Justo AznarInstituto de Ciencias de la VidaUniversidad Católica de ValenciaAbril 2016

Sobre el origen del Universo y la existencia de Dios

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Permítanme que antes de entrar de lleno en el tema, haga primero una pequeña digresión personal. Cuando empecé a reflexionar sobre el origen del universo y la existencia de Dios, me di cuenta que mis conocimientos sobre Física teórica, necesarios para entender algo sobre esos instantes iniciales de nuestro mundo material, eran absolutamente insuficientes para poder profundizar en lo más elemental sobre lo que estaba estudiando. Por ello, pensé que era necesario ampliar mis pequeños saberes en esta área del pensamiento, no con el ánimo de ser un experto en ello, cosa por otro lado imposible para mí, sino para tratar de adquirir los conocimientos básicos necesarios para poder ir entendiendo, si eso era factible, algo relativo al origen y naturaleza de nuestro universo y especialmente del Big Bang, y sobre todo a los momentos anteriores a él, todo ello dirigido a tratar de intuir qué papel, si es que existió, pudo jugar Dios en la creación de nuestro mundo

Temas a tratar• Constituyentes de la materia

• Fuerzas que unen las partículas

• Teorías del mundo subatómico

• El Big Bang y las primeras etapas del desarrollo del Universo

• Formación de las primera partícula de materia

• Propuestas para tratar de explicar la creación de la primera partícula de materia

• El Universo infinito

• Reflexión final

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Constituyentes de la materia

Constituyentes de la materia

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Hasta principios del siglo XX se creía que la materia estaba constituida, en su estructura elemental, por átomosSin embargo, pronto se comprobó que el átomo estaba formado por tres partículas elementales: protones, neutrones y electronesAhora se conoce que tanto neutrones como protones están constituidos por otras partículas más elementales, los quarks

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Constituyentes de la materiaFormación de Protones, Neutrones y Átomos a partir de Quarks

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• Existen seis tipos de quarks agrupados en tres parejas• Solamente la primera pareja es estable y contribuye a la formación de protones y neutrones• Las otras dos parejas son inestables se desintegran con rapidez y no forman parte de la materia ordinaria del universo• Todos tienen masa• El quark cima es el de mayor tamaño

ARRIBAUP ENCANTO CIMA

ABAJODOWN EXTREMO FONDO

Constituyentes de la materiaTipos de Quarks

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Constituyentes de la materiaLos Quarks se hallan siempre confinados

• No pueden existir aislados

• Siempre están agrupados en partículas mayores

• Se ha sugerido que los quarks se mantienen unidos en su confinamiento por la existencia de «cuerdas elásticas»

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Los protones pueden ser esféricos, lobulados o esféricos de radio variable dependiendo del estado de excitación en que se encuentran

Constituyentes de la materiaDistintas formas de los Protones

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Constituyentes de la materiaEspuma cuántica

Masa indeterminada formada por quarks, antiquarks y gluones que aparecen y desaparecen dando lugar a una estructura nuclear muy inestable

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Constituyentes de la materiaLeptones

Además de los quarks se van conociendo otros tipos de partículas entre ellas los leptones a los que pertenecen los electrones y neutrinos

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ELECTRÓN MUON TAU

NEUTRINOELECTRÓNICO

NEUTRINOMUONICO

NEUTRINOTAUONICO

En la familia de los leptones se incluyen seis partículas agrupadas en tres parejas

Constituyentes de la materiaLeptones

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• Después de medio siglo desde su descubrimiento los neutrinos siguen siendo unos grandes desconocidos

• No poseen carga eléctrica • Tienen una masa ínfima • Apenas interaccionan con la materia • Muy difíciles de detectar: «partículas fantasma»

Constituyentes de la materiaNeutrinos

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• Los neutrinos pueden metamorfosearse fluctuando su identidad dando lugar a tres variedades o sabores: los neutrinos electrónicos, muónicos y tauónicos

