Darwin's Big Bang

Charles Darwin was not much concerned with evolutionary cosmogony, unlike his grandfather Erasmus.  In Eramus Darwin's The Economy of Vegetation we find an eighteenth-century imaginative equivalent of the Big Bang, a great narrative of creation in which the role given to God is as mythical as that of the sylphs and fairies and nymphs of primeval fire—only a "sublime allegory". The function of the fairy element in Darwin's poems, often ridiculed by literary historians and scientists alike, is clear enough when seen in this context. It is a a way of including the Christian account of the creation as just one more element of the mythical apparatus, no more true from a scientific viewpoint than the sylphs and the nymphs. 

 

Both the verse and the notes come from the first part of Erasmus Darwin's The Botanic Garden (1788, online at Project Gutenberg). The theory of biological evolution is also sketched out in the notes, following Buffon's ideas.

From canto I of  Poem I, The Economy of Vegetation:

    I. "NYMPHS OF PRIMEVAL FIRE! YOUR vestal train
     Hung with gold-tresses o'er the vast inane,
     Pierced with your silver shafts the throne of Night,
100 And charm'd young Nature's opening eyes with light;
     When LOVE DIVINE, with brooding wings unfurl'd,
     Call'd from the rude abyss the living world.
     "—LET THERE BE LIGHT!" proclaim'd the ALMIGHTY LORD,
     Astonish'd Chaos heard the potent word;—
105 Through all his realms the kindling Ether runs,
     And the mass starts into a million suns;
     Earths round each sun with quick explosions burst,
     And second planets issue from the first;
     Bend, as they journey with projectile force,
110 In bright ellipses their reluctant course;
     Orbs wheel in orbs, round centres centres roll,
     And form, self-balanced, one revolving Whole.
     —Onward they move amid their bright abode,
     Space without bound, THE BOSOM OF THEIR GOD!

[Nymphs of primeval fire. l. 97. The fluid matter of heat is perhaps the most extensive element in nature; all other bodies are immersed in it, and are preserved in their present state of solidity or fluidity by the attraction of their particles to the matter of heat. Since all known bodies are contractible into less space by depriving them of some portion of their heat, and as there is no part of nature totally deprived of heat, there is reason to believe that the particles of bodies do not touch, but are held towards each other by their self- attraction, and recede from each other by their attraction to the mass of heat which surrounds them; and thus exist in an equilibrium between these two powers. If more of the matter of heat be applied to them, they recede further from each other, and become fluid; if still more be applied, they take an aerial form, and are termed Gasses by the modern chemists. Thus when water is heated to a certain degree, it would instantly assume the form of steam, but for the pressure of the atmosphere, which prevents this change from taking place so easily; the same is true of quicksilver, diamonds, and of perhaps all other bodies in Nature; they would first become fluid, and then aeriform by appropriated degrees of heat. On the contrary, this elastic matter of heat, termed Calorique in the new nomenclature of the French Academicians, is liable to become consolidated itself in its combinations with some bodies, as perhaps in nitre, and probably in combustible bodies as sulphur and charcoal. See note on l. 232, of this Canto. Modern philosophers have not yet been able to decide whether light and heat be different fluids, or modifications of the same fluid, as they have many properties in common. See note on l. 462 of this Canto.]

[When Love Divine. l. 101. From having observed the gradual evolution of the young animal or plant from its egg or seed; and afterwards its successive advances to its more perfect state, or maturity; philosophers of all ages seem to have imagined, that the great world itself had likewise its infancy and its gradual progress to maturity; this seems to have given origin to the very antient and sublime allegory of Eros, or Divine Love, producing the world from the egg of Night, as it floated in Chaos. See l. 419. of this Canto.

