rebotar» i va tornar a expandir-se. En fer-ho, va regenerar l’entropia del seu camp gravitacional. Certament això requereix condicions molt específiques per al comportament termodinàmic de la gravetat a grans densitats (Novello i Perez-Bergliaffa, 2008). És possible contrastar científicament aquestes idees? Sorprenentment, la resposta és «sí».

El rebot de l’univers implica el moviment de grans masses, la qual cosa va generar ones gravitacionals. Aquestes ones són massa dèbils perquè es puguen detectar avui dia. No obstant això, van deixar la seua marca en la polarització de la radiació còsmica de fons. Són els anomenats «modes B de polarització», que es caracteritzen per un efecte de rotació de les línies de polarització. Aquest efecte es degué a les distorsions en les direccions d’oscil·lació de les càrregues elèctriques que van produir la radiació en l’univers primerenc. Aquests modes de polarització B, si existeixen, podran ser detectats en el futur pròxim per telescopis submil·limètrics (Stolpovskiy, 2016). De les mesures de la intensitat i forma d’aquesta polarització es podran sotmetre a prova els models de rebot per al començament de l’expansió de l’univers. També es podrà avaluar la hipòtesi que en els primers instants de l’expansió, aquesta va ser exponencial (models inflacionistes).

He tractat de mostrar en aquesta secció que l’astrofísica i la cosmologia contemporànies han aportat molt a resoldre una qüestió plantejada per la filosofia científica: per què els processos del món són irreversibles, si la representació matemàtica de les seues lleis és reversible? La resposta és que l’estat del món no és determinat només per les lleis, sinó per les lleis i les condicions inicials en què les lleis s’apliquen. Vivim avui a costa de la baixa entropia del camp gravitacional. En última instància, tot canvi és possible perquè el camp gravitacional no està en un estat de col·lapse encara. En l’univers primerenc, sembla que van existir mecanismes naturals que van permetre que la gravitació regenerara la seua entropia. Establir com va succeir això és una qüestió més científica que no pas filosòfica (Romero i Pérez, 2011). 

Gottfried W. Leibniz i Isaac Newton van polemitzar sobre la naturalesa de l’espai i el temps en el segle XVII. Dalt, a l’esquerra, Isaac Newton, retratat per Godfrey Kneller el 1689. A la dreta, retrat de Gottfried Leibniz en un quadre de Cristoph Bernhard-Francke pintat cap a 1700. / Mètode

Existeixen l’espai i el temps?

Com se sap, Gottfried W. Leibniz i Isaac Newton van polemitzar sobre la naturalesa de l’espai i el temps en el segle XVII. La polèmica es va desenvolupar amb mediació de Samuel Clarke, el qual va oficiar de representant de les idees newtonianes. Leibniz sostenia que l’espai i el temps no són entitats en si mateixos; és a dir, no existeixen en absència d’objectes que canvien. Per a Leibniz, l’espai és només un sistema de relacions espacials entre objectes, i el temps, una relació entre objectes que canvien. Si res no canviara, va pensar Leibniz, no hi hauria temps. Si existira una sola cosa sense parts, no hi hauria espai. Per a Newton, en canvi, l’espai i el temps eren entitats reals, com les taules o els planetes. No obstant això, a diferència d’aquests, no estan afectats per la seua interacció amb els altres objectes de l’univers.   

Leibniz va desenvolupar un enginyós argument contra Newton basat en el seu principi d’identitat dels indiscernibles (si dos suposats objectes són idèntics en cada aspecte, inclosos els relacionals, llavors es tracta del mateix objecte). L’argument és el següent: imaginem dos universos conformats per exactament els mateixos objectes relacionats de la mateixa manera, però localitzats en diferents posicions de l’espai. Si l’espai és una cosa, les relacions d’aquests objectes respecte de l’espai seran diferents i els dos universos seran diferents. No obstant això, no hi ha cap propietat del conjunt espai + objectes que ens permeta diferenciar entre ambdós universos. Per tant, pel principi d’identitat dels indiscernibles, ambdós universos són el mateix. Com que els universos no poden ser el mateix i al mateix temps diferents, una de les hipòtesis ha de ser rebutjada: 1) L’espai és una cosa; o 2) El principi d’identitat dels indiscernibles. Leibniz pensava que tenim raons per a afirmar la segona hipòtesi, per la qual cosa la primera és falsa.