• También se ha sugerido la existencia de una nueva partícula «el neutrino estéril» que solo puede ser detectado por medios indirectos

Constituyentes de la materiaNeutrinos

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• Todas las partículas del modelo estándar tienen su correspondiente antipartícula con carga eléctrica idéntica pero opuesta

• El electrón tiene una carga de -1 y su antipartícula, el positrón de +1

Constituyentes de la materiaAntipartículas

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Fuerzas que unen las partículas

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TIPO DE FUERZA PARTÍCULA QUE LA SUSTENTA

CARACTERÍSTICAS

Gravitatoria

Electromagnética

Fuerza nuclear fuerte

Fuerza nuclear débil

Gravitón

Fotones

Gluones

Z y W

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No poseen masa. Su fuerza disminuye a medida que las partículas se alejan unas de otras

No poseen masa. Sirven para ligar los quarks dentro del núcleo atómico. Su fuerza aumenta a medida que las partículas se alejan unas de otras. No actúan fuera del núcleo atómico

Poseen masa

Fuerzas que unen las partículasFuerzas del mundo subatómico

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Fuerzas que unen las partículasQuarks unidos por gluones

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GLUON

BOSÓN DE HIGGS

FOTÓN

BOSONES Z Y W

Son las partículas correspondientes a las fuerzas del mundo subatómico

Fuerzas que unen las partículasBosones

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Fuerzas que unen las partículasBosón y campo de Higgs

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Fuerzas que unen las partículasBosones

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El descubrimiento del bosón de Higgs se logró cuando se puso en marcha el Gran Colisionador de Hadrones un túnel de 27 kilómetros

Fuerzas que unen las partículasGran Colisionador de Hadrones

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Fuerzas que unen las partículasGran Colisionador de Hadrones

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Teorías del mundo subatómico

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• Mecánica cuántica

• Modelo estándar

• Teoría de cuerdas

• Supersimetría

• Supersimetría oscilante

• Teoría del todo

Teorías del mundo subatómico

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• Permite describir el universo a muy pequeñas escalas en las que no rigen las leyes físicas ordinarias

• Lo fundamental de ella es que determinó el carácter ondulatorio de la materia

• Además introduce el concepto de partículas simétricas, es decir de las antipartículas

Teorías del mundo subatómicoMecánica Cuántica

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• Es una de las teorías más completas que ha producido la física moderna

• Combina la mecánica cuántica con la teoría general de la relatividad

• También las fuerzas que las cohesionan y el posterior desarrollo del universo

• Resuelve gran parte de los problemas de las partículas que estructuran la materia, excepto la gravedad

Teorías del mundo subatómicoModelo estándar

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• La fundamental es que no responde a las preguntas del por qué de las características de la materia

• Determina que existen tres tipos de leptones pero no resuelven la pregunta de porqué existen más o menos

• ¿Por qué tienen esa masa y no otra?

Teorías del mundo subatómicoDificultades del modelo estándar

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• Para trata de definir una teoría que incluyera la fuerza gravitatoria se propuso la teoría de cuerdas

• Lo fundamental es que establece que no existen partículas puntuales sino cuerdas que pueden vibrar

• Las distintas partículas serían diferentes estados vibracionales de las cuerdas

• Es una teoría de alta complejidad matemática

• Aunque no es una teoría acabada se la considera la más ambiciosa y completa que ha producido la física moderna

Teorías del mundo subatómicoTeoría de cuerdas

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Teorías del mundo subatómicoDificultades de la Teoría de cuerdas

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•Al aplicarla aparecen partículas no descritas todavía en la naturaleza

•No se ha podido comprobar experimentalmente

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Teorías del mundo subatómicoTeoría de cuerdas

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•La supersimetría asigna a cada partícula una pareja supersimétrica a ella

• La supersimetría constituye una bella solución para algunos de los problemas que se plantean a la física teórica ya que puede dar respuesta a preguntas tan interesantes como

•¿Por qué las partículas elementales tienen la masa que tienen?

