29.7: El principio antrópico

Objetivos de aprendizaje

Al final de esta sección, podrás:

• Nombra algunas propiedades del universo que, de ser diferentes, habrían impedido el desarrollo de los humanos

A pesar de nuestras incertidumbres, debemos admitir que el cuadro que hemos desarrollado sobre la evolución de nuestro universo es notable. Con nuevos telescopios, hemos comenzado a recopilar suficientes evidencias observacionales que permiten describir cómo evolucionó el universo a partir de una mera fracción de segundo después de que comenzara la expansión. Si bien se trata de un logro impresionante, aún quedan algunas características del universo que no podemos explicar. Y sin embargo, resulta que si estas características fueran diferentes, no estaríamos aquí para preguntar por ellas. Veamos algunos de estos “accidentes afortunados”, comenzando con las observaciones del fondo cósmico de microondas (CMB).

Accidentes de la Suerte

Como describimos en este capítulo, el CMB es radiación que se emitió cuando el universo tenía unos cientos de miles de años. Las observaciones muestran que la temperatura de la radiación varía de una región a otra, típicamente en aproximadamente 10 millonésimas de grado, y estas diferencias de temperatura señalan pequeñas diferencias en la densidad. Pero supongamos que las pequeñas y tempranas fluctuaciones en la densidad habían sido mucho menores. Entonces los cálculos muestran que la atracción de la gravedad cerca de ellos habría sido tan pequeña que nunca se habrían formado galaxias.

¿Y si las fluctuaciones en la densidad hubieran sido mucho mayores? Entonces es posible que regiones muy densas se hubieran condensado, y éstas simplemente habrían colapsado directamente a agujeros negros sin formar jamás galaxias y estrellas. Incluso si las galaxias hubieran podido formarse en tal universo, el espacio se habría llenado de intensos rayos X y rayos gamma, y hubiera sido difícil que las formas de vida se desarrollaran y sobrevivieran. La densidad de estrellas dentro de las galaxias sería tan alta que las interacciones y colisiones entre ellas serían frecuentes. En tal universo, cualquier sistema planetario rara vez podría sobrevivir el tiempo suficiente para que la vida se desarrollara.

Entonces, para que estemos aquí, las fluctuaciones de densidad tienen que ser “correctas”, no demasiado grandes ni demasiado pequeñas.

Otro accidente afortunado es que el universo está finamente equilibrado entre expansión y contracción. Se está expandiendo, pero muy lentamente. Si la expansión hubiera sido a un ritmo mucho mayor, toda la materia se habría adelgazado antes de que se pudieran formar galaxias. Si todo se estuviera expandiendo a un ritmo mucho más lento, entonces la gravedad habría “ganado”. La expansión se habría revertido y toda la materia se habría vuelto a colapsar, probablemente en un agujero negro, de nuevo, sin estrellas, sin planetas, sin vida.

El desarrollo de la vida en la Tierra depende de coincidencias aún más afortunadas. Si la materia y la antimateria hubieran estado presentes inicialmente en proporciones exactamente iguales, entonces toda la materia habría sido aniquilada y convertida en energía pura. Debemos nuestra existencia al hecho de que había un poco más materia que antimateria. (Después de que la mayor parte de la materia entró en contacto con una cantidad igual de antimateria, convirtiéndose en energía, debió haber estado presente una pequeña cantidad de materia adicional. Todos somos descendientes de ese poco de materia “desequilibrada”.)

Si las reacciones de fusión nuclear ocurrieron a un ritmo algo más rápido de lo que realmente lo hacen, entonces en el momento de la bola de fuego inicial, toda la materia se habría convertido de hidrógeno en helio en carbono y todo el camino en hierro (el núcleo más estable). Eso significaría que ninguna estrella se habría formado, ya que la existencia de estrellas depende de que haya elementos ligeros que puedan experimentar fusión en la etapa de secuencia principal y hacer brillar a las estrellas. Además, la estructura de los núcleos atómicos tenía que ser justa para hacer posible que tres átomos de helio se unieran fácilmente para fusionar el carbono, que es la base de la vida. Si el proceso triple alfa que discutimos en el capítulo de Estrellas desde la Adolescencia hasta la Vejez fuera demasiado improbable, no se habría formado suficiente carbono para conducir a la biología tal como la conocemos. Al mismo tiempo, tenía que ser lo suficientemente duro para fusionar carbono en oxígeno que una gran cantidad de carbono sobrevivió durante miles de millones de años.