«Si l’espai no és una entitat física com pensava Newton, què és llavors? Leibniz respon: és un sistema de relacions entre les coses»

Si l’espai no és una entitat física com pensava Newton, què és llavors? Leibniz respon: és un sistema de relacions entre les coses. No hi ha espai, hi ha relacions espacials entre els existents. Si no hi haguera coses, no hi hauria espai. Si no hi haguera canvis, no hi hauria temps. Newton hi estava en desacord. Per a mostrar que l’espai és quelcom, va proposar el seu famós experiment del poal amb aigua subjecte per una soga al sostre. Si el fem girar sobre si mateix, enroscant la corda, en deixar el sistema lliure, el poal començarà a girar. Al començament l’aigua estarà en repòs. Després, el poal anirà transmetent el seu moviment de rotació a l’aigua per fricció i aquesta adquirirà moment angular. A mesura que aquest augmente, la superfície de l’aigua es transformarà en un paraboloide a causa de les forces centrífugues. Si parem el poal, l’aigua continuarà rotant i mantenint la seua superfície parabòlica fins que el fregament la torne al repòs. Respecte a què està accelerada l’aigua? No pot ser-ho respecte al poal, ja que la superfície és parabòlica quan aquest rota i quan no ho fa. Newton respon que deu estar accelerada respecte a l’espai absolut. Per tant l’espai absolut és «quelcom». Té entitat ontològica. Res pot accelerar-se respecte d’allò que no existeix.

«L’espaitemps és el sistema de tots els successos. Tot el que va ocórrer, ocorre o ocorrerà és part d’aquest sistema»

Lamentablement, Leibniz va morir en ple debat i mai no va poder respondre a aquest argument. Però Ernst Mach hi va respondre en el segle XIX: va afirmar que l’aigua s’accelera respecte a «les estreles distants», és a dir, respecte a la mitjana de la resta de la massa de l’univers. En el segle XX, Einstein es pensava que podia explicar la naturalesa de la inèrcia i el principi de Mach per mitjà de la seua teoria general de la relativitat. Einstein va mostrar que gravitació i inèrcia són dos aspectes d’un mateix camp gravitoinercial i pensava que la seua teoria no podia admetre solucions on no hi haguera objectes materials. Pensava que no podien existir l’espai i el temps sense matèria.

El 1917, l’astrònom holandès Willem de Sitter va obtenir una solució dinàmica de les equacions d’Einstein que representa un univers sense matèria, però amb espai i temps. Al començament, Einstein va ser escèptic però després va acabar admetent que la seua teoria no permetia explicar el principi de Mach. Pitjor encara, la seua teoria representava el camp gravitoinercial amb un camp mètric, que serveix per a determinar les distàncies en un objecte de quatre dimensions anomenat «espaitemps». L’espaitemps és el sistema de tots els successos. Tot el que va ocórrer, ocorre o ocorrerà és part d’aquest sistema. El que anomenem espai no és una altra cosa que talls en aquesta entitat al llarg d’una dimensió que anomenem temps. L’espaitemps, en el seu conjunt, però, no canvia ni pot canviar; no hi ha respecte a què puga canviar: inclou el temps (Romero, 2012; 2013a; 2013b).   

És l’espaitemps una entitat? Existeix realment? Aquestes qüestions semblen ser de naturalesa purament filosòfica i, no obstant això, podem albirar arguments sobre elles basats en l’astrofísica contemporània.