•¿Por que las interacciones fundamentales presentan las intensidades que presenta

•¿Por qué el universo es como es?

Teorías del mundo subatómicoSupersimetría

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La supersimetría presenta determinadas limitaciones que se han denominado «anomalías» que fundamentalmente implican que ciertas simetrías presentes en los limites del sistema clásico desaparecen el sistema cuántico

Teorías del mundo subatómicoLimitaciones de la Supersimetría

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Teorías del mundo subatómicoSupercuerdas oscilantes

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• En esta teoría se propone que las partículas serían cuerdas que oscilarían en supercuerdas de un espacio de más de tres dimensiones

• Aunque por el momento dichas dimensiones son demasiado pequeñas para ser detectadas

• Las oscilaciones de las supercuerdas darían lugar a las distintas partículas

Teorías del mundo subatómicoTeoría del todo

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• La teoría del todo trata de unificar la interacción gravitatoria con las otras tres interacciones fundamentales

• Debería ser capaz de unir todas las interacciones fundamentales en un solo modelo matemático

El Big Bang y las primeras etapas del desarrollo del Universo

• Para explicar el Big Bang es necesario apoyarse en las observaciones de Edwin Hubble que comprobó que las galaxias se van alejando unas de otras aumentando la velocidad de separación a medida que se van distanciando

• Pero este proceso de separación si se volviera hacia atrás como rebobinándolo se podría ver que las galaxias se irían acercando cada vez más unas a otras hasta encontrarse en un punto de materia inicial, el «átomo primigenio», como le llamó Lemaître, que en un determinado momento explotó para dar origen al universo

• Así nació la teoría del Big Bang, a la que siguió la expansión de la materia por el empuje de esa explosión originaria

El Big Bang y las primeras etapas del desarrollo del universo

Big Bang

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El Big Bang y las primeras etapas del desarrollo del universo

Big Bang

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• Las primeras fracciones de segundo tras el Big Bang presentaron una actividad frenética repleta de eventos tan variados como trascendentes

• Desde ese momento se sucedieron las distintas etapas evolutivas que llevaron a la aparición de las estrellas, del sol, de los planetas, de nuestra tierra y finalmente de la vida que llena nuestro mundo

Formación de las primeras partícula de materia

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• Hasta aquí nos hemos referido al Big Bang y al posterior desarrollo del universo

• ¿Pero como se formó esa primera partícula de materia de densidad y temperatura infinitas?

• Para entenderlo es necesario introducir la noción de equivalencia entre materia y energía

Formación de las primeras partículas de materiaFormación de los primeros atisbos de materia

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• Viene expresada por la formula E= mC2

que da fundamento a la teoría de la relatividad general y al concepto de mecánica cuántica

• La gran aportación de Einstein fue definir que materia y energía son dos manifestaciones de un mismo fenómeno

Formación de las primeras partículas de materiaEquivalencia entre materia y energía

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Formación de las primeras partículas de materiaFormación de los primeros atisbos de materia

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• A partir de un mar de energía infinita se pudieron formar los primeros indicios de materia como consecuencia de sus fluctuaciones de estado

• Se puede pensar que la materia surgió en un vacío cuántico en el que únicamente existía energía

• Siguiendo a Jean Guitton se podría pensar que justo antes del Big Bang un chorro de energía inconmensurable fue trasladado al vacío inicial lo que generó «una fluctuación cuántica primordial»

• En ese momento el universo no era más que un campo de fuerzas sin ningún contenido de materia dentro de un mar de densidad y temperaturas cuasi infinitas formado por partículas subatómicas en efervescencia

• Las condiciones eran tan extremas que ni siquiera estas partículas podrían sobrevivir durante fracciones de tiempo infinitamente pequeñas

