La evolución de la humanidad forma parte de la evolución del universo. El universo es un todo interconectado cuyas partes individuales no pueden ser comprendidas en forma aislada las unas de las otras. Para poder entender mejor la evolución humana y su propia creatividad primero hay que entender el proceso físico-químico que nos condujo desde la materia hasta el ser humano.

 
Cosmología

El universo observable, según las estimaciones actuales, tiene entre 15 y 20 billones de años de existencia (1.5 a 2.0 x10¹⁰) [689]. El Sol, la Tierra y los planetas tienen unos 5 billones de años (5x10⁹) [695]. La primera interrogante que nos viene es, "¿Qué existía antes del universo observable? "

Lo más asombroso de esta pregunta es que puede ser contestada por completo. Podemos contestarla debido a que podemos mirar atrás en el tiempo y ver cómo era el universo billones de años atrás. La luz viaja a una velocidad finita de alrededor de 300, 000 kilómetros por segundo. Al mirar las partes más distantes del universo, podemos ver al universo tal como era cuando la luz de esa parte del universo comenzó a viajar hacia nosotros. Entre las partes más lejanas del universo que pueden ser observadas hoy en día existe un cuasar descubierto en 1986 que se estima se encuentra a más de 13.5 billones de años luz de distancia, lo cual indica que la luz que nos llega hoy de ahí, comenzó a viajar hacia nosotros hace 13.5 billones de años. En 1988 se descubrió una galaxia que parecía estar a 15 billones de años luz de distancia. El hecho más notable acerca de las partes más lejanas del universo, es que son muy similares a aquellas partes más cercanas, visualmente más viejas; con dos excepciones: (1) la materia en el universo parece estar alejándose de nosotros y de sí misma (es decir, todas las aglutinaciones distantes de materia se alejan entre sí) a velocidades cada vez más grandes, en proporción directa a su distancia de nosotros y de sí mismas respectivamente, y (2) existen objetos llamados cuasares que parecen ser más numerosos mientras más distantes están, es decir, los cuasares, eran más numerosos cuando el universo era más joven.

 
El Universo en Expansión

Las unidades de materia en el universo parecen estar alejándose entre sí. Lo que constituye una unidad de materia, es un concepto bastante arbitrario. Para propósitos cosmológicos, generalmente se considera una galaxia como la unidad elemental de la materia. Posteriormente veremos lo que es una galaxia y cómo se forma. Por ahora, las consideraremos como partículas de materia semiautónomas aproximadamente del mismo tamaño.

El modelo newtoniano de la gravitación universal predice, que si existe un sistema de partículas, éstas tienden a agruparse por atracción gravitacional mutua, a menos que exista una fuerza externa aplicada a este sistema. Puesto que las galaxias están separándose entre sí, debe existir una fuerza externa. Dependiendo de lo que consideremos que sea la naturaleza de esta fuerza externa, deduciremos distintas cosmologías.

 
La Teoría del Big Bang

De acuerdo con esta teoría, toda la materia en el universo estuvo alguna vez concentrada en una masa en un solo punto, posiblemente una esfera de diámetro cero. Esta masa superdensa se denomina "el átomo primordial", "el huevo cósmico" o en forma más técnica, la "singularidad cosmológica". Esta masa superdensa causó una enorme explosión similar en calidad a una bomba de hidrógeno, pero mucho más potente. Esto a su vez provocó una explosión de toda la materia y el espacio desde un centro común, provocando la expansión del universo, es decir, es la continuación de la explosión original. El tiempo, la materia, el espacio y todas las leyes físicas nacieron en los primeros instantes del "Big Bang". Actualmente, es el espacio el que se está expandiendo, llevándose consigo a la materia.

Este modelo muy sencillo del universo permite hacer relativamente buenas predicciones sobre muchos fenómenos naturales observados, tales como la edad del universo y la energía subyacente del universo, es decir, la radiación residual subyacente de cuerpo obscuro del "Big Bang". Aún es muy pronto para afirmar que el modelo del "Big Bang" es correcto. Es sólo uno de los muchos modelos cosmológicos razonables. Su dificultad más grande, por el momento, es de tipo filosófico: nos preguntamos, (1) ¿De dónde provino el huevo cósmico? y (2) ¿Qué pasará con el universo en el futuro? De acuerdo con la teoría del "Big Bang", podría haber una respuesta en común para ambas preguntas.

Si la masa total del universo es suficientemente grande y la explosión original no fue demasiado poderosa, entonces el universo comenzará, eventualmente, a desplomarse otra vez por atracción gravitacional mutua (el "Big Crunch") hasta que de nuevo se convierta en un plasma superdenso y explote. Este proceso continúa para siempre y tenemos un universo oscilante que periódicamente se expande y evoluciona, se contrae y desintegra.

Un universo oscilante es compatible con ciertas filosofías orientales, como el hinduismo, que considera que no existe un verdadero progreso debido a que la naturaleza es un proceso cíclico. Para las filosofías occidentales, que creen en el progreso continuo a partir de un estado más primitivo, el universo oscilante es un modelo inherentemente poco satisfactorio. Las creencias judeocristianas y marxistas, así como también el darwinismo, suponen un progreso continuo desde un solo punto inicial. Más aún, algunas evidencias empíricas, como la radiación residual del cuerpo oscuro, suponen que sólo hubo un "Big Bang" y no una serie infinita de ellos. La radiación residual del cuerpo oscuro es la temperatura promedio a la cual el universo se calentó por el "Big Bang" original. Esta temperatura, que es alrededor de 3° Kelvin (-270°C), es consistente con un solo "Big Bang", pero probablemente sería más elevada si hubiese una serie de "Big Bangs". Actualmente, todas las teorías cosmológicas son incorrectas en la radiación exacta predicha, por lo tanto, probablemente todas ellas tienen errores serios. Todos los paradigmas son falsos o incompletos.

Un modelo del "Big Bang" sin oscilación es inherentemente más satisfactorio para aquellos que aceptan la creencia judeocristiana, debido a que implica la noción de una primera causa - siendo Dios el creador del "Big Bang". Para los marxistas, "la historia" juega el papel de Dios. Llama la atención que uno de los creadores de la teoría del "Big Bang", haya sido un sacerdote católico, el Abad LeMaitre. Otro que contribuyó a esta teoría fue George Gamow, un refugiado del comunismo soviético en los inicios de los años 30´s. Pocas personas pueden separar sus ideas científicas de su ideología. Un universo de causa única suscita mayores dificultades filosóficas que un universo fluctuante. La hipótesis de "Dios" o la "Historia" puede ser una forma científicamente inadecuada para describir lo que existía antes del "Big Bang". No habría ningún progreso científico, técnico o intelectual si cada vez que nos encontráramos con un hecho difícil de explicar dijéramos "Dios lo causó". Sin embargo, esto no implica que en algún sentido Dios o los dioses no existan. Debemos tratar de buscar explicaciones que sean consistentes con los hechos observados deducidos y no tratar de introducir conjeturas innecesarias a nuestros modelos científicos. Una buena alternativa al Big Bang es el modelo del orden constante.

 

El Modelo del Orden Constante

Este modelo, propuesto inicialmente a fines de los 40´s por Gold, Bondi y Hoyle [771] representa una separación radical de la cosmología ortodoxa, debido a que asume un hecho no observado para explicar todos los hechos observados. La suposición fundamental es que la materia está siendo creada continuamente dentro del universo. Al comienzo, se supuso que la creación de la materia era un proceso muy lento y sencillo, produciéndose sólo un átomo de hidrógeno por cada centímetro cúbico de espacio cada mil años. Este es un fenómeno que aún no se puede medir en este planeta bajo condiciones de laboratorio. Por lo tanto, esta suposición no contradice ningún hecho existente; pero sí viola la primera ley de la termodinámica, que dice que la energía, y por lo tanto la materia, no puede ser creada o destruida. La materia y la energía pueden intercambiar de formas, pero la suma de ambas se mantiene constante. Sin embargo, esta "ley" está basada en el hecho de que nadie ha observado la creación o destrucción de la energía y no en alguna premisa más fundamental. Más aún, un "Big Bang" único implica una creación singular e instantánea de toda la materia y energía. Por lo tanto, la hipótesis de la creación continua puede ser científicamente valida y en realidad no está asumiendo más que la teoría del "Big Bang".