«L’existència dels forats negres té importants conseqüències filosòfiques per a velles disputes de caràcter metafísic»

Fa temps que els forats negres han deixat de ser objectes exòtics l’existència dels quals és predita sobre les bases de la teoria general de la relativitat per a arribar a convertir-se en part essencial de la nostra descripció de l’univers. Què són aquests forats negres que semblen ser tan abundants en l’univers? Són el que queda de sistemes físics (estels, núvols de matèria fosca) que han col·lapsat sota el seu propi camp gravitacional. La gravetat és essencialment una força atractiva a escales petites. Quan un objecte és molt massiu, l’atracció gravitacional de la seua pròpia matèria tendeix a tornar-lo més i més compacte. Si el sistema és estable és perquè alguna força interna s’oposa a la de la gravitació. Aquesta força és la que genera l’estructura interna del sistema. Si l’objecte és prou pesant i l’energia interna s’exhaureix, l’objecte pot enfonsar-se sota el seu propi pes. En fer-ho, arrossega amb si l’espaitemps, que es corba de tal manera que tots els esdeveniments interiors a una certa superfície es tornen indetectables des de l’exterior. D’aquesta superfície se’n diu «horitzó d’esdeveniments». És una regió de l’espaitemps que divideix aquest en dues parts, la interior o «forat negre» i l’exterior o «resta de l’univers», on existim nosaltres. El forat negre, doncs, és format per espaitemps, corbat de tal manera que l’interior no pot posar-se en contacte amb l’exterior.

L’horitzó d’esdeveniments no és quelcom diferent d’una regió d’espaitemps. No obstant això, té propietats físiques definides. En particular, se li pot assignar una temperatura i una entropia. De fet, quan alguna cosa cau al forat negre –quan alguna cosa travessa el seu horitzó d’esdeveniments– l’entropia de l’horitzó augmenta. Podem llavors proposar els següents arguments per a mostrar la realitat de l’espaitemps (Romero, 2015b):

P1. Només entitats existents es poden escalfar.

P2. L’espaitemps es pot escalfar.

Llavors, l’espaitemps és una entitat existent.

La premissa P1 és vertadera. Escalfar és transmetre calor a un sistema físic. Això eleva la temperatura del sistema. Aquesta operació només es pot realitzar sobre sistemes físics i no sobre ficcions o relacions entre sistemes físics. P2 és també vertadera a la llum de la física relativista: l’horitzó d’esdeveniments d’un forat negre té temperatura que canvia quan alguna cosa hi cau. Si podem escalfar l’horitzó, és perquè el que s’escalfa és l’espaitemps. Per tant, aquest espaitemps existeix.

Alternativament:

P1. L’espaitemps té entropia.

P2. Només el que té una microestructura té entropia.

Llavors, l’espaitemps té una microestructura.

P3. Només allò que existeix té microestructura.

Per tant, l’espaitemps existeix.

P1 és vertader per ser l’horitzó d’esdeveniments dels forats negres una regió de l’espaitemps amb entropia. L’entropia mesura el nombre de microestats accessibles a un sistema macroscòpic i d’allí s’infereix que l’entropia només es pot assignar a sistemes físics amb microestructura. Se’n conclou que l’espaitemps és una entitat existent i no un mer sistema de relacions.

Veiem, doncs, que l’existència dels forats negres té importants conseqüències filosòfiques per a velles disputes de caràcter metafísic. L’astrofísica, en sondejar els aspectes més extrems de la realitat, pot usar-se per a posar a prova idees ontològiques.

La dimensionalitat del món

Quantes dimensions té el món? Els filòsofs anomenats «presentistes» sostenen que tres: les tres dimensions de l’espai. I el temps? Aquests filòsofs pensen que només hi ha el moment present: ni el passat ni el futur tenen existència real. El passat ja va ser, el podem recordar, però no és. El futur encara no ha succeït i, per tant, no existeix. Només «és» el moment present; i un moment no conforma una dimensió (conjunt infinit de punts), sinó un sol punt. És correcta aquesta visió filosòfica, afí al sentit comú? Afirme que no ho és.

