Tuneando el Universo: el caso triple alfa

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Una de las ideas sobre el Universo que más me cuesta procesar es algo conocido como principio antrópico. Básicamente viene a decir que nuestro Universo ha de tener características tales que sean compatibles con la existencia de vida. ¿Por qué? Sencillo: ¡porque estamos aquí!

La idea subyacente es que el principio antrópico puede ayudar a la comprensión de las cosas, ya que limita el alcance de las leyes físicas. Por ejemplo, si mañana encontramos vida basada en el silicio, cualquier teoría que diga que la vida fuera del carbono es imposible tendría que ser descartada. Otro razonamiento similar puede decir que el Universo ha de tener la edad que tiene porque, de otro modo, no habría habido tiempo para formar los átomos, las estrellas, los planetas y la vida. Podríamos aprovecharnos del principio antrópico como fuente experimental de información.

En cierto modo el principio antrópico parece una verdad de perogrullo, pero no es una cuestión baladí, ya que nos hace preguntar por qué el Universo es de forma tal que permite nuestra existencia. ¿Casualidad? ¿Sesgo de observación? Quizá el Universo se crea y se destruye cada billón de años, y en esta ocasión (digamos en el ciclo 1.200.515) resulta que las condiciones para la vida son las justas. También podemos apelar a las hipótesis de los multiversos (tan de moda últimamente) y conjeturar que, de todos los Universos paralelos que existen, hay uno que puede albergar vida y por eso estamos aquí.

Veo algunos problemas al principio antrópico. El primero es típicamente chauvinista: nos hemos creído la vara de medir del Universo. Vale, es necesario un conjunto de condiciones para nuestra existencia; pero también puedo imaginarme seres inteligentes viviendo en una estrella de neutrones y pensando que el Universo ha sido “tuneado” a sus particulares necesidades. O seres gaseosos en la atmósfera de un mundo como Júpiter, felices porque el Universo ha creado elementos ligeros. O delfines superinteligentes en un mundo acuático, debatiendo sobre la imposibilidad de que exista vida en mundos rocosos. Deberíamos extenderlo y llamarlo “principio de entidades inteligentes,” pero eso no quita el problema de que, por el momento, la única entidad inteligente que conocemos somos nosotros mismos.

En segundo lugar, el principio antrópico mal usado se acerca mucho a un argumento religioso en el sentido de que, realmente, no explica nada. Decir “el Universo es como es porque si no, no existiríamos” está incómodamente cerca del relato del Génesis. No proporciona explicación más allá de “esto es lo que hay,” y puede resultar una inconveniente muleta cuando se usa para justificar la falta de fundamento teórico. Por ejemplo, ante la pregunta de por qué la fuerza electromagnética y la gravitatoria son tan diferentes en intensidad, podemos buscar una teoría unificadora que lo explique (lo que es muy difícil) o encogernos de hombros y “deducir” que ha de ser así porque, si no, no existiríamos.

Permítanme un ejemplo. Muchas veces salgo del trabajo y me voy a la parada de autobús para volver a casa. Mientras espero, podría darme por filosofar y preguntarme “¿por qué existe el autobús?” La respuesta “porque yo existo” parece dar a entender que no tengo abuela, pero piénselo un poco. Yo existo en una ciudad donde la gente tiene que moverse de un lado a otro, así que el Ayuntamiento ha creado un servicio de autobuses, los hace circular por la ciudad y permite a mis paisanos (no sólo a mí, claro) viajar cómodamente. En cierto modo la existencia de esos autobuses es condicional a mi (vale, a nuestra) existencia, ya que en un desierto donde no hay ciudades ni gente un servicio de autobuses es inútil.

Ahora bien, ese razonamiento no nos sirve para explicar la génesis del servicio de transporte público, la elección de las líneas de autobús actuales, la termodinámica del motor de explosión, la elección de marca y color para los autobuses, o las condiciones demográficas de una ciudad. Una delegación proveniente desde otra ciudad se quedaría asombrada si mi concejal de Urbanismo se limitase a decirles que tenemos servicio de autobuses porque hay gente que los usa. Ni siquiera serviría para explicar o refutar la existencia de taxis, de conductores de Uber, de vehículos privados o de bicicletas. Esta explicación del Capitán Obvio, en suma, no sirve para explicar nada.