Formación de las primeras partículas de materiaFormación de los primeros atisbos de materia

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• Tan pronto como algunas partículas se agrupaban para formar otra de masa superior las radiaciones y colisiones de dichas partículas eran tan extremas que propiciaban que las partículas se unieran y desaparecieran como si ese universo original fuera un inmenso acelerador de partículas

• En él las cuatro interacciones fundamentales no se habían todavía definido estando unificadas en una sola «fuerza universal»

• En ese momento y a partir de ese mar de energía se pudieron producir los primeros indicios de materia origen de nuestro universo

• Pero sigue sin poderse dar una explicación científica a como pudo originarse ese mar de energía infinita existente previamente al Big Bang

Formación de las primeras partículas de materiaFormación de los primeros atisbos de materia

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TIEMPO TAMAÑO TEMPERATURA CONSECUENCIAS

A los 10 -43 segundos 10-33 cm 10 32 C Las teorías físicas que conocemos en ese momento no regían

ERA INFLACIONARIA

Entre -10-35 y 10-32 El tamaño del universo se expandió 50 veces

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A los 10-11 segundos ------------  -----------

A partir de una fuerza única, la «fuerza universal» surgieron las 4 fuerzas fundamentales que regulan la cohesión de la materia

Entre los 10-11 y los 10-5   

Los quarks se asociaron para formar protones y neutrones 

Formación de las primeras partículas de materiaPrimeras etapas del desarrollo del Universo

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Propuestas para tratar de explicar la creación de la primera partícula de materia

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• “Puesto que hay una ley universal como la de la gravedad, el universo pudo ser y fue creado de la nada”

• “No necesitamos invocar a Dios para entender las ecuaciones y poner el universo en marcha”

El gran diseñoStephen Hawking y Leonard Mlodinow

Propuestas para tratar de explicar la creación de la primera partícula de materiaLa partícula inicial se habría formado a partir de la gravedad

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• Cuesta entender en qué sentido la existencia de la gravedad es el fundamento de la formación de la primera partícula de materia ya que las leyes en sí no crean nada

• Las leyes de la naturaleza no causan nada, no crean nada son un resumen o explicación de lo que sucede en el universo

• Pero además ¿de donde surgieron inicialmente esas leyes?

Propuestas para tratar de explicar la creación de la primera partícula de materiaDificultades de la propuesta de Stephen Hawking y Edward Mlodinow

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• Si Hawking y Modlinow sustentan que la respuesta a la pregunta de quién o qué creó el universo es la «ley de la gravedad» lo único que habrían hecho es derivar la cuestión para preguntarse quién creo esa ley de la gravedad

Propuestas para tratar de explicar la creación de la primera partícula de materiaDificultades de la propuesta de Stephen Hawking y Edward Mlodlinow

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El Universo infinito

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• En relación con el desarrollo y evolución del universo se han propuesto dos teorías:

–El universo en expansión continua

–Y el universo que se expande y se contrae continuamente

Teoría de la expansión y contracción infinita del Universo

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El Universo infinito

El Universo infinitoTeoría de la expansión y contracción infinita del Universo

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Los tres primeros minutos del universoStephen Weinberg

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El Universo infinitoTeoría de la expansión y contracción infinita del Universo

Si esto fuera así se solucionaría el problema del Génesis

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El Universo infinito

• Sin embargo, el propio Weinberg plantea a la existencia de un universo infinito una seria dificultad teórica, al afirmar que en cada ciclo de expansión y contracción la cantidad de fotones en relación a las partículas nucleares, aumenta ligeramente, que ocurre a medida que el universo se expande y contrae. Por ello, opina, que el universo tendría, tras cada nuevo ciclo, una proporción mayor de fotones que de partículas nucleares. En el momento actual dicha proporción es muy grande, pero no infinita, cosa que ocurriría si el universo pudiera expandirse y contraerse un número infinito de veces