The external crust of the earth, as far as it has been exposed to our view in mines or mountains, countenances this opinion; since these have evidently for the most part had their origin from the shells of fishes, the decomposition of vegetables, and the recrements of other animal materials, and must therefore have been formed progressively from small beginnings. There are likewise some apparently useless or incomplete appendages to plants and animals, which seem to shew they have gradually undergone changes from their original state; such as the stamens without anthers, and styles without stigmas of several plants, as mentioned in the note on Curcuma, Vol. II. of this work. Such is the halteres, or rudiments of wings of some two-winged insects; and the paps of male animals; thus swine have four toes, but two of them are imperfectly formed, and not long enough for use. The allantoide in some animals seems to have become extinct; in others is above tenfold the size, which would seem necessary for its purpose. Buffon du Cochon. T. 6. p. 257. Perhaps all the supposed monstrous births of Nature are remains of their habits of production in their former less perfect state, or attempts towards greater perfection.]

[Through all his realms. l. 105. Mr. Herschel has given a very sublime and curious account of the construction of the heavens with his discovery of some thousand nebulae, or clouds of stars; many of which are much larger collections of stars, than all those put together, which are visible to our naked eyes, added to those which form the galaxy, or milky zone, which surrounds us. He observes that in the vicinity of these clusters of stars there are proportionally fewer stars than in other parts of the heavens; and hence he concludes, that they have attracted each other, on the supposition that infinite space was at first equally sprinkled with them; as if it had at the beginning been filled with a fluid mass, which had coagulated. Mr. Herschel has further shewn, that the whole sidereal system is gradually moving round some centre, which may be an opake mass of matter, Philos. Trans. V. LXXIV. If all these Suns are moving round some great central body; they must have had a projectile force, as well as a centripetal one; and may thence be supposed to have emerged or been projected from the material, where they were produced. We can have no idea of a natural power, which could project a Sun out of Chaos, except by comparing it to the explosions or earthquakes owing to the sudden evolution of aqueous or of other more elastic vapours; of the power of which under immeasurable degrees of heat, and compression, we are yet ignorant.

It may be objected, that if the stars had been projected from a Chaos by explosions, that they must have returned again into it from the known laws of gravitation; this however would not happen, if the whole of Chaos, like grains of gunpowder, was exploded at the same time, and dispersed through infinite space at once, or in quick succession, in every possible direction. The same objection may be stated against the possibility of the planets having been thrown from the sun by explosions; and the secondary planets from the primary ones; which will be spoken of more at large in the second Canto, but if the planets are supposed to have been projected from their suns, and the secondary from the primary ones, at the beginning of their course; they might be so influenced or diverted by the attractions of the suns, or sun, in their vicinity, as to prevent their tendency to return into the body, from which they were projected.

If these innumerable and immense suns thus rising out of Chaos are supposed to have thrown out their attendant planets by new explosions, as they ascended; and those their respective satellites, filling in a moment the immensity of space with light and motion, a grander idea cannot be conceived by the mind of man.]

Obsérvese que, sobre el universo en expansión, previene y responde Darwin una objeción que al parecer se le escapó a Newton—el colapso gravitacional. Este no había aplicado su teoría de la gravitación universal con coherencia, pues según su modelo si lo entendemos literalmente, el universo debería culminar en un Big Crunch, una conclusión que no extrajo sin embargo Newton, como ya señaló Laplace por esos años, sin por ello llegar tampoco a una solución satisfactoria que demostrase la estabilidad del sistema solar. La solución de Darwin es la formación del universo por  una explosión instantánea y continuada de todo el "caos" original su conjunto, seguida de explosiones menores locales y dispersas—como podrían ser las supernovas. Si bien esta noción está presentada de modo más narrativo que matemático, es una hipótesis puede parecer vista desde hoy más correcta que la de los científicos que le precedieron y siguieron hasta bien entrado el siglo XX.

Victorian Dark Matter

 

 

—oOo—

Victorian Dark Matter

Materia Oscura Victoriana

 En First Principles, Herbert Spencer desarrolla una pasmosa filosofía evolucionista, sugestiva para comprender las raíces de muchas de las cuestiones hoy relevantes en lo que se viene denominando "tercera cultura" o integración de las ciencias humanas y las ciencias duras. Comenzando, por ejemplo, por la misma noción de consiliencia o unificación del conocimiento. Para Spencer, la filosofía es, o habría de ser, tal empresa de unificación de los conocimientos, y a sentar sus bases dedica estos principios básicos.