Fíjese el lector que en algunos de los razonamientos que he presentado, la relación de causalidad se invierte. Una cosa es decir “estamos aquí porque el Universo es como es” y otra muy distinta afirmar que “el Universo es como es porque estamos aquí

Como sabrán los que sepan algo de lógica, “A ==> B” y “B ==>A” son dos enunciados distintos, donde uno no se deduce necesariamente del otro, y hay que tener mucho cuidado con no confundirlos (ver mis posts Casualidad y Causalidad I, Casualidad y causalidad II para más información). En el ejemplo anterior sería como partir del argumento egocentrista de que hay servicio de autobuses porque yo existo, y convertirlo en algo del tipo “vivo en esta ciudad porque, en caso contrario, no podría tomar el autobús.”

Hay algunos científicos que han usado el principio antrópico casi en sentido religioso. Según ellos, da la impresión de que nuestro Universo está muy finamente “tuneado” para la vida. Si esta constante fuese un poquito menor, o este proceso nuclear algo menos probable, o tal período de formación estelar hubiese tardado algo más, no estaríamos así. De ahí a sugerir la existencia de un ser superior para explicarlo, no hay más que un paso. Es como el viejo argumento de los creacionistas de “¿cómo es posible que tengamos un instrumento tan perfeccionado cono el ojo salvo que nuestro Creador lo haya querido así?” a un nivel superior.

En el campo de la teoría de cuerdas, el principio antrópico resulta especialmente atractivo por una razón: tienen demasiados universos. Eso de usar un universo de diez dimensiones en lugar de tres da lugar a lo que llaman “compactificación,” una forma de compactar, o plegar, las dimensiones extra. El problema es que no hay una sola forma de hacer eso. Hay muchas. Muchísimas. Multimuchísimas. Ni siquiera los teóricos de cuerdas pueden dar más que una cifra aproximada, pero imagine usted cantidades del orden de 10 elevado a 500. Cada una de esas compactaciones daría lugar a un Universo distinto, con leyes físicas distintas. Imagine usted si pudiésemos descartar todas las que imposibiliten la presencia de vida. Puede que un plexollar de universos no puedan existir por el hecho de que nosotros estamos vivos. Quizá la prueba para la existencia del Universo dentro del marco de la teoría de cuerdas sea nuestra existencia. ¡Si eso no es devolver al Hombre al centro del Universo, no sé qué es!

Uno de los ejemplos más citados para demostrar las ventajas predictivas del principio antrópico trata de la nucleosíntesis del carbono. Las estrellas como nuestro Sol generan su energía a partir de un proceso de fusión: dos núcleos de hidrógeno se combinan para formar un núcleo de helio-4 y energía. En determinadas circunstancias, el helio puede fusionarse para producir núcleos más pesados. Por ejemplo, dos núcleos de helio-4 pueden, en principio, formar un núcleo de berilio-8. El problema es que la reacción no es exotérmicamente favorable, es decir, necesita energía externa para que se produzca. Incluso si suponemos que el interior de una estrella es un buffet libre donde sobra energía, el berilio-8 tiene una vida media extremadamente corta, con lo que volveríamos a tener helio-4. Esto pondría muy cuesta arriba la síntesis de elementos más pesados, como el carbono en el que se basa nuestra vida.

¿Hemos de conformarnos con un Universo poblado con formas de vida basadas en helio? Es evidente que no porque estamos aquí, así que debe haber algún proceso que permita crear el carbono en cantidades adecuadas. En 1950 el astrofísico británico Fred Hoyle postuló la existencia de un proceso de nucleosíntesis llamado triple alfa. A temperaturas superiores a 100 millones de kelvin dos núcleos de helio-4 se fusionan, y justo entonces un tercer núcleo de helio-4 se une al grupo. El resultado es un núcleo de carbono-12.

El problema era que el resultado de fusionar los tres núcleos de helio-4 da una energía superior a la del núcleo de carbono-12. ¿Acaso hay un estado excitado del carbono-12 con mayor energía? Tal vez, pero nadie lo había observado. Hoyle conjeturó que, en efecto, existe tal estado excitado. De ser así, los tres núcleos de helio-4 darán lugar a carbono-12 excitado, que posteriormente liberará energía y acabará en su estado fundamental. Ese estado excitado (“estado de Hoyle”), que fue descubierto experimentalmente algunos años después, permite explicar la existencia de carbono, y a partir de ahí muchos de los restantes elementos pesados.