Lo que es importante tener presente es que todos los modelos científicos son sólo una aproximación a la realidad. Científicamente, ningún modelo es considerado como absolutamente verdadero y más allá de dudas o mejoras. Sencillamente tendemos a aceptar tentativamente como "verdadero" el modelo que hace las mejores predicciones, hasta que aparece otro modelo que hace mejores predicciones aún. Entonces éste se convierte en el modelo "verdadero". Si dos o más modelos son igualmente buenos para predecir, tendemos a aceptar el modelo más sencillo, que haga las mínimas suposiciones y/o sea más fácil de usar. La ciencia es por lo tanto, un proceso pragmático que sólo busca mejorar la habilidad humana para predecir su entorno total. La sustentación de alguna premisa filosófica o ideológica específica a costa de la simplicidad y/o la predictibilidad, es contraria al espíritu científico. En ciencias, sólo lo que puede demostrarse que funciona, se considera como tentativamente verdadero. El paradigma científico puede ser verdadero pero incompleto.

El modelo del orden constante no es, por lo tanto, contrario ni al espíritu ni a los hechos de la ciencia. Hemos introducido en el proceso cosmológico un hecho no observado para explicar todos los hechos observados. Si es correcto el modelo del orden constante, entonces podemos hacer muchas predicciones sobre la naturaleza del universo que son contrarias a los modelos simples del "Big Bang".

La última versión de Hoyle sobre el modelo del orden constante [771] explica la expansión del universo como resultado de la presión creada por la generación de nueva materia, siendo la unidad de la creación, ya no un solo átomo de hidrógeno, sino una galaxia - un mini "Big bang". Las galaxias comienzan como hoyos blancos similares a los cuasares. Las galaxias viejas se retiran para darles espacio a las nuevas galaxias y este proceso continúa por siempre. El universo es infinito en espacio y tiempo y a pesar de que es dinámico y está en constante progreso, una parte se asemeja a cualquiera otra parte del universo. No existe una posición privilegiada en el espacio o en el tiempo desde la cual el universo, como un todo, se vea diferente.

Estas características del modelo de orden constante atraen intuitivamente a aquellos que tienen dificultad en aceptar: (1) un universo finito que comenzó de la nada y está convirtiéndose en nada al extenderse en el infinito y, por lo tanto, está haciéndose cada vez más difuso, hasta que llegue el momento en que toda la materia se encuentre totalmente aislada (es decir, que todas las partículas de la materia estén separadas 20 billones de años luz o más y ya no sea posible observar una desde la otra), o (2) un universo oscilante finito que está expandiéndose y contrayéndose constantemente en un ciclo interminable que no nos lleva a ninguna parte; un molino cósmico sin progreso.

Pero poco tiene que ver la atracción intuitiva con la validez científica. Científicamente, solo podemos aceptar un modelo que haga predicciones correctas. Al parecer el modelo del orden constante hace predicciones correctas sobre todo lo que es observable en el universo, excepto: (1) El exceso de helio, (2) La concentración de cuasares a distancias cosmológicas, y (3) La física de las partículas elementales. Fred Hoyle está actualmente ajustando la teoría para compensar por estas discrepancias [771]. Incluso la radiación residual del cuerpo oscuro puede ser compatible con este modelo. La estructura y distribución de las galaxias se puede predecir mejor por el modelo del orden constante que por el del "Big Bang". Sin embargo, existe más helio en el universo que lo pronosticado por el modelo del orden constante. Cerca de 25% del universo es helio, según la última versión del modelo "Big Bang", el cual supone una singularidad cósmica inicial infinitamente condensada a muy alta temperatura. Esto está completamente de acuerdo con la física de las partículas, que predice un 25% de helio en el universo.

Los cuasares parecen ser los objetos más increíbles y difíciles de explicar que jamás se hayan descubierto. La respuesta a "¿Qué es un cuasar?" determinará en gran parte si el modelo del orden constante es aceptado o es rechazado. Por el momento, el principal argumento para la teoría del "Big Bang" es que es el modelo más sencillo, que hace las mejores predicciones, a excepción de la estructura de las galaxias. También unifica la cosmología y la física de las partículas. Sin embargo, probablemente todos los modelos cósmicos actuales serán eventualmente reemplazados por un modelo más completo. Para poder conocer más acerca de los cuasares, debemos primero entender la naturaleza de las galaxias.

 
Las Galaxias

Una galaxia es un sistema interactivo de varios cientos de billones de estrellas. Nuestra galaxia, la Vía Láctea, tiene una masa alrededor de 2.8x10⁴⁴ gms. o alrededor de 1.4x10¹¹ veces la masa de nuestra estrella más próxima, el sol [695]. Si toda esta masa fueran estrellas, entonces nuestra galaxia podría tener más de 200 billones de estrellas. Sin embargo, muchas estrellas tienen una masa mucho mayor que la del sol y parte de la masa de la galaxia está constituida no por las estrellas, sino por las nubes de polvo interestelar de las cuales, eventualmente, se podrán condensar nuevas estrellas [357]. La masa contenida en los planetas es insignificante. Luego volveremos a hablar acerca de la evolución estelar. Por ahora, consideraremos las estrellas como partículas de materia que componen los sistema llamados galaxias, al igual que consideramos a las galaxias como partículas en el sistema del universo observable.

Las galaxias son principalmente de cuatro tipos: espirales, espirales listadas, elípticas y galaxias irregulares, las cuales no son espirales ni elípticas. Pueden ser de cualquier forma, desde galaxias explosivas hasta galaxias en forma de anillos. Nuestra propia galaxia parece ser una espiral de hasta 100.000 años luz de diámetro, muy similar a Andrómeda, que es la mayor galaxia cercana a 2 millones de años luz de distancia. Como Andrómeda, nuestra galaxia tiene dos galaxias satélites más pequeñas llamadas las "Las Nubes Magallánicas", que están a 163 mil años luz de distancia.

ANDROMEDA GALAXY

La evidencia observable de diversas fuentes independientes indica que todas las galaxias, en general, se están alejando entre sí, Andrómeda y nuestra propia galaxia son las pocas excepciones que se están acercando. Las galaxias se agrupan en conjuntos y estos en super conjuntos. Dentro de cualquier conjunto, las galaxias pueden estar unidas gravitacionalmente y pueden acercarse unas a otras. La evidencia más reciente indica que las galaxias se agrupan en superficies esféricas y no están distribuidas uniformemente dentro del universo, en ninguna escala. Este es otro posible argumento contra el modelo del orden constante, como también contra el modelo "Big Bang". Se ha observado también que la velocidad de recesión está en proporción directa a la distancia entre las galaxias. Esta relación puede no ser tan lineal en las distancias extremas; pero se puede aplicar una aproximación lineal a las velocidades recesionales de las galaxias hasta varios billones de años luz. La velocidad recesional puede ser medida indirectamente por medio del desplazo rojo galáctico.

El desplazo rojo de las galaxias más cercanas puede mostrarse en forma independiente debido al efecto Dopler de la velocidad de recesión. Entre más grande sea la velocidad de recesión más grande será el desplazo rojo. Esto es análogo a la disminución del tono de un sonido, por ejemplo el silbido de un tren al alejarse de nosotros. Entre más rápido se aleja el tren, más bajo es el tono. Por lo tanto, entre más se aleje una galaxia de nosotros, más lejos se trasladará su espectro hacia el rojo.

Independientemente de su desplazo rojo, las estrellas más viejas tienden a ser rojas y las estrellas nuevas tienden a ser azules. Las galaxias irregulares están hechas generalmente de estrellas jóvenes azules. Las galaxias espirales tienen estrellas viejas y rojas cerca de su núcleo y estrellas jóvenes y azules en sus extremos espirales. Las galaxias elípticas son generalmente de estrellas viejas y rojas. A partir de esto, uno puede llegar a la conclusión especulativa de que a medida que las galaxias comienzan a condensarse en una nube irregular a partir de gas de hidrógeno y polvo interestelar, las estrellas se condensan y brillan de color azul. A medida que la galaxia envejece, aumenta su velocidad de rotación y las estrellas más viejas se mantienen cerca del centro, mientras que las nuevas continúan condensándose en los extremos espirales. A medida que la galaxia sigue envejeciendo, ésta pierde su energía a través de la radiación y comienza a disminuir su velocidad, perdiendo sus extremos espirales o listados para convertirse en elíptica, hasta que termina en un denso racimo globular de estrellas viejas que se desintegran. Las galaxias elípticas y las irregulares pueden provenir también de colisiones entre galaxias espirales.