La teoria especial de la relativitat, amb la seua ben corroborada relativitat de la simultaneïtat dels esdeveniments, n’és una prova. No hi ha un «únic» moment present per a tots els sistemes que formen l’univers. Successos que poden semblar presents i simultanis a un observador són successius per a un altre. Si l’existència no depèn del sistema de referència usat per descriure el món (principi d’objectivitat) llavors no és possible afirmar que «només hi ha el present». La relativitat general, no obstant això, ens ha donat evidències encara majors per a pensar que passat i futur són tan reals com el present i que n’hi ha quatre, de dimensions del món, i no tres. És a dir, el temps és una dimensió tan vàlida com les espacials i tan real com aquestes. El nen que vaig ser és una part temporal del meu ésser, com ho serà el vell que seré (o potser ja sóc). Són distintes parts d’un objecte de quatre dimensions, tan diferents com ho és la meua mà del meu cap quan pensem en tres dimensions espacials només.

El 14 de setembre de 2015, l’observatori LIGO va detectar per primera vegada l’existència d’ones gravitacionals. Aquestes deteccions tenen implicacions científiques importants, però també en tenen de filosòfiques: poden servir per a mostrar que la doctrina filosòfica que afirma que només hi ha el present (presentisme) és falsa. / LIGO

Recentment, la col·laboració LIGO (sigles en anglès de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) ha reportat la detecció directa, per primera vegada, d’ones gravitacionals. L’anunci, realitzat al febrer de 2016, es refereix a un succés registrat el 14 de setembre de 2015 i que s’ha identificat amb el codi GW150914. Les ones gravitacionals detectades van ser produïdes per la fusió de dos forats negres amb masses de 36±5 vegades i 29±4 vegades la massa del Sol, que va resultar en un forat negre de 62±4 masses solars. Les 3,0±0,5 masses solars restants corresponen a energia emesa en forma d’ones gravitatòries. Com que l’esdeveniment va ocórrer a una distància d’uns 400 megaparsecs1, les ones han estat viatjant per l’espai uns 1.300 milions d’anys. Un segon esdeveniment va ser detectat el 26 de desembre de 2015. Aquest senyal, produït per un sistema menys massiu, va ser anunciat el 15 de juny de l’any 2016.

Aquestes deteccions tenen implicacions importants: mostren que la teoria de la relativitat general és correcta en les seues prediccions de camp fort dins de la sensibilitat dels instruments, aclareixen tot dubte sobre l’existència d’ones gravitacionals i aporten nova evidència sobre l’existència dels forats negres. Poden servir, a més, per a mostrar que el presentisme, la doctrina filosòfica que afirma que només hi ha el present, és fals (per a una discussió sobre el tema, vegeu Romero, 2015a). Considerem el següent argument (Romero, 2015b):

P1. Hi ha ones gravitacionals.

P2. Les ones gravitacionals tenen curvatura de Weyl diferent de zero.

P3. La curvatura de Weyl diferent de zero només és possible en quatre o més dimensions.

P4. El presentisme és incompatible amb un món quadridimensional.

Llavors, el presentisme és fals.

«Com més prop de la ciència estiguen les teories filosòfiques, més factible és establir-ne la versemblança»

Les premisses P2 i P3 són necessàriament vertaderes. Les ones gravitacionals es propaguen en l’espai buit, on les equacions de camp d’Einstein impliquen que les components de la gravitació associades a la matèria són idènticament nul·les en el buit. Però la curvatura total de l’espaitemps no sols comprèn aquest tipus de curvatura, anomenada de Ricci, sinó també la curvatura associada al mateix camp gravitacional, anomenada curvatura de Weyl, que es representa per mitjà de l’objecte matemàtic conegut com «tensor de Weyl». Llavors, com que les ones gravitacionals són alteracions en la curvatura de l’espaitemps, el tensor de Weyl ha de ser diferent de zero en la seua presència. Si les dimensions del món foren tres, segons allò que han proposat els presentistes, el tensor de Weyl hauria de ser nul. Només en quatre o més dimensions de la gravetat pot propagar-se a través de l’espaitemps buit (Romero i Vila, 2014). Per tant, el presentista o bé hauria de negar que el presentisme és incompatible amb un món de quatre dimensions o acceptar que el presentisme és fals. Però el presentisme és essencialment la doctrina segons la qual les coses no tenen parts temporals. Qualsevol admissió d’extensió temporal equival a renunciar a l’afirmació bàsica del presentisme: no hi ha futur ni passat. La meua conclusió és que, com que les ones gravitacionals existeixen, el presentisme és totalment fals.

