¿Está el Universo sintonizado para la vida?      

Por Matt Williams, Universe Today.

Traducción y comentarios: Jesús A. Guerrero Ordáz. ALDA.

03 de noviembre de 2021.

Diagrama que muestra las partículas elementales que componen la materia. Crédito: CERN.

Durante décadas, varios físicos han teorizado que incluso los más mínimos cambios en  las leyes fundamentales de la naturaleza harían imposible la existencia de vida. Esta idea, también conocida como el argumento del "Universo perfeccionado", sugiere que la existencia de vida en el Universo es muy sensible a los valores de cierta física fundamental. Si se altera cualquiera de estos valores (como dice la lógica), la vida no existiría, lo que significa que debemos ser muy afortunados de estar aquí.

Pero, ¿puede ser realmente así, o es posible que la vida pueda surgir bajo diferentes  constantes físicas y simplemente no lo sepamos? Esta cuestión fue abordada recientemente por Luke A. Barnes, investigador postdoctoral en el Instituto de Astronomía de Sidney (SIA) en Australia. En su libro, " Un Universo afortunado: la vida en un cosmos finamente sintonizado", él y el profesor de astrofísica de Sydney, Geraint F. Lewis argumentaron que un Universo afinado tiene sentido desde el punto de vista de la física.

Los autores también resumieron estos argumentos en un artículo de contribución  invitado, que apareció en el Routledge Companion to Philosophy of Physics (primera edición). En este artículo, titulado "El ajuste fino del Universo para la vida", Barnes explica cómo sintonizar "consiste en explicar las observaciones empleando una suposición sospechosamente precisa". Esto, argumenta, ha sido sintomático de teorías incompletas a lo largo de la historia y es una característica común de la cosmología moderna y la física de partículas.

En algunos aspectos, esta idea es similar al principio antrópico, que establece que  cualquier intento de explicar las propiedades del Universo no puede ignorar nuestra existencia como forma de vida. Esto contrasta radicalmente con el principio cosmológico, también conocido como principio copernicano, que lleva el nombre de Nicolás Copérnico, quien formuló el modelo heliocéntrico del Universo, que establece que no hay nada único o especial en los seres humanos o en nuestro lugar en el Universo.

En un artículo anterior, Barnes y Lewis argumentaron que, lejos de ser un caso de  arrogancia o "religión disfrazada", el principio antrópico es una parte necesaria de la ciencia. Al abordar la coincidencia entre la existencia de la humanidad y un Universo lo suficientemente antiguo y gobernado por la física que favorece el surgimiento de la vida inteligente (es decir, nosotros), derivaron una máxima simple: "Cualquier relato de la coincidencia debe considerar cómo el Universo hace seres que sean capaces de medirlo".

Pero como Barnes explicó a Universe Today, existen algunas diferencias significativas entre el principio antrópico y el Universo perfeccionado:

"Entiendo la relación entre el ajuste fino y el principio antrópico de la siguiente manera.  El ajuste fino se refiere al hecho de que pequeños cambios en las constantes de la naturaleza habrían resultado en un Universo incapaz de sustentar la vida. El principio antrópico dice que si existen formas de vida física, deben observar que están en un Universo que es capaz de sustentar su existencia".

Dicho de otra manera, Barnes afirma que el principio antrópico es una declaración  infalsificable (también conocida como tautología) que resulta del "efecto de selección" de nuestra propia existencia. Dado que no tenemos una población de vida inteligente y civilizaciones para seleccionar, el principio en sí no puede ser falsificado. Mientras tanto, dice Barnes, el argumento de ajuste es un "hecho sorprendente sobre las leyes de la naturaleza tal como las conocemos".

El argumento del Universo sintonizado o afinado se remonta a la década de 1970, cuando la física comenzó a notar que pequeños cambios en las constantes fundamentales de la naturaleza, o en las condiciones iniciales del Universo, descartarían la vida tal como la conocemos. Si el cosmos y las leyes de la física hubieran evolucionado de manera diferente, la estabilidad requerida para que las criaturas vivientes existieran (en toda su complejidad) no sería posible.

Pero como señala Barnes en su artículo resumido, esta lógica entra en conflicto con el  mismo viejo problema. Como el modelo geocéntrico de la antigüedad, contiene supuestos sospechosamente precisos, que procede a abordar uno por uno. El primero tiene que ver con la constante cosmológica (CC), una idea que Einstein propuso en 1917 como una adición temporal a sus ecuaciones de campo para la relatividad general. Denominado por el personaje Lambda, la CC era una fuerza que "contrarrestaba la gravedad" y así aseguraba que el Universo permaneciera estático (una opinión popular en ese momento).