Se estima que algunos conjuntos globulares tienen más de 13 billones de años. Un conjunto globular viejo que se calienta al desplomarse sobre sí mismo, puede sufrir un mini "Big Bang" y arrojar su materia al universo, terminando eventualmente como parte de otras galaxias jóvenes, o puede desplomarse en un hoyo negro masivo que produce el efecto de un cuasar, mientras que toda la materia se desploma. La teoría del "Big Bang" no predice la estructura de las galaxias. Para ver si estos mini "Big Bangs" hipotéticos son una explicación para los cuasares, debemos entender ciertos detalles de cómo evolucionan las estrellas.

 
La Evolución Estelar

Como anotamos previamente, el hidrógeno es el bloque básico de construcción para la evolución del universo; siendo éste el elemento más simple y más abundante en el universo, puesto que, de acuerdo con la teoría del orden constante, como efecto de campo del tiempo, el espacio y la materia se crea hidrógeno, y no otros elementos. Nos preguntamos entonces, "¿De dónde provienen los demás elementos?" Esta es una de las preguntas cosmológicas que ha sido ampliamente investigada. Todos los elementos, a excepción del hidrógeno y alguno de helio, son sintetizados a partir del hidrógeno y helio que se encuentran en el centro de las estrellas o son creados en el proceso de desintegración de una estrella en una supernova. Existen otros procesos evolutivos astrofísicos, como la captura lenta de neutrones de los gigantes rojos.

Consideremos un universo de hidrógeno puro disociado con un impulso cero. Los átomos de hidrógeno se condensarán en nubes, por atracción gravitacional. A medida que la nube crece, ésta atrae más hidrógeno aún y comienza a contraerse en forma esférica. A medida que se contrae, comienza a calentarse debido al creciente número de colisiones entre los cada vez más densos átomos de hidrógeno. Los núcleos de hidrógeno que se encuentran en el centro de la nube a cerca de 10 millones de grados centígrados, son tan energéticos que se fusionan y se convierten en núcleos de helio. Esto produce un gran escape de energía, como en una bomba de hidrógeno, que hace que la nube explote hacia afuera y resista el colapso gravitacional. Se establece un equilibrio entre la gravedad que hace que la estrella se desplome y las explosiones nucleares que hacen expandirse a la estrella. Mientras más se desplome la estrella, más energéticas se vuelven las explosiones nucleares, haciendo que la estrella se expanda. Por lo tanto, si no es muy grande la estrella, se convierte en un sistema homeostático y autoregulador que arderá durante billones de años, hasta que se haya disipado casi todo el hidrógeno. Nuestro sol es una estrella mediana que ha de tener una vida probable de alrededor de 10 billones de años, la mitad de los cuales ya pasaron. Mientras más grande es la estrella, más pronto se desintegrará y más caliente arderá. A las estrellas muy chicas, que nunca logran encenderse del todo, se les llama "enanos cafés".

Gran parte del hidrógeno que se encuentra en el centro de las estrellas más grandes que un enano café, se convierte en helio. Existe entonces menos energía disponible para evitar que la estrella se desplome, y comenzará otra vez el colapso gravitacional, calentándose aún más hasta que su centro llegue a una temperatura de alrededor de 100 millones de grados centígrados. En esta etapa, los núcleos de helio se funden y sueltan aún más energía que la producida por la fusión de los núcleos de hidrógeno. El núcleo de hidrógeno continúa fundiéndose en las regiones superiores de la estrella, la cual se calienta extremadamente con un núcleo de helio y una atmósfera de hidrógeno más difusa. A este tipo de estrella se llamada un "gigante rojo". Cuando el sol se convierta en un gigante rojo dentro de unos dos o tres billones de años, su superficie se extenderá más allá de la órbita de la Tierra. La Tierra y todos los planetas interiores serán entonces destruidos, en tanto que los gigantes externos: Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno, junto con sus lunas, se volverán más acogedores.

Cuando el helio se fusiona, pasa por una serie de complejas reacciones nucleares que eventualmente llevan al carbón y al oxígeno. Al estar la estrella vacía de helio, ésta puede tomar dos caminos; convertirse en una supernova o en un enano blanco, hecho en gran parte de carbón. Las estrellas, cuyo tamaño se encuentra entre el de un enano café y cuatro veces el tamaño del sol, se convierten en enanos blancos con una densidad de 10⁶ gms/cm³. Las estrellas más grandes que éstas se convierten en supernovas. En estas estrellas grandes tanto el carbón como el oxígeno se fusionan por medio de un colapso gravitacional, el cual conduce a la formación de hierro y todos los elementos intermedios, como el neón, sodio, magnesio, aluminio, silicón y azufre.

Las supernovas se colapsan en una estrella de neutrón o se desintegran totalmente luego de que el núcleo del carbón se fusiona. Una estrella de neutrón está hecha de materia colapsada en la que no existen átomos, sólo neutrones. Una cucharadita de materia de este tipo de estrella tendría una masa de más de 60 toneladas. Una estrella de neutrón puede tener tanta masa como el sol, pero sólo medir 16 kilómetros de diámetro. Las estrellas más pequeñas producen pocos elementos que sean más pesados que el carbón. Las estrellas que son mucho más grandes que el sol son las que producen la mayoría de los elementos entre el carbón y el hierro. Los elementos más pesados que el hierro no se producen por la fusión en el núcleo de las estrellas, ya que la fusión de estos elementos consume energía en vez de producirla. Más bien, los elementos más pesados se forman por la captura lenta de neutrones en los alrededores de los gigantes rojos y por la captura rápida de neutrones afuera del núcleo de las estrellas gigantes, mientras están estallando en supernovas.

Las supernovas a su vez producen varios remanentes, como las estrellas de neutrón, que son probablemente la fuente de las estrellas pulsantes de radio, las nebulosas planetarias y posiblemente los agujeros negros.

Los agujeros negros son objetos asombrosos, explicados por la teoría general de la relatividad. En estos objetos, una estrella desintegrada, luego de haber pasado por una explosión de supernova, es tan masiva y su gravedad tan fuerte que nada puede escaparse de ellas ni las ondas radiales, ni la luz, ni las partículas. Es el fin de la materia. Podemos detectar los agujeros negros principalmente por sus efectos gravitacionales. Si las galaxias elípticas se desploman en agujeros negros pueden producir efectos similares a un cuasar .

A medida que cae en un agujero negro, la materia emite grandes cantidades de radiación, como un grito de muerte, hasta que la gravedad la vence. Se cree que en el centro de cada galaxia existe un agujero negro masivo. Stephen Hawking ha demostrado que durante los primeros momentos del "Big Bang" se crearon pequeños agujeros negros del tamaño de un grano. También ha demostrado que a la larga, los agujeros negros son estables en proporción a su tamaño. Algunos de los agujeros negros más pequeños pueden estar explotando actualmente, mientras que los grandes tardarán billones de años en hacerlo. La naturaleza de los agujeros negros nos puede ayudar a comprender los cuasares.

 
Los Cuasares

Existen objetos en el cielo que, por sus desplazamientos rojos, se estima que están a distancias cósmicas extremas. Algunos han sido detectados a más de 13.5 billones de años luz.. Sin embargo, estos objetos emiten tal cantidad de energía que, si realmente estuviesen a las distancias que indican sus desplazamientos rojos, entonces se trata de galaxias completas en las que toda la materia se está convirtiendo en energía a una tasa que no puede ser explicada por los procesos de fusión nuclear que se llevan a cabo en las estrellas. Más aún, estos QSO (Objetos Cuasi Estelares) o "cuasares", como se les llama, varían en intensidad en períodos tan cortos como un día. (Los primeros QSOs descubiertos fueron emisores de radio y fueron llamados "Fuentes de Radio Activas Cuasi Estelares" o "Cuasares". Aquellos QSOs que no emitían ondas de radio fueron descubiertos posteriormente, pero el término "cuasar" permaneció). Esto implica que algunos cuasares probablemente tienen como diámetro tan solo un día luz o el tamaño del Sistema solar; sin embargo, emiten mucha más energía que una galaxia completa.