Una vegada més veiem que observacions astronòmiques basades en consideracions físiques poden servir per a posar a prova doctrines filosòfiques. Com més prop de la ciència estiguen les teories filosòfiques, més factible és establir-ne la versemblança. De manera anàloga, com més informada estiga la ciència dels problemes filosòfics, més clares i directes seran les seues aportacions al nostre coneixement del món. En aquest cercle virtuós, potser consisteix l’esperança de Boltzmann que alguna vegada arribem a pensar filosòficament tots els problemes científics i a respondre científicament tots els problemes filosòfics.

1. 1 megaparsec (Mpc) equival a més de tres milions d’any llum. (Tornar al text)

 

REFERÈNCIES

Boltzmann, L. (1974). Theoretical physics and philosophical problems: Selected writings. Dordrecht: Reidel.

Bunge, M. (1974-1989). Treatise on basic philosophy. Dordrecht: Kluwer.

Ferrater-Mora, J. (1994). Diccionario de filosofía. Barcelona: Ariel.

Novello, M., & Perez-Bergliaffa, S. E. (2008). Bouncing cosmologies. Physics Reports, 463(4), 127–213. doi: 10.1016/j.physrep.2008.04.006

Reichenbach, H. (1977). Der aufstieg der wissenschaftlichen philosophie. Wiesbaden: Wiever Verlagsgesellschaft.

Rescher, N. (2001). Nature and understanding: The metaphysics and me­thods of science. Oxford: Oxford University Press.

Romero, G. E. (2012). Parmenides reloaded. Foundations of Science, 17(3), 291–299. doi: 10.1007/s10699-011-9272-5

Romero, G. E. (2013a). From change to spacetime: An eleatic journey. Foundations of Science, 18(1), 139–148. doi: 10.1007/s10699-012-9297-4

Romero, G. E. (2013b). Adversus singularitates: The ontology of space–time singularities. Foundations of Science, 18(2), 297–306. doi: 10.1007/s10699-012-9309-4

Romero, G. E. (2015a). Present time. Foundations of Science, 20(2), 135–145. doi: 10.1007/s10699-014-9356-0

Romero, G. E. (2015b). On the ontology of spacetime: Substantivalism, relationism, eternalism, and emergence. Foundations of Science. doi: 10.1007/s10699-015-9476-1

Romero, G. E., & Pérez, D. (2011). Time and irreversibility in an accelerating universe. International Journal of Modern Physics D, 20(14), 2831–2838. doi: 10.1142/S021827181102055X

Romero, G. E., & Vila, G. S. (2014). Introduction to black hole astrophysics. Heidelberg: Springer.

Stolpovskiy, M. (2016, 19-26 de març). QUBIC Experiment. Conferència en 51th Rencontres de Moriond, La Thuile, Itàlia. Consultat en https://arxiv.org/pdf/1605.04869v1.pdf

© Mètode 2017 - 92. L'univers violent - Hivern 2016/17

Doctor en Física i professor titular d’Astrofísica Relativista en la Universitat Nacional de La Plata (Argentina). És investigador superior del Consell Nacional d’Investigacions Científiques i Tècniques (CONICET) en l’Institut Argentí de Radioastronomia, on dirigeix un grup d’investigació. Ha publicat prop de tres-cents articles i deu llibres sobre temes astrofísics, gravitació i filosofia científica. Ha impartit conferències i cursos sobre aquests temes en més de vint països.