Así pues, comienza deslindando el terreno propio de la religión del de la ciencia. La religión, una religión evolucionariamente entendida, se atiene al ámbito de lo Incognoscible. Es un error por parte de la religión pretender darnos un "conocimiento" (revelado, etc.) de lo que es Incognoscible. La ciencia tiene para sí el terreno de todo lo cognoscible, incluidos los orígenes de nuestras concepciones de los dioses. Pero siempre hay un más allá de lo que la ciencia puede llegar a saber—hoy hablamos de las singularidades y del Big Bang; Spencer también ve que los conceptos básicos de la ciencia no se apoyan en nada, no pueden explicarse, hay que tomarlos como datos irreducibles, y (como diría Aute) "el misterio se oculta detrás", a donde ni llegamos ni podrá llegar jamás el ámbito de nuestro conocimiento, pues nuestro conocimiento se limita, está claro, a lo cognoscible.

Dentro de lo cognoscible, Spencer relaciona todos los aspectos de la realidad con unos pocos "principios básicos", como son la conservación de la fuerza, la ley del mínimo esfuerzo, la tendencia de las fuerzas a equilibrarse entre sí, la creación de sistemas a la vez unificados y complejos... y en última instancia, la tendencia de todo el universo hacia la disolución. Tenemos un ámbito en el que nos movemos, la complejidad—somos parte de esa complejidad intermedia entre el origen caótico y el fin diríamos entrópico del universo, y desde nuestro rincón podemos captar, como hace Spencer, mediante la pura observación de los fenómenos y deducción racional, cómo son las cosas, cómo se originan, cómo se desarrollan y cómo mueren.

Esta ley se aplica a pequeña y a gran escala, y así, para cada uno de los principios que enuncia, Spencer muestra cómo se ejemplifica a nivel astronómico, con el origen de los astros y la formación de sistemas; a nivel geológico, con la evolución de la dinámica terrestre y la formación de climas y paisajes; a nivel biológico, con la aparición de la vida y la evolución de formas complejas; a nivel social, en la economía y organización de las estructuras sociales; y por último a nivel psicológico, en el comportamiento de cada individuo. De la raíz común de todos estos fenómenos en los primeros principios—en la ley de la evolución, en la ley de la conservación de la fuerza, en el progreso de la complejidad y la heterogeneidad—surge la consiliencia o unificación del conocimiento en estos ámbitos (si bien Spencer no emplea el término 'consiliencia', que propuso Whewhell y rescató E. O. Wilson en Consilience).

Traza Spencer, hilando estos diversos capítulos o niveles de aproximación a los fenómenos naturales, un gran panorama evolucionista, que comprende desde la formación del universo conocido hasta su previsible disolución. La observación racional no puede concluir otra cosa, atendiendo a cómo sabemos que son las cosas y los procesos, y cómo funciona la energía y su redistribución. El universo que vemos se ha originado, y se va a disolver. ("Dissolution", tras "Evolution", es el capítulo final de First Principles, antes de su magnífica conclusión). Hasta allí llega nuestro conocimiento. Y sin embargo se aventura Spencer a especular más allá, sobre el destino e historia global del universo, aunque matiza que "de una indagación tan especulativa, no se puede esperar sino una respuesta especulativa" (474).

Hay que tener en cuenta que Spencer está escribiendo en una época anterior a la formulación de la actual teoría del universo (las galaxias, el Big Bang, la expansión del universo, etc.) en el siglo XX—la primera edición de First Principles es de 1862; cito la de 1900. Por tanto los confines últimos del universo y de su historia, pasada y futura, los formula en términos bastante diferentes a los que se pueden encontrar, por ejemplo, en la Historia del Tiempo de Hawking.

Y sin embargo hay un aire de familia entre la perspectiva general de Spencer y los actuales dilemas sobre el Big Bang, el Big Crunch, y muerte fría del universo. Este aire de familia lo vemos cuando se pregunta si es posible deducir algo sobre la forma última y global de la evolución en el conjunto del universo—más allá del universo que conocemos y observamos y que, eso sí lo sabemos, tiene un origen, y se encamina a una disolución.