La limitación del tamaño se debe al hecho de que si el objeto completo está pasando por cambios periódicos, entonces estos cambios no pueden propagarse sobre el objeto más rápidamente que la velocidad de la luz. La teoría especial de la relatividad determina, y lo confirman los experimentos, que la materia y la energía no pueden superar la velocidad de la luz dentro del universo observable, por lo menos no por medios conocidos. Las observaciones indican que la apariencia de los cuasares similan a las estrellas en forma de puntos de luz, ya que no tienen una forma observable como las galaxias. Las galaxias muy distantes también aparecen como puntos de luz.

En resumen, la evidencia predominante indica que los cuasares son objetos muy lejanos con masas tan grandes como las de una galaxia, de tamaño no más grande que un sistema solar, y con emisiones de energía de una potencia tan grande que ningún proceso físico -a excepción de la desintegración del núcleo de una galaxia en un agujero negro- puede explicarlo. Si la masa de una galaxia fuese convertida en energía a la misma tasa que la de un cuasar, solamente duraría alrededor 100,000 años. En cambio, todas las galaxias observadas parecieran tener muchos billones de años. Quizás el destino de todas las galaxias sea el de desintegrarse en agujeros negros.

La primera teoría que desarrollaron algunos cosmólogos para explicar los cuasares fue la hipótesis de que no estaban a las distancias indicadas por su desplazo rojo, sino que eran estrellas gigantes dentro o cerca de nuestra galaxia. El desplazamiento rojo del tipo de un cuasar puede ocurrir si el objeto que emite luz es extremadamente masivo o se aleja a una velocidad muy alta. La teoría de la relatividad predice en este caso un desplazamiento rojo. De hecho toda luz se desplaza ligeramente al rojo por la gravedad. Cuando un objeto es extremadamente masivo, el desplazamiento rojo es tan grande que nada de luz se escapa, como en el caso de un agujero negro. Sin embargo, las estrellas que son suficientemente masivas para producir un desplazamiento rojo de esta dimensión son muy inestables. Semejante estrella explotaría rápidamente y el remanente se convertiría en un agujero negro y/o se condensaría en nuevas estrellas. Al analizar antiguas fotografías astronómicas podemos saber que algunos cuasares han tenido la misma intensidad luminosa por lo menos durante 85 años, aunque antiguamente no se sabía que estos objetos eran cuasares (se pensaban que eran estrellas comunes). Más aún, ninguna fuente de energía o proceso conocido podría acelerar una estrella cercana a una velocidad aproximada a la velocidad de la luz. Por lo tanto, llegamos a la ineludible conclusión que los cuasares se encuentran a distancias cósmicas extremas o todos los modelos del universo tendrían un grave error. Esto último no es improbable.

Una posibilidad de error que está permanentemente en estudio es que las constantes físicas del universo como la constante gravitacional, la constante electromagnética y la velocidad de la luz, son variables que efectivamente cambian muy lentamente con el tiempo. Dirac, fue el primero que propuso esta teoría a fines de los 30´s, [357]. Fred Hoyle ha hecho modelos del universo donde la constante gravitacional disminuye una parte en 10¹⁰ por año [357]. Esto no puede ser detectado en un laboratorio, pero tendría enormes consecuencias para todos los modelos cósmicos, revirtiendo a menudo las predicciones. En síntesis, se puede decir que la cosmología está en un estado de constante cambio, no teniendo un modelo claramente superior, aunque el "Big Bang" es, por mucho, el modelo más popular entre los científicos. Sin embargo, aún hay mucho que decir acerca de la evolución del universo. Consideraremos las especulaciones en la siguiente sección.

 
Síntesis Cósmica

El universo es infinito en su extensión temporal y espacial. Un modelo de orden constante describe al universo como un todo. En todo el universo están ocurriendo "Big Bangs" (o si se prefiere mini "Big Bangs"). Cada "Big Bang" crea su propio miniuniverso, una burbuja dentro de un universo más grande. Dentro de cada miniuniverso, varían las leyes de la física, incluyendo la naturaleza del espacio, el tiempo y la materia, en función del tamaño, masa y edad de la burbuja y las condiciones bajo las cuales fue creada. Las burbujas en sí son inestables. A medida que envejece el miniuniverso se expande y la constante gravitacional se debilita. Eventualmente, la burbuja estalla y las leyes del miniuniverso se convierten en las leyes del universo que lo contiene. Cada universo incuba a otro universo. Las leyes del miniuniverso no son aplicables dentro el universo más grande, teniendo éste sus propias leyes. Cada universo tiene su propio espacio, tiempo, materia y un conjunto de leyes físicas. Quizá exista una infinita jerarquía de universos, cada uno contenido dentro del otro, cada uno con sus propias leyes. Burbujas dentro de burbujas dentro de burbujas.

La constante gravitacional es inversamente proporcional al tamaño, masa y edad de la burbuja. La constante de Planck varía de universo en universo. Algunas burbujas pueden contener masas infinitas, es decir, infinitas burbujas; pero cada burbuja debe ser de un orden de infinidad más pequeño que la burbuja que lo contiene. Es aplicable aquí el concepto matemático de una jerarquía de infinitos anidados [556, 652]. En nuestro universo, a medida que las galaxias llegan a la velocidad de la luz, de una a otra experimentan una contracción relativa, adelgazándose cada vez más, de modo tal que es posible guardar un infinito número de galaxias en un volumen finito. Como lo indica la teoría general de la relatividad, el volumen en sí es meramente un área de curvatura dentro de la burbuja. Cuando la curvatura es suficientemente grande en dirección positiva tenemos un agujero negro, el cual es una salida directa del miniuniverso al universo más grande que lo contiene - un estallido de la burbuja. Cuando la curvatura es suficientemente grande en dirección negativa, tenemos una entrada del universo más grande al universo más chico. Esta área de una curvatura altamente negativa es un cuasar, o un "agujero blanco". Es muy probable que los cuasares se encuentren en la periferia de la burbuja y representan una perforación externa de la burbuja. Estos producen más energía de la que puede contener el universo más pequeño, debido a que representan una corriente de energía proveniente de un universo más energético y más grande a uno más pequeño y menos energético. Eventualmente toda la materia de un universo está formada totalmente de cuasares y agujeros negros y el universo se encuentra completamente abierto hacia y desde el universo más grande. Ha cesado de existir.

Aunque los cuasares y los hoyos negros son inestables, dentro del universo más grande los cuasares juegan el rol de protones y los agujeros negros juegan el rol de electrones, o son alguna otra analogía de las partículas elementales, ninguna partícula elemental de cualquier universo es estable, siempre están derrumbándose, ya sea por dentro o desde afuera. Las burbujas se abren desde afuera y desde adentro y se juntan con otras burbujas para crear una variedad infinita de universos.

Dentro de cualquiera burbuja se están formando nuevas burbujas. La frecuencia de la formación de burbujas cambia con el tiempo, ya que las relaciones entre las constantes físicas cambian al cambiar sus valores. Los mini "Big Bangs" dentro de nuestro universo no son las supernovas sino la creación de los cuasares. Los protones y electrones en nuestro universo están siendo generados de los cuasares. Los fenómenos cuánticos son el resultado de las perforaciones aleatorias de las entradas desde y hacia los universos. Estos fenómenos son fortuitos por estar determinados parcialmente por fuerzas externas a nuestro universo que no podemos predecir o controlar. Estas fuerzas son "variables ocultas", fuera de nuestro tiempo y espacio. Dentro de cualquier universo existe la burbuja lo más pequeña posible. En el nuestro, la más pequeña burbuja posible es un cuantum de energía.

Todo lo anterior es mera especulación y puede tener inconsistencias lógicas que pudieran manifestarse por la incapacidad de este modelo cósmico para hacer predicciones correctas. Si el modelo es correcto, se puede derivar de él una teoría del campo unificado. Sin embargo, la principal razón de esta especulación cósmica no fue el obtener un modelo correcto, sino mostrar los procesos mentales por los que se tiene que pasar para crear nuevos modelos, siendo éstos necesarios para lograr que todos los hechos existentes sean consistentes, para luego poder predecir nuevos hechos. Por ejemplo, este modelo predice que los cuasares están realmente a distancias cósmicas y que deben ser más comunes a tales distancias. De hecho, entre más lejos observemos, podremos encontrar más cuasares. El hecho de que la densidad observada de cuasares comienza a disminuir a los 8 billones de años luz se debe al desplazamiento rojo, que los hace cada vez más difíciles de observar, hasta que son invisibles a los 15 billones de años luz. Los cuasares son los puntos más importantes en donde la materia esta creándose, pero no son los únicos. Esto explica porqué son tan energéticos. En el momento de nuestro "Big Bang" local nuestro universo era un cuasar gigante. La energía de este "Big Bang" vino del universo más grande que nos contiene. Fue la ruptura de la tela espacio-tiempo la que creó nuestro universo con nuestras propias leyes. La burbuja comenzó a expandirse desde adentro por nuestras propias leyes y desde afuera a través de subsecuentes cuasares más pequeños. Eventualmente, nuestro universo consistirá enteramente de cuasares y de agujeros negros en una interacción dinámica, gobernada por las leyes del universo más grande que contenga a nuestro mini-universo. Volveremos a ser como éramos antes, materia dentro de un universo más grande.

