Surface wave multipathing

La tercera respuesta al misterio del origen del orden cósmico intenta demostrar que el orden, de alguna manera, ha surgido a partir de un estado inicial caótico gracias a procesos físicos naturales y no a partir de fluctuaciones inconcebiblemente extrañas (esta idea ya se ha discutido con detalle en el capítulo 4; aquí vamos solamente a resumirla). A primera vista, esta concepción parece condenada al fracaso. ¿No afirma la segunda ley de la termodinámica que (fluctuaciones aparte) el orden da lugar al caos pero no al revés?

Así es, en efecto, pero se debe leer la "letra pequeña". Rigurosamente, la segunda ley sólo se puede aplicar a sistemas totalmente aislados. Es evidente que cualquier parte del Universo, por muy grande que sea, no está aislada, puesto que está en contacto con las partes que la rodean. Y por si esto no basta, el Universo entero está sujeto a la famosa expansión, y esta perturbación externa puede ser muy importante.

Una buena analogía nos la ofrecen el humilde pistón y el cilindro de un motor de explosión ordinario. Pensemos un gas confinado en el cilindro debajo del pistón. Si el pistón está en reposo, el gas está en equilibrio a una temperatura y presión uniformes (condición de máxima entropía.) No debe esperarse ningún cambio posterior: el gas está desprovisto de cualquier estructura ordenada o actividad organizada. Ahora bien, supongamos que se levanta el pistón súbitamente, de forma que se deja expandir el gas. De pronto el gas deja de ser uniforme. La densidad es menor cerca del pistón, donde aumenta el espacio disponible. Se producen movimientos turbulentos a medida que el gas fluye hacia el espacio. Si el pistón invierte su movimiento y vuelve a su posición original, el gas, con el tiempo, se estabiliza otra vez en un estado de equilibrio termodinámico, pero la entropía habrá aumentado a consecuencia de esta perturbación. Temporalmente, el gas habrá creado estructura y organización a medida que se movía el pistón.

¿Hemos descubierto un fallo en la segunda ley? Por supuesto que no. La entropía del gas se ve aumentada tras un ciclo completo de movimiento. Está más caliente. El estado inicial de equilibrio era el estado de máxima entropía consistente con las condiciones de contorno externas al sistema en aquel momento. Sin embargo, cuando se movió el pistón estas condiciones cambiaron, permitiendo al gas alcanzar un estado de entropía todavía mayor. En resumen, el estado inicial de equilibrio era un máximo relativo y no un máximo absoluto.

En el caso cosmológico, la expansión del Universo juega un papel similar al del pistón como modificador de las condiciones de contorno externas. Los cosmólogos señalan que, lejos de encontrarse en un estado ordenado, el Universo primitivo se encontraba cerca del equilibrio termodinámico. Ninguna de las estructuras familiares que podemos observar en la actualidad (galaxias, estrellas, átomos) estaban presentes en el Big Bang. En efecto, durante el primer minuto la temperatura era demasiado elevada incluso para la existencia de núcleos atómicos. De algún modo, la actual estructura ordenada ha surgido a partir del caos primigenio. ¿Cómo ha sido posible?

Gran parte de la compleja organización que nos es familiar en la Tierra, como los biosistemas y las estructuras meteorológicas, es generada por la luz del Sol, fuente vital de la entropía negativa de la que nos alimentamos. El almacén de entropía negativa del Sol es su combustible nuclear (principalmente hidrógeno). Los elementos de masa media como el hierro son la forma más estable (de alta entropía) de materia nuclear. La producción de luz solar representa la entropía producida por el intento del Sol de convertir hidrógeno en hierro a través de una sucesión de reacciones nucleares. El secreto del orden (entropía negativa) del Sol y de la mayoría de estrellas hay que buscarlo en la explicación de su abundancia del hidrógeno. Cerca de tres cuartas partes de la masa del Universo están compuestas de hidrógeno y prácticamente todo el resto se compone del segundo elemento más ligero, el helio. ¿Por qué no es todo de hierro?

La respuesta a esta pregunta se dio en el capítulo 4. El Universo primigenio estaba demasiado caliente para que existiera el hierro, y su enfriamiento subsiguiente fue demasiado rápido para que tuvieran lugar transmutaciones nucleares significativas. El material primigenio permaneció así atrapado en forma de hidrógeno de baja entropía, incapaz de alcanzar su objetivo de convertirse en hierro de alta entropía hasta que las estrellas hicieron su aparición.

Con esta explicación es evidentemente innecesario suponer que el Universo, después de todo, fue creado en un estado notablemente ordenado. El material primigenio se encontraba, en realidad, en un estado de desorden total (máxima entropía). Tal estado puede alcanzarse del mayor número de maneras posible y el creador sólo es imprescindible para clavar al azar su alfiler en el catálogo.

¿Está, pues, resuelto el misterio del origen cósmico?

El estado nuclear del material cósmico es un factor decisivo en la generación de la estructura y organización observadas, pero no lo puede explicar todo. Las estructuras superiores (estrellas y galaxias) están modeladas por la gravedad. Por otra parte, la crucial expansión cósmica está también controlada por la gravedad. ¿Qué se puede decir de la

organización gravitatoria del Cosmos? Desde un punto de vista gravitacional, ¿vivimos en un Universo ordenado o desordenado? Estas cuestiones constituyen el tema del próximo capítulo.

XIII. LOS AGUJEROS NEGROS Y EL CAOS CÓSMICO