Spencer parece no querer afirmar que el destino del universo es la Muerte Universal, que es hacia donde parecían encaminarle sus reflexiones. Primero matiza que más allá de la formación y disolución de nuestro sistema estelar, parece haber otros sistemas en otras fases de evolución, y que podrían volverse escenarios de la complejidad y de la vida en algún periodo futuro. Y con respecto al conjunto del universo, merece citarse su conclusión, in which nothing is concluded. Spencer dice que no se pronuncia—que no podemos pronunciarnos—sobre si el universo globalmente es un fenómeno único, un gigantesco proceso que va del origen hacia la disolución, o si es un proceso cíclico, una alternancia de generaciones y disoluciones. Me ha llamado la atención cómo su discusión sobre este punto anticipa, de una manera casi uncanny, las discusiones de un siglo más tarde sobre la materia oscura, la equilibración del universo, los agujeros negros y los horizontes de eventos más allá de los cuales nada podemos saber. La tendencia general a la entropía y a la Muerte Universal, por tanto, hay que matizarla con esta alternativa:

"cuando contemplamos nuestro sistema sideral como un todo, algunos de los grandes hechos establecidos por la ciencia implican renovaciones potenciales de la vida, ahora en una región, luego en otra; seguidos, posiblemente, en un periodo inimaginablemente remoto, por una renovación más general. Esta conclusión queda sugerida cuando tomamos en consideración un factor que hasta ahora no se ha mencionado.
Puesto que hasta ahora hemos considerado únicamente la equilibración que está teniendo lugar en el seno de nuestro Sistema Solar y en sistemas similares: sin atender a la equilibración inconmensurablemente mayor que ha de tener lugar todavía: terminando esos movimientos a través del espacio que poseen estos sistemas. Que las estrellas antes consideradas fijas, están todas en movimiento, se ha vuelto ya una verdad familiar, y que se mueven con velocidades que se encuentran entre digamos 10 millas por segundo hasta unas 70 millas por segundo (siendo esta última la velocidad de una 'estrella escapada' que se supone esté atravesando nuestro Sistema Sideral) es una verdad deducida a partir de observaciones por los astrónomos de hoy. Ha de unirse a esto el hecho de que hay estrellas agonizantes y probablemente estrellas muertas. Más allá de la evidencia que proporcionan los diversos tipos de luz que emiten, de entre los cuales el rojo indica una edad relativamente avanzada, está la evidencia de que en algunos casos las estrellas brillantes tienen acompañantes que son oscuros o casi oscuros: el caso más evidente es el de Sirio, alrededor de la cual gira un cuerpo de cerca de un tercio de su tamaño pero de sólo 1/39.000 de su luminosidad—una estrella, cercana al tamaño de nuestro Sol, que se ha apagado. Parece deducirse que más allá de las masas luminosas que constituyen el Sistema Sideral visible, hay masas no luminosas, quizá menores en número o quizá más numerosas, que juntamente con las luminosas están impelidas por una gravedad mutua. ¿Cómo pues habrán de equilibrarse los movimientos de estas gigantescas masas, luminosas y no luminosas, y que se mueven a grandes velocidades?" (FP 474-475, traducción mía)

Escribiendo antes del desarrollo de la teoría del colapso de las estrellas, Spencer sigue a Helmholtz y supone que las estrellas acabarán disueltas en gas interestelar y materia nebulosa. Y que este medio ofrecerá tal resistencia que es concebible que a la difusión máxima de la materia interestelar seguirá un movimiento de concentración (una especie de versión decimonónica del "Big Crunch"), con una nueva agregación de masas y un nuevo comienzo de procesos evolutivos. Como sabemos, hoy hay que poner todavía en entre los máximos interrogantes todas estas cuestiones, pero es admirable la manera en que Spencer logra plantear una aproximación increíblemente atinada de las cuestiones relevantes, dentro de los parámetros observacionales disponibles para la ciencia de su época. El evolucionismo cósmico, que durante el siglo XX pasó casi de puntillas por el panorama intelectual, vuelve a ser hoy en día una cuestión de la máxima relevancia científica.