Se ha citado hasta la saciedad la predicción de Hoyle como ejemplo exitoso del principio antrópico (algunos perversos apuntan que es el único ejemplo exitoso), pero lo cierto es que ese concepto nació en los años setenta. Resulta difícil imaginar cómo pudo Hoyle echar mano de esa idea veinte años antes de ser propuesta; él nunca la mencionó ni la utilizó en su artículo de 1953. No creo que eso importe a los partidarios del principio antrópico. Para ellos la resonancia triple alfa es un ejemplo perfecto de cómo puede usarse el principio antrópico para realizar predicciones en campos todavía a medio explorar. Si es usted religioso, podría incluso ver el fenómeno triple alfa como una prueba de la existencia de Dios, quien en su infinita sabiduría permitió que las condiciones fuesen tales que la producción de carbono, nuestra base de vida, fuese posible.

¿O acaso no? Recientemente Fred Adams y Even Grohs, de la Universidad de Michigan, decidieron intentar jugar a ser Dios, sólo por ver qué pasa. En un curioso artículo publicado en agosto de 2016 se sirvieron de un programa de simulación estelar para averiguar qué sucede cuando jugamos con algunos de los parámetros fundamentales del Universo, particularmente las energía de enlace de los nucleones. Descubrieron que un pequeño tuneado podía impedir la formación de carbono mediante el proceso triple alfa, pero que un cambio aún más pequeño permitiría la creación de berilio, que posteriormente podría dar lugar al carbono.

En este Universo alternativo “tuneado” los científicos verían como natural la obtención de carbono a partir del berilio y el helio, y los fans del principio antrópico esgrimirían argumentos del tipo “si no fuese así no habría forma de conseguir carbono salvo por un hipotético proceso triple alfa unido a un estado resonante que no existe, por lo tanto la fusión de berilio y helio es necesaria para la vida basada en el carbono.”

Esto me permite concluir con la siguiente observación. Suele aludirse al principio antrópico para incidir sobre la importancia de tal o cual constante fundamental individual, de forma que una variación en, digamos, la constante de estructura fina nos impediría existir y etcétera; un ejemplo es el proceso triple alfa. ¿Pero y si variásemos más de una, como en el caso que nos presentaron Adams y Grohs? Un cambio aquí y el proceso triple alfa desaparece; un cambio allí, y el berilio es estable; ambos cambios simultáneos, y seguimos teniendo un montón de carbono.

No digo nada si cambiamos cinco constantes, o un millón. ¿Cuál sería el resultado? ¿Cuántos conjuntos de leyes físicas darían lugar a Universos compatible con vida basada en carbono? Ojalá pudiésemos calcularlo. Quizá descubriríamos que, en cierto modo, nuestra existencia es poco menos que inevitable. Eso tendría gracia.


13 Comentarios

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YeilYeil

Hay dos versiones del principio antrópico, estás utilizando la fuerte, pero esa no hay tanta gente que la defienda.

Sin embargo una teoría que lleva a un universo donde no puede existir vida es necesariamente falsa, por motivos evidentes. Del mismo modo, tampoco tiene demasiado sentido buscarle demasiadas patas al gato sobre que todo es demasiada casualidad para que estemos aquí. Me parece bien seguir buscando en teorías de unificación que expliquen el por qué de este ajuste fino, lo que no se puede hacer es utilizar la falacia del relojero para intentar meter un demiurgo con calzador.

YeilYeil

Sobre lo del proceso triple alfa, que un principio no haya sido enunciado no quiere decir que la idea no existiera antes.

Prácticamente desde Copérnico utilizamos esa idea de modelar primero cómo tiene que ser el mundo y luego comprobarlo experimentalmente.

Muchas veces tengo discusiones con mi hermano y uso un poco de principio antrópico “adaptado”. Se empeña en largas explicaciones de por qué algo no puede ocurrir en vez de, siendo que ha ocurrido, buscar la explicación de por qué ha ocurrido. Es un poco así, si una teoría impide un hecho que se ha dado, o encuentras algún efecto que explique lo ocurrido o la teoría no es correcta. Visto así el principio antrópico podría venir a ser lo mismo que los enunciados de Popper.

U-95U-95

Interesante artículo. Hay constantes tan finamente determinadas que una pequeñisima variacion daria al traste con la vida o con el Universo directamente -la constante cosmológica me parece es una de ellas-.

Más que “es lo que hay y somos así por ello”, la idea de la “selección natural de Universos” (me parece que es de Smolin) me atrae, aunque desde luego dista de ser perfecta.

En cuanto al ojo, el ojo del pulpo es un diseño aun mejor que el nuestro. No tiene punto ciego y la circuitería nerviosa no está en medio sino detrás.