Como mencionamos anteriormente, el cosmólogo Stephen Hawking ha estimado que los agujeros negros son inestables y eventualmente explotarán, luego de períodos mucho más largos que la actual edad del universo. Hasta los protones y neutrones parecieran ser inestables. A la larga, nada se mantiene igual y eventualmente, todo se transforma en otra cosa. Por lo tanto, vemos a nivel cósmico un patrón de galaxias, cuasares y agujeros negros, unidos en un sistema para formar parte integral de sistemas mucho más grandes y más complejos. En un micro nivel, vemos el mismo patrón, donde los quarks, electrones y protones se juntan en un sistema para formar nuestro miniuniverso local. Entre estos existe un espectro completo de evolución física, química, biológica y psicológica. Puesto que no existe una burbuja menos grande que un cuantum de energía, nuestro universo puede estar cerca del final de una escala evolutiva cósmica que se extienda hacia el infinito. Para poder contemplar el lugar que ocupa la humanidad en el esquema cósmico y entender mejor el proceso total de la evolución hay que rastrear el proceso que nos llevó desde la materia hasta nosotros. Este proceso nos llevará de nuevo a consideraciones cósmicas en el capítulo 5 en el que analizaremos otro modelo cósmico basado en los aspectos más profundos de la mecánica cuántica. Lo macro y lo micro están entrelazados en un todo coherente dentro de la jerarquía infinita de todos los universos que han existido y que existirán.

 
La Perspectiva Evolucionaria

Todos los modelos cósmicos son altamente especulativos. Si observamos estos modelos, comenzando con el Génesis de la Biblia y terminando con el modelo del orden constante de Hannes Alfven [10], vemos que todos tuvieron que ser alterados radicalmente a medida que se fueron descubriendo nuevos hechos. Sin embargo, cada uno de los modelos tiene cierto nivel de verdad y de significado y hace predicciones únicas. El Génesis tiene aún relevancia si interpretamos la Biblia figurativa y no literalmente. Muchos teólogos modernos utilizan esta interpretación figurativa, incluyendo algunos de la iglesia católica. Hay que recordar que la Biblia es una narración antigua de la realidad escrita por hombres imperfectos, no por un Dios perfecto. Desde entonces, pueden haber sido introducidas muchas distorsiones a través de copias imperfectas y traducciones aún más imperfectas. La secuencia cronológica del Génesis concuerda estrechamente con los mejores cálculos científicos y los seis días de la creación pueden ser considerados como seis épocas. El hombre hecho de barro y la narración del Jardín del Edén pueden ser interpretados como que el hombre evolucionó a partir de la materia, convirtiéndose primero en animal para finalmente llegar a ser humano (un ser ético). El dejar el Jardín del Edén, no fue una "caída" sino un ascenso para asumir responsabilidades éticas para nuestra propia evolución, en vez de ser la mascota obediente de un Dios despótico.

Posteriormente mostraremos que la humanidad tiene una comprensión intuitiva e inconsciente de la evolución por ser parte integral de ella. El universo parece tener una estructura holográfica en la cual cada parte refleja la totalidad. Podemos percibir la evolución directamente puesto que podemos percibir directamente nuestra propia existencia. Esta percepción directa de sí mismo en un contexto evolutivo se expresa en la religión y en el arte. Hay diversas maneras de integrar el conocimiento inconsciente en una síntesis simbólica consciente. Mostraremos esto dentro del contexto de la evolución psicosocial. Por ahora sólo es necesario indicar que el modelo evolucionario es una parte esencial de ser humano. Como en el caso de los adeptos religiosos, todos especulamos acerca de la evolución o aceptamos la especulación de los otros.

Los modelos sobre la evolución de las estrellas son más firmes y menos especulativos que los modelos sobre la evolución cósmica. Podemos observar de cerca nuestra propia estrella, el sol, y hacer experimentos de laboratorio, como en el caso de la fusión nuclear, que puedan probar nuestra hipótesis acerca de la evolución estelar. Sabiendo como evolucionan las estrellas es fácil explicar como evolucionan los planetas.

 
La Evolución de los Planetas

Las estrellas evolucionan del colapso gravitacional de una nube de hidrógeno, helio y otros elementos. Recientemente ha habido una unificación entre la teoría de la física de las partículas y la cosmología del "Big Bang"; la cual predice que en el tiempo del "Big Bang" el 25% de toda la materia fue convertida en helio a partir del hidrógeno primario y el 75% quedó como hidrógeno. Esto aporta evidencia a favor de la cosmología del "Big Bang", aunque el mismo resultado se puede obtener suponiendo que cada galaxia comienza como un mini "Big Bang" desde un agujero blanco y parte del hidrógeno se convierte en helio.

A medida que el sol se condensa en una nube densa por medio de la gravedad comienza a girar, como resultado de la conservación del momentum angular. Resulta bastante sencillo comprender la dinámica de una nube de gas que se condensa por la gravedad y sus resultados son fácilmente predecibles. El sol rota aún más rápido a medida que la nube se condensa. La fuerza centrífuga hace que tome la forma de un disco similar a una galaxia. Luego comienzan a formarse anillos en las partes externas del disco y se forma en el centro un núcleo esférico rotatorio por transferencia del momentum angular hacia los planetas, a través de campos electromagnéticos como en una galaxia, esto fue predicho por Hannes Alfven. Una analogía de esto es el planeta Saturno. (Nótese que Júpiter, Urano, y Neptuno también tienen anillos). Los anillos por sí mismos son inestables, dividiéndose en nuevas formas esféricas, chocando unos con otros. Si estas esferas tienen suficiente masa se convertirán en estrellas y tendremos un sistema múltiple de estrellas, tal como abundan en el universo. Si las esferas son más pequeñas que el tamaño crítico, entonces se convertirán en cometas, asteroides, planetas o satélites como la luna.

Los planetas más grandes, como Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno, tendrán suficiente campo gravitacional para retener una parte de su atmósfera de hidrógeno y helio, aunque, la mayoría de esta atmósfera se perderá en el espacio, al igual que la de los planetas más pequeños. Sin embargo, el hidrógeno unido químicamente se retiene como en el H₂O. En los planetas más pequeños, como Marte, hasta el H₂O en su forma disociada se pierde eventualmente debido a su débil gravedad. Si Marte hubiese sido un poco más grande, sería un planeta como la Tierra, ya que está dentro de la ecoesfera del sol [400].

El planeta más grande, Júpiter, es casi una estrella que no logró evolucionar. Irradia más energía de la que recibe del sol, pero no tiene suficiente masa para generar una reacción nuclear ni siquiera en su núcleo. La energía radiante de Júpiter se debe probablemente a un lento colapso gravitacional, pero, es demasiado chico para ser un enano café. Este planeta tiene una atmósfera de moléculas bastante complejas. Sagan ha estimado que Júpiter tiene una mayor probabilidad de engendrar vida dentro de su atmósfera (no en su superficie) que cualquier otro planeta, a excepción de la Tierra [705].

El sacar hipótesis acerca de la evolución de la vida en planetas muy distintos a la Tierra, a pesar de ser un ejercicio sumamente interesante y especulativo, no es necesario para nuestro objetivo de desarrollar un modelo generalizado del proceso evolutivo. Sólo hay que asumir que la evolución puede ocurrir en cualquier planeta semejante a la tierra y percatarnos de que es enorme el número de planetas de este tipo en nuestra galaxia, ya que por lo menos hay 100 millones de estrellas similares al sol [676, 705]. En cualquier planeta semejante a la Tierra, que gire alrededor de una estrella como el sol, la evolución química es hasta cierto punto una consecuencia natural de las leyes químicas.