 De lo que le cabe más duda a Spencer es de si este proceso de evolución comprende la totalidad del Universo, o si Universo es sólo "una ambiciosa palabra", como decía Borges, y en realidad no existe un proceso unificado que pueda englobar todo lo existente. Se inclina a creer que sí, y que "si debemos contemplar el universo visible como un agregado, sujeto a procesos de evolución y disolución de la misma naturaleza esencial que los que son discernibles en agregados menores, no podemos evitar preguntarnos cuál es su futuro probable" (FP 479). Aquí parece dudar el autor, y su razonamiento vuelve a replantearse el mismo problema, a escalas cada vez mayores donde la vista se pierde. Pero, en última instancia, acaba por recurrir al principio básico donde asienta su razonamiento, el principio de la conservación del movimiento (esto era, claro, antes de Einstein y antes de la energía oscura):

"Reducido a su forma abstracta, el argumento es que la cantidad de movimiento implicado por la dispersión debe ser tan grande como la cantidad de movimiento implicado por la agregación, o más bien debe ser el mismo movimiento, adoptando ahora la forma molar, ahora la molecular; y si nos autorizamos a concebir esto como un resultado último surge la concepción no sólo de evoluciones y disoluciones locales por todo lo largo y ancho de nuestro Sistema Sideral, sino también la de evoluciones y disoluciones generales, alternándose indefinidamente.
Pero no podemos extraer semejante conclusión sin suponer tácitamente algo que se encuentra más allá de los límites del conocimiento posible: a saber, que la energía contenida en nuestro Sistema Sideral permanece inalterada." (FP 481).

Era la época del éter: y no sabemos, dice Spencer, si el universo pierde energía más allá de sus límites, o si el éter no tiene fin y la energía de nuestro sistema se conserva sin irradiar hacia un "afuera", un límite más allá del universo donde funcionan las leyes que conocemos. Y nunca podremos, dice Spencer, saber si el caso es uno u otro. Vemos aparecer la noción de un horizonte de acontecimientos o de límites observacionales infranqueables. Lo que sabemos es que si la razón nos muestra que nuestro universo conocido tiende hacia la disolución universal, también hay procesos racionales que podrían hacer concebir una alternancia de evoluciones y disoluciones universales, no uno, sino infinitos procesos universales. Aunque por su misma naturaleza nos lleva esta especulación más allá de los límites del universo conocido y por tanto de la razón. Y allí ya deberíamos empalmar con las especulaciones de Nietzsche, y quizá con los actuales proponentes del multiverso infinito.

La unidad universal que Spencer se inclina, finalmente, a suponer que existe, es, precisamente, lo que visto desde hoy viene a reforzar la teoría del Big Bang, tan unificador él, y generador de un proceso universal de evolución. Pero quién sabe qué misterios se ocultan (para siempre quizá) detrás del Big Bang...

(Para un poquito de luz actual sobre la materia oscura y otras oscuridades inherentes al universo, aquí hay un vídeo sobre nuevas teorías del universo: "How Large Is the Universe?"—Aunque la conclusión sigue siendo que vivimos en una burbuja).

De casualidad hay poco, en lo que estas especulaciones de Spencer anticipan a la ciencia de hoy. Más bien habrá que atribuir esta capacidad de anticipación a un intelecto gigantesco, como lo hace T. W. Hill en su introducción a la edición de 1937 de First Principles. También anticipa First Principles, de manera reveladora, algunos aspectos de las fantasías de Olaf Stapledon en Star Maker, esa curiosa historia de este universo y de otros posibles e imposibles. Lo que no anticipa Spencer de Stapledon es el aspecto creacionista: el universo de Spencer no ha sido diseñado ni tiene sentido la pregunta sobre el diseño de las leyes y el por qué de las cosas y de los primeros principios. La inteligencia la sitúa Spencer únicamente en la cabeza de quien contempla el universo, y en una fase de la historia del mismo, la compleja fase en la que nos encontramos y, en lo que a nosotros respecta, nos encontraremos siempre. Los oscuros procesos que sigan después tendrán lugar en las tinieblas más absolutas.

Spencer y la narratología evolucionista

—oOo—