Hay factores adicionales que han contribuido a que la vida como nosotros sea posible. Los neutrinos tienen que interactuar con la materia a la tasa justa, aunque poco frecuente. Las explosiones de supernovas ocurren cuando los neutrinos escapan de los núcleos de las estrellas colapsadas, depositan parte de su energía en la envoltura estelar circundante y hacen que explote hacia el espacio. Los elementos pesados que son expulsados en tales explosiones son ingredientes esenciales de la vida aquí en la Tierra. Si los neutrinos no interactuaran en absoluto con la materia, escaparían de los núcleos de estrellas colapsadas sin provocar la explosión. Si los neutrinos interactuaran fuertemente con la materia, permanecerían atrapados en el núcleo estelar. En cualquier caso, los elementos pesados permanecerían encerrados dentro de la estrella colapsada.

Si la gravedad fuera una fuerza mucho más fuerte de lo que es, las estrellas podrían formarse con masas mucho más pequeñas, y sus vidas se medirían en años en lugar de en miles de millones de años. Los procesos químicos, por otro lado, no se acelerarían si la gravedad fuera una fuerza más fuerte, y así no habría tiempo para que la vida se desarrollara mientras las estrellas fueran tan efímeras. Incluso si la vida se desarrollara en un universo de gravedad más fuerte, las formas de vida tendrían que ser diminutas o no podrían ponerse de pie o moverse.

Lo que tenía que ser, tenía que ser

En resumen, vemos que un conjunto específico de reglas y condiciones en el universo ha permitido que se desarrolle la complejidad y la vida en la Tierra. Hasta el momento, no tenemos ninguna teoría que explique por qué ocurrió este conjunto “correcto” de condiciones. Por ello, muchos científicos están empezando a aceptar una idea que llamamos el principio antrópico —es decir, que las leyes físicas que observamos deben ser lo que son precisamente porque son las únicas leyes que permiten la existencia de los humanos.

Algunos científicos especulan que nuestro universo no es más que uno de los innumerables universos, cada uno con un conjunto diferente de leyes físicas, una idea que a veces se conoce como el multiverso. Algunos de esos universos podrían nacer muertos, colapsando ante cualquier forma de estructura. Otros pueden expandirse tan rápidamente que permanecen esencialmente sin rasgos distintivos sin estrellas ni galaxias. En otras palabras, puede haber un multiverso mucho más grande que contenga nuestro propio universo y muchos otros. Este multiverso (existiendo quizás en más dimensiones de las que podamos tomar conciencia) es infinito y eterno; genera muchas, muchas regiones inflantes, cada una de las cuales evoluciona hacia un universo separado, que puede ser completamente diferente a cualquiera de los otros universos separados. Nuestro universo es entonces la forma en que es porque es la única manera que podría ser y tener humanos como nosotros en él para descubrir sus propiedades y hacer tales preguntas.

El Multiverso

Ver la charla introductoria 2011 sobre el Multiverso y la Inflación Cósmica del Dr. Anthony Aguirre de la Universidad de California, parte de la Serie de Conferencias de Astronomía de Silicon Valley.

Universos múltiples e inflación cósmica: la búsqueda de entender nuestro universo (y encontrar otros)

Es difícil saber poner a prueba estas ideas ya que nunca podremos hacer contacto con ningún otro universo. Para la mayoría de los científicos, nuestra discusión en esta sección raya en lo filosófico y metafísico. Quizás en el futuro nuestra comprensión de la física se desarrolle hasta el punto de que podamos saber por qué la constante gravitacional es tan fuerte como lo es, por qué el universo se está expandiendo exactamente a la velocidad que es, y por qué sucedieron todos los demás “accidentes afortunados”, por qué eran inevitables y no podían ser de otra manera. Entonces esta idea antrópica ya no sería necesaria. Nadie sabe, sin embargo, si alguna vez tendremos una explicación de por qué este universo funciona de la manera que lo hace.

Hemos recorrido un largo camino en nuestro viaje por el universo. Hemos aprendido una cantidad notable sobre cómo y cuándo llegó a ser el cosmos, pero la pregunta de por qué el universo es como es sigue siendo tan esquiva como siempre.

Resumen

Recientemente, muchos cosmólogos han señalado que la existencia de los humanos depende del hecho de que muchas propiedades del universo —el tamaño de las fluctuaciones de densidad en el universo primitivo, la fuerza de la gravedad, la estructura de los átomos— eran las correctas. La idea de que las leyes físicas deben ser como son porque de lo contrario no podríamos estar aquí para medirlas se llama principio antrópico. Algunos científicos especulan que puede haber un multiverso de universos, en el que el nuestro es solo uno.

Glosario

principio antrópico

idea de que las leyes físicas deben ser como son porque de otra manera no podríamos estar aquí para medirlas

multiverso

la idea especulativa de que nuestro universo es solo uno de los muchos universos, cada uno con su propio conjunto de leyes físicas