 
La Evolución Química

Todos los elementos básicos que se encuentran en la tabla periódica evolucionan a partir de los nucleones que conforman el hidrógeno. Los nucleones (1) están siendo creados continuamente como una función del tiempo, espacio y materia (modelo del orden constante), (2) fueron creados en un punto determinado en el tiempo y en el espacio ("Big Bang"), o (3) siempre han existido y siempre existirán en un universo infinito o finito (modelo del orden constante de Hannes Alfven [10]). Cuando existe una masa suficiente de elementos para crear el sistema solar, el resto del proceso evolutivo continúa en forma directa e inexorable. Podemos especular sobre la evolución cósmica o sencillamente decir que no sabemos y quizás nunca sabremos sobre el origen y destino del tiempo, espacio, materia y leyes naturales. Por ahora las tomamos como algo dado y luego volveremos a ellas dentro del contexto del futuro evolucionario de la humanidad.

La evolución cósmica implica que las partículas elementales se organizan en átomos y eventualmente en galaxias, estrellas y planetas. Este proceso es predecible y puede ser determinado por la existencia de la energía y las leyes naturales actuales. La evolución química requiere que los átomos se organicen en moléculas. Las moléculas se forman por la interacción de los electrones que circundan los núcleos de los átomos. Este proceso es básicamente electromagnético y parece ser completamente independiente de las fuerzas nucleares y de la gravedad. La evolución química es una característica de los planetas, pero, no está limitada a ellos. Las moléculas orgánicas básicas de la vida se formaron o ya existían, en la nube cósmica de la cual se condensaron el sol y los planetas. Estas moléculas se han detectado tanto en las nubes interestelares como en la atmósfera del sol [527] y puede que aún sean sintetizadas ahí [359, 360]. Sin embargo, la tierra en sus inicios proveyó un medio ambiente adecuado para todos los aspectos de la evolución química.

A medida que la Tierra se condensaba, el hierro, níquel y cobalto se hundieron hacia el centro de la nube formando el núcleo fundido de la Tierra; luego, los siguientes elementos más pesados como el silicón, aluminio, sulfuro, etc., se condensaron para formar la corteza de la Tierra. En este período los elementos eran sumamente reactivos y se combinaban en la atmósfera aún caliente con el oxígeno, hidrógeno y nitrógeno, formándose compuestos químicos como los silicatos de aluminio y las piritas, que actualmente forman la mayor parte de la superficie de la Tierra. A medida que la Tierra se enfriaba a 1,000°C, las moléculas de agua en forma de vapor comenzaron a condensarse a partir del oxígeno y el hidrógeno que se encontraban en la atmósfera superior más fría, precipitándose eventualmente en forma de lluvia, pero ésta se gasificaba en vapor tan pronto como la lluvia tenía contacto con la tierra caliente. Existe también otro modelo de acumulación que sostiene que los océanos se formaron principalmente por cometas acuosos que se estrellaron contra la Tierra. A medida que se desgastaron los cometas, los choques se hicieron menos frecuentes, aunque todavía los hay actualmente.

De todos modos se instauraron corrientes convexas entre la corteza solidificante caliente y la atmósfera turbulenta que contenía gases elementales y moléculas gaseosas de rápida formación como el H₂O, HCN, CO₂, CH₄, NH₃, etc. A medida que la Tierra se fue enfriando estas moléculas se estabilizaron y no se disociaron tan fácilmente en sus elementos por la acción de la corteza caliente. Las moléculas más pesadas comenzaron a concentrarse cerca de la superficie y a disolverse en océanos, los cuales se formaron una vez que la corteza alcanzó una temperatura inferior a los 100°C. Las moléculas más livianas de H₂ y He se perdieron en el espacio exterior. Los océanos eran más pequeños que los actuales, ya que gran parte del agua estaba aún en la atmósfera caliente. Las moléculas orgánicas pesadas y los estanques aislados de agua empezaron a formar un caldo concentrado, 25.000 años después de la solidificación de la Tierra.

Dentro de la atmósfera, las moléculas orgánicas más sencillas comenzaron a reaccionar bajo la influencia de la radiación ultravioleta y los relámpagos, formando moléculas más complejas y pesadas, que se concentraron al hundirse en el caldo. El proceso fue inducido por la acción catalítica de las arcillas inorgánicas. Las moléculas de oxígeno, altamente reactivas, fueron incorporadas casi totalmente en compuestos químicos con otros elementos, de modo que había muy poco oxígeno libre y consecuentemente nada de ozono, O₃, para proteger la tierra de la radiación ultravioleta. La Tierra tenía una atmósfera reductiva. La mayor parte de la superficie se mantendría relativamente inoxidada por cientos de millones de años. Hoy en día, estas condiciones pueden ser reproducidas en el laboratorio.

Si ponemos H₂O, O₂, C y N en un medio que se aproxime al de la tierra primitiva, obtendremos moléculas simples de CO₂, H₂, CH₄, NH₃, y HCN y, por supuesto, algunas cantidades residuales de los elementos originales. Estas moléculas son gases a la temperatura de la tierra prehistórica, pero son más pesadas que el H₂, y el He. Por lo tanto, fueron retenidas y concentradas por la tierra mientras que el H₂ y el He se perdía. Después de que la tierra se enfrió lo suficiente, comenzaron a formarse moléculas más complejas a partir de las más simples. Si hoy en día ponemos estas moléculas en un recipiente donde se reproduzcan las condiciones que prevalecían en la tierra pocos miles de años después de su formación y las sometemos a descargas eléctricas semejantes a los rayos, y las bombardeamos con rayos ultravioleta equivalentes a la luz del sol sin protección, se formarán espontáneamente los aminoácidos [527, 528].

Aquí tenemos otro paso en la complejidad de la estructura que ocurre automáticamente por las leyes químicas existentes bajo las condiciones de la tierra primitiva. Los aminoácidos son los bloques básicos de construcción que nos llevan a las proteínas, las que a su vez determinan la estructura física de todos los sistemas vivientes conocidos.

La evolución química sólo puede llegar hasta cierto punto por el mismo proceso por el cual se crean los aminoácidos. Eventualmente, las moléculas deben convertirse en autorreproductoras a fin de sostener una complejidad que va progresivamente en aumento. Esto es así debido a que la extrema complejidad molecular representa eventos raros e inestables. Las moléculas complejas se descompondrán espontáneamente en moléculas más simples a la temperatura ambiente, a menos que algún mecanismo esté desviando la reacción hacia otro camino. Darwin llamó a este proceso "selección natural".

 
Selección Natural

Las moléculas relativamente simples, como el ARN, tienen propiedades autocatalizadoras. Esto significa que estas moléculas sirven como plantillas por medio de las cuales las moléculas más simples son inducidas a organizarse en réplicas complementarias de la molécula original. Evidencia reciente indica que las arcillas inorgánicas contribuyen a este proceso. Esta no es una reproducción en el sentido normal de la palabra, ya que la molécula original no se ha dividido en dos o más copias de sí misma, sino que ha provocado la creación de copias complementarias de sí misma. Deben haber por lo menos dos copias complementarias. Con el ARN tenemos cuatro copias complementarias y una pequeña variante, el uracil, el cual es usado en el T-ARN. Sin embargo, es posible iniciar el proceso de selección natural una vez que existen las moléculas autocatalizadoras. Dado que existen varias especies de moléculas autocatalizadoras creadas espontáneamente a través de reacciones químicas determinantes, las moléculas que más efectivamente puedan catalizar copias de sí mismas se abastecerán de la mayor cantidad de moléculas más simples disponibles, a fin de hacer dichas copias mientras que las otras moléculas se disocian eventualmente en sus elementos constitutivos, los cuales a su vez son catalizados en copias por las moléculas más eficientes antes de que éstas a su vez se disocien. Eventualmente, cualquier medio ambiente contendrá sólo una especie de moléculas competitivas autocatalizadoras - la más efectiva para catalizar copias de sí misma - extinguiéndose todas las demás.

Sin embargo, las moléculas autocatalizadoras están constantemente cambiando su estructura química, por medio de bombardeos al azar de energía por elementos radioactivos, acción volcánica, rayos, luz ultravioleta, meteoritos, etc. La mayoría de estos cambios al azar provocará la disociación a la molécula haciéndola menos efectiva para autocatalizarse, esas mutaciones se extinguirán. Sin embargo, rara vez un cambio aumenta la eficacia autocatalizadora de la molécula; esta mutación reemplazará rápidamente a todas sus hermanas. Tenemos aquí un ejemplo de evolución por selección natural. Este tipo de evolución química ha sido modelado muy finamente por Manfred Eigen y asociados [217, 218, 219, 608].