RawandiRawandi

Me temo que ni el propio Smolin defiende ya la selección natural de universos. Yo diría que por el momento la mejor hipótesis para explicar el ajuste fino de las constantes es el multiverso de la teoría de cuerdas.

U-95U-95

Lo malo es que la teoría de cuerdas aun no tiene que yo sepa verificación experimental alguna, y hasta cabe preguntarse si la verdad no sería algo menos arcano que el impresionante aparato matemático que tiene detrás (para los legos causa el equivalente de una BSOD cerebral intentando entenderlo). Veremos que pasa en el futuro.

RawandiRawandi

El ojo realmente parece ajustado para permitir la visión, igual que la constante cosmológica parece realmente ajustada para permitir la existencia de la vida. Ambos tipos de ajuste piden a gritos una explicación científica.

En el caso del ojo, Dios ha sido sustituido por la selección natural darwiniana como explicación más verosímil. En el caso de la constante cosmológica, la explicación probablemente tampoco será Dios sino más bien alguna teoría del todo, con o sin multiverso.

MiguelMiguel

Quien pregunta una chorrada puede parecer tonto 5′ pero el que no la pregunta será tonto toda su vida. Dado que en internet “todo permanece (escrito), nada cambia”, me arriesgo a ser tonto toda la vida: “el ojo realmente parece ajustado para permitir la visión” porque el ojo realmente se ajustó para permitir la visión, primero fue la luz (la visión) y luego el ojo; en cambio “la constante cosmológica parece realmente ajustada para permitir la existencia de la vida”, pero solo lo parece, desde cierto punto de vista, porque es la vida la que “se ajusta a”. Diría que en el segundo enunciado se han invertido los términos.
Gracias por el post y los comentarios. Se aprende tanto de uno como de otros.

RawandiRawandi

Una ínfima desviación en el valor de la constante cosmológica habría imposibilitado la formación de estrellas, ya que nuestro universo o bien hubiera colapsado o bien se hubiera desgarrado demasiado pronto. Y sin estrellas no se habrían sintetizado los elementos pesados necesarios para construir organismos vivos.

El extraordinario ajuste del valor la constante cosmológica hace posible la vida, del mismo modo en que el extraordinario ajuste de las partes del ojo hace posible la visión. Por supuesto, hoy sabemos que el ajuste del ojo ha aparecido muy gradualmente, mientras que el ajuste de la constante cosmológica ya estaba presente en el big bang.

KurcoKurco

Nuestro ojo es una pequeña chapuza evolutiva. Seguro que habéis oído hablar del punto ciego que no existe, por ejemplo, en el ojo del pulpo.
Gran articulo.

wachovskywachovsky

Quizá nunca nos podamos librar de esa idea acerca de un creador del Cosmos; lo mismo, exactamente lo mismo pensé cuando me enteré de lo del principio antrópico sostenido hasta por los físicos cuánticos y cosmólogos, si no es creacionismo otra vez diseño inteligente, se me hizo raro hasta que empezé a entender lo de las constantes universales ajustadas al zeptometro. Insisto: la idea acerca de un creador que pueda tener unos 22.000 millones o 77 trillones de años de los nuestros (los solares) no nos abandona. Demasiado persistente para nuestra historia de especie humana, algún día sabremos si era cuento o es la Verdad.

Hector04Hector04

Voy a poner el cascabel al gato: El SuperObservador
¿Quien hace la pregunta del principio antrópico?
¿Quien es capaz de tener la perspectiva de cualquier observador particular?
¿Quien puede contar universos y cambiar leyes fisicas?
¿sigo?
Primero fue Pienso luego existo, que marco el inicio del observador racional.
Luego, Copernico, que actualmente se lee como que todos los observadores son iguales.
Luego Galileo, Lorentz y Einstein diciendo Todos los observadores son equivalentes.
Finalemente Heisenberg y Noether diciendo que hay un universo observable(y obviamente uno no observable) que surge del problema de la medida y de la esencia de la relación entre simetria y la cantidad conservada.
El nacimiento del observador universal es muchísimo mas trascendente que el principio antrópico que es en si una tautologia de lo que nada sale, planteada obviamente por un observador universal.
Pero continuando con la idea, el observador universal puede ser hacer mucho mas que eso, trascender el espaciotiempo y preguntarse que hubo antes del big bang y obtener resultados son esa pregunta.

sergiosergio

¿y si el pensar no implicara “existir”?
Cualquier axioma no es sino un obstáculo, un velo para el entendimiento.

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