• Ello invalidaría físicamente la teoría de la expansión y contracción continuas e infinitas

Dificultades propuestas por Weinberg a la Teoría del Universo infinito

• Pero, de lo que no cabe duda como el mismo Weinberg afirma, es que "el esfuerzo para comprender el universo es una de las pocas cosas que eleva la vida humana sobre el nivel de la farsa", comentando además que si hubiera algo en la naturaleza que apuntara hacia un Dios creador, tendrían que ser las leyes finales de la naturaleza, a las que Stephen Hawking se refiere como la «mente de Dios», y añade: «¿encontraremos en las leyes finales de la naturaleza un Dios?» si así fuera, «uno de los grandes logros de la ciencia habría sido, si no hacer imposible para la gente inteligente ser religioso, al menos hacer posible para ellos no serlo»

El Universo infinito

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Dificultades propuestas por Weinberg a la Teoría del Universo infinito

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• Se ha propuesto por Theodor Kaluza que existiera antes de nuestro universo otro con más de tres dimensiones y por Lawrence Krauss la redefinición de la nada

Theodor Kaluza Un universo de la nadaLawrence Krauss

Propuestas para tratar de explicar la creación de la primera partícula de materiaOtras teorías

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Reflexión final

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• Una característica del hombre inteligente y libre es hacerse preguntas

• Lo que Karl Popper denominó «preguntas fundamentales»

• Una consecuencia de su racionalidad es tratar de responderlas

Reflexión final

Preguntas fundamentales respecto a la creación del Universo

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Una característica del hombre inteligente y libre es hacerse preguntas, lo que Karl Popper denominó «preguntas fundamentales», y una consecuencia de su racionalidad es tratar de responderlas. Sin duda, en el orden de la categoría de esas preguntas hay una gradualidad, y en función de ello, la necesidad, o al menos el intento, de darles respuesta.Es cierto que se pueden plantear, que se nos plantean, muchas preguntas, pero pienso, sin temor a equivocarme, que hay una que trasciende a todas las demás, por las consecuencias que en nuestra vida presente o futura puede tener, y esa no es otra que la pregunta sobre la existencia de Dios.La ciencia, aunque muestra una gran capacidad de respuesta, no responde a esas «preguntas fundamentales», pues la «verdad científica es incompleta y solamente responde a penúltimas preguntas, la respuesta a las últimas hay que encontrarla en la filosofía y la teología».

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Sin embargo, para dar una explicación a los problemas que la ciencia no puede resolver, nunca habría que proponer la acción de Dios, ni a Dios mismo, como una solución para «cubrir, en palabras de McGrath, los huecos que deja la ciencia».Esta es la dificultad que, en otro orden de cosas presenta la teoría del «diseño inteligente» cuando se habla de la Evolución.En relación con el origen del universo, la gran pregunta que hay que plantarse es, y dado por admitido que ya se ha creado esa partícula material, de infinitésimo tamaño y densidad y temperatura infinitas, ¿qué había antes? ¿a partir de qué se creó ese «átomo primigenio» de Lemaître? Desde un punto de vista empírico no existe por el momento ningún fundamento científico para responder con evidencia experimental a dicha pregunta.

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Pero, además de todo ello, desde un punto de vista científico, uno de los mayores retos de la cosmología actual consiste en entender el Big Bang: la repentina y violenta emergencia del espacio, el tiempo y la materia, partir de un punto de densidad y temperaturas infinitas. En términos técnicos, a un punto con estas características se le ha denominado «singularidad», y con relación a él fallan todas las leyes de la física. Es decir, en el momento inicial existiría un universo sin reglas ni orden de ningún tipo. Por lo que, a partir de tales condiciones podría haber surgido cualquier realidad lógicamente posible, pues no hay ningún motivo para pensar que la «singularidad» tendría que haber dado lugar a un cosmos tan ordenado como el que hoy conocemos.