La evolución por selección natural implica tres factores esenciales: reproducción, mutación y muerte. Esta última significa simplemente la desorganización de una entidad en sus componentes más elementales, como las moléculas complejas que se descomponen en moléculas más sencillas. Si estas no murieran, todos los compuestos químicos necesarios para formar nuevas moléculas estarían adheridos a las moléculas viejas, no pudiendo formarse nuevas moléculas. Si no existiera la mutación, no habría cambio y no podrían formarse moléculas nuevas y más efectivas. Si no hubiese reproducción, no habría un mecanismo para darle ventaja a una molécula sobre otra y la proporción de diferentes moléculas dependería únicamente de la probabilidad de que a partir de sus partes constituyentes se formara una molécula. Por lo tanto, los tres componentes deben estar presentes para que el sistema se desarrolle por selección natural.

Observemos que la evolución implica, de una u otra forma, que estructuras más sencillas se organicen en estructuras más complejas. Este proceso, determinado estrictamente por leyes físicas y químicas, es altamente predecible hasta llegar a las moléculas autocatalizadoras; una vez que estas son creadas, comienzan a operar factores aleatorios altamente impredecibles, determinados por las leyes de la mecánica cuántica. Las causas y los resultados de cualquier mutación son dudosas. Las mutaciones que aumentan la eficacia reproductiva de cualquier molécula son de las menos probables. Es como mezclar al azar las letras y símbolos en un diseño básico y reproducir un diseño mejor. Por lo tanto, la evolución por selección natural es un proceso por el cual se consolidan eventos altamente improbables que sobrevivan a eventos más probables. Representa una disminución monotónica en la entropía de un sistema.

 
Entropía

El concepto de entropía fue propuesto primero por Clausius en el siglo XIX para referirse a una propiedad de todos los sistemas cerrados por la cual éstos pierden su capacidad para efectuar trabajo útil. Otra forma de decir lo mismo es que son gradualmente transformados a su estado más probable. Boltzman formuló esta última teoría. Una tercera manera de describir la entropía es en términos de una disminución en la información coherente en un sistema. Entre mayor sea la información coherente en un sistema, menos es su entropía. Mientras más caótico y desorganizado es un sistema, mayor es su entropía. Esta perspectiva fue desarrollada por Claude Shannon a finales de los años 40 y es matemáticamente equivalente a las otras fórmulas de entropía. La extinción es el estado más probable de cualquier sistema que se desarrolla por selección natural, es decir, la desorganización del sistema en sus partes componentes. En el caso de las moléculas autocatalizadoras esto significa una ruptura de los componentes de estos sistemas en sus compuestos más simples. Experimentalmente observamos que en un sistema cerrado, por ejemplo, al exponer un matraz de vidrio a altas temperaturas, la mayoría de las moléculas estarán en un estado disociado. Todas las entidades están expuestas a la disruptiva fortuita de terremotos, explosiones solares, rayos cósmicos, meteoritos, radioactividad natural, volcanes y muchos otros fenómenos naturales no predecibles, es decir, eventos fortuitos que los desorganizan, aumentando su entropía.

La segunda ley de la termodinámica señala que la entropía total en cualquier sistema cerrado nunca disminuye. Podemos ver el concepto de entropía como (1) la falta de energía en un sistema para realizar trabajo útil o (2) el desorden total o aleatoriedad de un sistema. Por lo tanto, la segunda ley de la termodinámica aparentemente asegura que la evolución no puede ocurrir en un sistema cerrado. Sin embargo, la evolución es una realidad objetiva directamente observable. Sólo son discutibles los mecanismos mediante los cuales la evolución se da.

La evolución se refiere a (1) el aumento en la habilidad de un sistema para predecir y controlar su medio total, es decir, hacer un trabajo útil, (2) un aumento en la complejidad y el orden de un sistema, o (3) sencillamente la disminución de la entropía de un sistema, a veces expresada como el aumento en negentropía. Las moléculas autocatalizadoras aumentan su capacidad para predecir y controlar, que en su caso está limitada a producir progenie. En el proceso aumenta su complejidad y disminuye su entropía, como lo indican los estudios de Manfred Eigen y Lila Gatlin [281]. Generalmente, el concepto de complejidad no se maneja en forma precisa. Para nuestros propósitos veremos la complejidad de un sistema como una función directa de (1) el número total de componentes de un sistema, (2) el número de conexiones y relaciones diferentes entre los componentes, (3) el número de diferencias entre todos los componentes y conectores, y (4) cualquiera otra información en el sistema. Obviamente esta es una simplificación del concepto de complejidad.

El sol tiene aproximadamente 10⁵⁹ componentes, es decir, átomos de hidrógeno, pero existen relativamente pocas relaciones y conexiones entre ellos en forma de helio y elementos más pesados, no digamos moléculas. Las células vivientes más grandes no tienen más de 10¹² átomos. Sin embargo, las conexiones entre los átomos de la célula son mucho más numerosas que en el sol, por lo que la célula es más compleja que el sol. El contenido de información de una célula puede ser más grande que la del sol. La información y complejidad de un sistema de células como el de un ser humano sobrepasa al sol. Por lo tanto, si consideramos al sistema solar como un sistema cerrado, aunque la entropía del sol vaya claramente en aumento, no es obvio que la entropía de todo el sistema solar se esté incrementando. Esto es debido al gran aumento en la complejidad de la biomasa en general y de la especie humana en particular.

Si se sostiene la segunda ley de la termodinámica, esto significa que el sistema solar no está cerrado, tal como lo indica nuestra sección de cosmología; sino que esa energía organizadora y la información, se están sacando de otras partes del universo y está información contribuye al proceso evolutivo. La naturaleza de esta información organizadora extrasolar será discutida posteriormente. Por ahora sólo indicaremos que aunque la selección natural explique bastante acerca del proceso evolutivo, no necesariamente lo explica todo. El darwinismo, en todas sus formas, puede ser una descripción incompleta de este proceso. Existe evidencia de que la información puede aumentar más rápidamente que la entropía física, a pesar de que hay una correspondencia matemática de uno a uno entre la teoría de la información y los conceptos termodinámicos de la entropía.

Dado que un sistema tiene propiedades autocatalizadoras - es decir, reproducción, mutación y extinción- la evolución continuará mientras haya un suministro adecuado de energía e información y mientras la energía no sea tan disruptiva como para producir un porcentaje abrumador de mutaciones o extinciones nocivas (ver los trabajos de Lila Gatlin [281]).

Una mutación es dañina cuando disminuye la probabilidad del sistema autocatalizador para reproducirse, es decir, aumenta su entropía. El porcentaje de extinciones resulta excesivo al exceder el porcentaje de nacimientos hasta que la especie se extingue. La vida y la evolución química no pueden aparecer en el sol o en los planetas interiores (Venus y Mercurio) porque la energía es demasiado disrruptiva para permitir que se formen moléculas complejas por un período de tiempo significativo. En los planetas externos y sus lunas puede no haber la energía adecuada o las condiciones apropiadas para empujar la evolución contra la fuerza de la entropía. Como se dijo anteriormente, Júpiter y posiblemente Marte puedan ser excepciones [360]. La evolución por selección natural requiere de un equilibrio muy delicado en las tasas de mutación, extinción y reproducción, o no se producirá [245]. La existencia de agua líquida pareciera ser también una condición esencial. Alrededor de cualquier estrella existe una envoltura relativamente angosta, la "ecósfera", donde las condiciones para la evolución son adecuadas y se alcanza el equilibrio. (La ecósfera del sol se extiende desde la órbita de la Tierra hasta la órbita de Marte [400] ). Cuando se logra el equilibrio, la entropía es superada paso a paso.