Si bien Einstein abandonó la CC unos años más tarde cuando se enteró de que los astrónomos habían demostrado que el Universo se está expandiendo, la idea se ha reinterpretado desde la década de 1990. Al darse cuenta de que la expansión cósmica se está acelerando, los físicos comenzaron a postular que la CC de Einstein podría ser la fuerza misteriosa conocida como "energía oscura" (DE). Esto llevó a la teoría cosmológica ampliamente aceptada conocida como modelo lambda de materia oscura fría (LCDM).

Sin embargo, la CC también representa uno de los problemas teóricos más importantes de la física moderna. Al igual que la materia oscura, se propuso la existencia de DE o una CC reinventada para explicar la diferencia entre observaciones y predicciones teóricas. Como los "epiciclos" de Ptolomeo que se utilizaron para racionalizar las observaciones que no se ajustaban al modelo geocéntrico, la CC es una suposición que es "sospechosamente precisa".

Además, existen las inconsistencias que tiene la CC con la teoría cuántica de campos (QFT), que describe las partículas como configuraciones de un campo. Según la QFT, una configuración particular conocida como "estado de vacío" seguirá existiendo en ausencia de partículas. Pero si hay que creer en las teorías sobre CC y DE, esto significaría que hay una cantidad considerable de energía en el estado de vacío.

La única forma de explicar esto en términos aceptables para la QFT y la Relatividad General es asumiendo que las contribuciones de la energía del vacío y los campos cuánticos se cancelan cada uno. Una vez más, esto requiere una coincidencia "sospechosamente precisa" entre varios factores independientes. En otro orden de cosas, el modelo estándar de física de partículas nos dice que la materia consta de 25 tipos diferentes de partículas subatómicas divididas en cuatro grupos (quarks, leptones, bosones guage y bosones escalares).

La existencia de estas partículas y sus respectivas propiedades (masa, carga y espín) se  han verificado mediante una rigurosa experimentación. La más mínima desviación de cualquiera de estas propiedades afectaría significativamente la forma en que interactúan y se comportan, lo que lleva a la inestabilidad completa de la materia. Lo mismo ocurre con la dimensionalidad del espacio-tiempo, donde se necesitan tres dimensiones del espacio (como postula Newton) para los átomos estables y las órbitas planetarias estables.

Un Universo con tres dimensiones espaciales y una dimensión de tiempo (como lo describe la relatividad general) también es esencial. Más, dice Barnes, y los sistemas atómicos no podrían permanecer estables. En otras palabras, mientras que la CC puede plantear problemas teóricos, el Modelo Estándar y la dimensionalidad del espacio-tiempo son consistentes con el modelo ajustado. Como dijo Barnes:

"La constante cosmológica no se explica en nuestras ecuaciones y es consistente con un Universo que permite la vida sólo en un rango muy pequeño. Su valor es una suposición precisa y sin motivación, en la constante de los modelos estándar de física de partículas y cosmología. Muchos de los otras constantes del modelo estándar son las mismas".

La pregunta, entonces, es ¿cómo se resuelven estos problemas en nuestros modelos  convencionales? ¿Qué más podría explicar el hecho de que nuestro Universo permite la vida, mientras que las variaciones del tipo más pequeño lo harían imposible? A esto, Barnes y Lewis sugieren que el Multiverso podría acudir al rescate. "Quizás nuestro Universo permite la vida por casualidad, y hay muchos otros universos abigarrados por ahí", dijo.

Pero mientras tanto, todavía existe la posibilidad de que cualquier inconsistencia o  incongruencia indique cuál es la verdad. Al igual que Copérnico, quien se dio cuenta de que los movimientos de los planetas (que requerían epiciclos y ecuaciones para tener sentido) eran en realidad una indicación de que el modelo estaba equivocado, el ajuste fino puede ser una indicación de física más allá del modelo estándar o que el modelo mismo necesita revisión.

"Creo que el ajuste fino en general es una pista para una explicación más profunda. Las  probabilidades pequeñas pueden ser solo probabilidades pequeñas, o pueden ser generadas por algunas suposiciones incorrectas", agregó Barnes. "Lo interesante sobre el ajuste fino de las constantes fundamentales es que están en el piso inferior de las explicaciones científicas en este momento. Son tan profundas como la física (al menos, mientras está respaldada por evidencia)".

Fuente:

https://phys.org/news/2021-11-universe-fine-tuned-life.html