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Todo lo anteriormente expuesto plantea otra serie de preguntas, a mi juicio igualmente sin respuesta, ¿cómo se autodotó la «singularidad», ese punto material infinitamente pequeño y denso, de las tan espectaculares leyes que iban a regir el desarrollo del Universo? ¿y por qué esas leyes fundamentales se rijan por parámetros matemáticos tan exquisitamente exactos? En palabra de Paul Dirac se podría afirmar "que uno de los rasgos de la naturaleza es que las leyes físicas fundamentales se describen en términos de una teoría matemática de gran belleza y poder, y que para comprenderla se necesita una norma matemática muy elevada. Uno quizá pudiera resolver la situación afirmando que Dios es ese matemático de gran nivel, que usó una matemática muy avanzada al construir el universo".

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Otra gran pregunta es la que ya hemos formulado y que hace referencia a que habría bastado una pequeñísima variación de alguna de esas leyes fundamentales, para que nuestro universo, tal como actualmente lo conocemos, no hubiera podido constituirse, para que esa maravilla que ahora contemplamos y que nos causa asombro fuera, en caso de existir, un caos de energía y materia en el que no tuviera cabida la materia organizada y mucho menos la vida orgánica que dio origen a la existencia del hombre. Un cambio mínimo de una sola de las constantes universales hubiera conducido a la formación de un universo en el que no sería posible la vida.

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¿Pero cómo pudo originarse ese universo primigenio de leyes tan exquisitamente diseñadas? Para tratar de dar una repuesta a esta pregunta se podría pensar que este universo nuestro con esas leyes tan delimitadas podría haber nacido al azar, entre un sinfín de universos creados de entre los cuales, uno de ellos, aleatoriamente, pudiera estar dotado de dichas leyes. Sin embargo, esto es imposible que así hubiera ocurrido, porque, por un lado, no existieron infinitos universos del cual hubiera sobrevivido únicamente el más apto, el nuestro, sino que solamente se constituyó un único universo, dotado desde el principio de las maravillosas leyes que lo rigen, por lo que pienso que es materialmente imposible que nuestro universo hubiera surgido con estos tan precisos condicionamientos físicos si hubiera sido un producto del azar.

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Una última reflexión. Es cierto, que a los que creemos en un Dios creador nos pueda resultar difícil fundamentar científicamente su existencia; pero así mismo, no es menos cierto que parece más difícil todavía que los que no creen en Él puedan demostrar científicamente que no existe, y sobre todo que puedan dar una respuesta racional y científicamente fundamentada a todas las preguntas que anteriormente nos hemos planteado en relación con el origen del universo.Si Dios no existiera, pienso que necesariamente habría que inventarlo, pues es la única respuesta inteligente, y posiblemente razonable, para tratar de explicar la maravilla del universo creado.

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Pero ahora, si me lo permiten, voy a prolongar mi exposición 90 segundos más, en los que les propongo escuchar un fragmento del «Dúo del Oratorio de la Creación» de Haydn. En él, Adán y Eva muestran su asombro ante la grandeza de lo creado que están contemplando. Pero escuchemos a Haydn.

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Indudablemente el asombro ante la creación de este universo nuestro, puede quedarse en eso, en asombro, pero sin duda puede ir, yo diría que debe ir, más allá y preguntarse el cómo, el porqué de lo creado, e incluso plantearse la necesidad de preguntarse por un Creador, que no solamente ha sido capaz de alumbrar ese universo que nos asombra, sino especialmente al hombre, aún causa de mayor asombro, e incluso, dando un paso más, a un hombre capaz de producir algo tan maravilloso como este «Dúo de la Creación» que acabamos de oír.Después de escucharlo, me atrevo a plantearme a mí mismo, y les planteo a ustedes, que tras esta maravilla del universo y de esa insuperable música, tiene que estar, aunque escondida, la existencia de un Dios creador.