 
La Escala de Jacob

"... he aquí una escalera que se apoyaba en la tierra y cuya cima tocaba el cielo" (Génesis 28:12)

El ascenso contraentrópico de la escala evolutiva comienza con las moléculas autocatalizadoras. Una vez que se formó la primera de estas moléculas en por lo menos un par complementario, ésta comenzó a reproducirse, mutarse y morir debido al azar de las fuerzas físicoquímicas prevalecientes en la tierra primitiva. La gran mayoría de las mutaciones aumentarían su entropía, dejando menos progenie. Sin embargo, por cada pocos billones de mutaciones fortuitas, una fue disminuyendo su entropía y volviéndose más eficaz en organizar y concentrar a las moléculas simples en copias de sí mismas. Cada vez que esto sucedía, sus descendientes reemplazarían a aquellos de sus hijos menos eficaces, logrando un paso más en la escala evolutiva. La segunda ley de la termodinámica seguía operando, pero de tal modo que los sistemas autocatalizadores menos eficientes, más entrópicos, se extinguían, mientras que los más eficientes, menos entrópicos, se multiplicaban. Al mismo tiempo las condiciones que producían las mutaciones, dándole ventaja a una molécula sobre la otra, estaban también cambiando. Por lo tanto, en la escala evolutiva los peldaños inferiores están siendo continuamente desmontados y utilizados para construir los peldaños superiores. Es posible subir, pero no se puede bajar sin caer en la entropía irreversible.

Se estima que el sol es ahora 60% más caliente que cuando la tierra se formó. Sin embargo, a medida que las moléculas orgánicas y el CO₂ en la atmósfera de la tierra se fijaron en las formas vivientes y se disolvieron en los océanos, decreció el efecto de invernadero; así que la Tierra pudo mantener una temperatura constante con un sol más caliente. Asombrosamente, la ecología de la tierra cambia para mantener una temperatura casi constante. Existe evidencia clara de que la temperatura de la tierra ha permanecido extraordinariamente constante en los últimos 4 billones de años (ver el trabajo de James Lovelock [935] ).

Con el tiempo, las moléculas autocatalizadoras que eran más eficientes en una etapa no pudieron sobrevivir o reproducirse en otra etapa. Sus elementos habían sido utilizados para crear el siguiente peldaño de la escala evolutiva para que continuara subiendo su progenie. Eventualmente se hizo necesario un nuevo tipo de reproducción, pues muchas de las moléculas orgánicas esenciales para la misma estaban atadas a las moléculas autocatalizantes con una creciente estabilidad y eficiencia.

Mientras hubieron moléculas orgánicas simples, es decir, numerosos nutrientes en el medio ambiente, una forma eficiente de reproducción fue catalizando copias complementarias a través de la acción de un patrón. Sin embargo, este tipo de reproducción se hizo cada vez más difícil a medida que el número de sistemas autorreproductores aumentaba y la concentración de nutrientes disminuía, teniendo los sistemas autorreproductivos que concentrar nutrientes.

Aunque no haya suficiente concentración de nutrientes en algún punto particular del espacio y el tiempo para que una molécula autocatalizadora se reproduzca, si logra absorber estos nutrientes y almacenarlos, eventualmente podrá tener suficientes nutrientes para dos copias de sí misma. La polimerización es la forma en que las moléculas pueden crecer casi ilimitadamente. Por lo tanto, en un sistema que está evolucionando por selección natural, la molécula utiliza la propiedad autocatalizadora para extenderse en ambos extremos de un solo sistema, dividiéndose únicamente en dos, y sólo dos partes. A su vez, estas dos partes se agrandan, se separan y el ciclo se repite. Estos sistemas que se reproducen creciendo y dividiéndose por polimerización son menos estables que las moléculas autocatalizadoras más simples. Por lo tanto, tendrán una tasa más alta de muertes y mutaciones. Es menos probable que éstas existan al comienzo del proceso evolutivo en competencia con las moléculas autocatalizantes. Sin embargo, tienen una eficiencia reproductiva más alta en un medio en donde escasean los nutrientes. Hoy en día conocemos dos grandes tipos de moléculas que tienen algunas de las propiedades de estos polímeros autoreproductivos tempranos; son las proteínas y los ácidos nucleicos.

 
Proteínas y Acidos Nucleicos

Las proteínas son polímeros formados a partir de los aminoácidos, los cuales como ya hemos visto, fueron sintetizados y concentrados espontáneamente en las condiciones de la tierra primitiva Las proteínas forman polímeros bastante estables, siendo catalizadores eficaces, pero, requieren de condiciones más especiales para reproducirse que los ácidos nucleicos y tienen una menor tasa de mutación.

Los ácidos nucleicos tienden a formar polímeros relativamente inestables, pero son reproductores muy eficientes y fácilmente mutables. El hecho de que las proteínas y los polímeros de ácidos nucleicos utilicen nutrientes diferentes, significa que pudo coexistir y evolucionar paralelamente. No son competitivos. Más importante aún, pueden formar sistemas simbióticos.

 
Simbiosis

La simbiosis es un proceso por medio del cual dos sistemas autorreproductivos, diferentes, se organizan en un sistema compuesto tal que aumenta la eficacia de reproducción para ambos. Como se demuestra en los trabajos de Manfred Eigen [217], un proceso evolutivo basado solamente en proteínas o solamente en ácidos nucleicos, es termodinámicamente menos efectivo, que uno basado en la simbiosis de proteínas y ácidos nucleicos. Por lo tanto, es probable que una vez iniciada la evolución por crecimiento y división, pronto ésta estuviera basada en los sistemas simbióticos de proteínas y ácidos nucleicos.

Estos pueden haberse formado por la captura espontánea de ácidos nucleicos dentro de las esferas de las proteínas. Muchas proteínas en el agua, espontáneamente se forman en esferas huecas bajo condiciones probablemente similares a las de la tierra primitiva. La mayoría de estas esferas hubiesen sido incapaces de sobrevivir. Sin embargo, una vez que se formaron las proteínas adecuadas y los ácidos nucleicos adecuados comenzó un proceso simbiótico. Este es el punto más cercano al verdadero comienzo de la vida. De hecho, estos procesos hubiesen comenzando espontáneamente si en alguna región se hubieran juntado las proteínas y ácidos nucleicos adecuados. Sin embargo, esto fue poco probable ya que las condiciones para su síntesis son diferentes. Una vez que empezaron a interactuar simbióticamente su concentración aumentaría teniendo una mayor probabilidad de que una esfera proteica atrapara al ácido nucleico adecuado, formándose una protocélula. La interacción simbiótica de proteínas y ácidos nucleicos para crearse unos a otros, y por lo tanto, crear vida como un epifenómeno, es conocido como autopoiésis" "(autocreación) [381], según los científicos chilenos Francisco Varela y Humberto Maturana [796].

 
Las Protocélulas

Las funciones de las proteínas y los ácidos nucleicos en las células vivas están claramente divididas. Los ácidos nucleicos están a cargo de guardar, transferir y reproducir toda la información, mientras que las proteínas están a cargo de formar estructuras y de catalizar reacciones químicas. Los ácidos nucleicos (ARN) están organizados en ADN. Las moléculas de ADN dentro de cada célula contienen toda la información para estructurar cualquier criatura viviente, ya sea una ameba o un ser humano. Esta división de funciones no podría haber sobrevivido bajo la presión de la selección natural si hubiesen evolucionado aisladamente, una de la otra. Como hemos visto, esta evolución aislada pudo haber precedido a la evolución simbiótica. Por lo tanto, estos complejos polímeros autorreproductivos, las protocélulas, precursoras de todas las células vivientes, deben haber sido muy diferentes de las proteínas existentes del ADN o de las células vivas.

Podemos imaginarnos, pero aún no podemos crearlo, un polímero con propiedades a la vez proteicas y de los ácidos nucleicos. Termodinámicamente, si la molécula estuviese bajo selección natural sería más eficiente que se diferenciaran las funciones de los ácidos nucleicos y las de las proteínas. Por lo tanto, puede ser que al principio la protocélula era una molécula indiferenciada con las propiedades de las proteínas y los ácidos nucleicos. Más tarde, esta molécula se diferenció en un sistema de moléculas distintas, que trabajaban simbióticamente (pares complementarios) hasta convertirse en una célula viva. Sin embargo, por razones dadas en el capítulo 5 este no parece ser el caso. Todo patrón de la evolución del universo parece estar basado en la autopoiésis entre pares complementarios de entidades como protones y electrones, proteínas y ácidos nucleicos, o machos y hembras. Cuando sucede esta interacción autopoiética se añade una dimensión completamente nueva a la evolución. A esta nueva dimensión que fue agregada a la materia por la autopoiésis la llamamos "vida".