13/10/2014 En principio, antrópico | Cuentos Cuánticos

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En principio, antrópicoPublicado el 13 octubre, 2014de Cuentos Cuánticos | 11 comentarios

Hoy toca hablar sobre el principio antrópico. Estees uno de los temas más complicados de la física a mihumilde entender. Hay tantas posturas al respectocomo personas que se paran a pensar sobre él. Y lomejor, hay tantas posturas como veces le preguntemosal mismo interlocutor sobre este principio.

En esta entrada voy a enunciar las distintas versionesdel principio de la manera más aséptica posible. No voya emitir ninguna opinión porque, sinceramente, no la

tengo. La discusión sobre este principio tiene una larga historia, aunque no sea larga en el tiempo, y tienemuchas ramificaciones e implicaciones desde el punto de vista puramente científico, religioso, filosófico, etc.

En lo siguiente no trato de convencer, presentar una discusión concluyente y definitiva o de desmontar elargumento. Lo único que persigo es aclarar mis propias ideas, seguramente mañana escribiría algototalmente distinto.

El universo, las leyes y las constantesTenemos un universo, de eso no puede quedar ninguna duda. De hecho, podemos asegurar que al menostenemos uno. Del universo podemos decir:

1. Tuvo un origen.2. Ha existido y evolucionado por un tiempo y se está expandiendo aceleradamente.3. Se han formado estructuras como estrellas y galaxias.4. Se han formado elementos químicos.5. Se han formado moléculas.6. Se han formado seres vivos.7. Se ha desarrollado la inteligencia.

En el universo en el que nos encontramos tenemos una serie de leyes físicas que suponemos que se cumplenpor doquier. Estas leyes son la base para poder explicar los siete puntos anteriores. Las leyes involucran

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relaciones entre magnitudes físicas que involucran constantes físicas. Estas constantes determinan cosascomo las intensidades de las distintas interacciones entre los campos físicos, la velocidad máxima depropagación de las interacciones, etc.

Preguntas locasEn física nos encontramos con ciertos números que tienen una cierta representación en cifras dependiendodel sistema de unidades elegido. Pero, también hay relaciones adimensionales (sin unidades, númerospuros) que proceden de la comparación entre distintas cantidades. Por ejemplo, si comparamos laintensidad del campo electromagnético con la intensidad del campo gravitatorio, por ejemplo estudiandoesas dos interacciones entre dos electrones, encontramos que el campo electromagnético tiene unaintensidad mayor que el gravitatorio en un factor de $10^{39}$. Esto es una evidencia empírica.

Llegados a este punto es muy pertinente preguntarse por qué sucede esto. ¿Por qué las intensidades de loscampos electromagnético y gravitatorio se diferencian en ese factor y no en cualquier otro?

Permitidme reescribir esta y otras preguntas de un modo que nos conducirán inevitablemente a discutir losprincipios antrópicos:

Si las intensidades del electromagnetismo y la gravedad fueran comparables, es decir si el cociente desus intensidades fuera del orden de la unidad, las estrellas colapsarían mucho antes de dar tiempo aformar vida tal y como la conocemos en algún planeta.Si la constante cosmológica, la responsable de la expansión acelerada del universo, no fuera pequeña,positiva y cercana a cero, si fuera un poco más grande o lo hubiera sido, el universo se hubieraexpandido tanto que no se hubieran formado galaxias y por tanto no se hubieran formado estrellas ysistemas planetarios.Si el neutrón tuviera la misma masa del protón no podría desintegrarse según un proceso de radiaciónbeta emitiendo protones, electrones y antineutrinos. Eso hubiera bajado el número de protones en eluniverso, con ello el número de átomos de hidrógeno primordial, y no se hubieran formado tantasestrellas.Que el neutrón sea un poco más pesado que el protón es importante pero también es importante queno sea mucho más pesado. Si así fuera, no se formarían núcleos atómicos con neutrones y no seformarían átomos pesados, lo que haría imposible los compuestos químicos más complejos.El núcleo de carbono tiene un estado excitado especial. Este estado excitado se puede conseguiruniendo tres átomos de Helio. Si este estado no existiese no se podrían formar núcleos más pesadosque el carbono en las estrellas.

Ciertamente todas estas cuestiones, y muchas más que no hemos discutido como la comparación entre ladensidad de bariones y la de energía oscura y otras, parecen indicar que el universo es un lugar especial, unlugar que permite la existencia de vida tal y como la conocemos y que además le da el tiempo suficiente paraevolucionar hasta formas muy complicadas.

Versionando el principio antrópicoLos intentos de formalizar la explicación al porqué de la lista anterior se denominan genéricamentePrincipio Antrópico. Este principio fue introducido por el físico Brandon Carter.

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Existen dos versiones del principio antrópico:

Principio Antrópico Débil

Estamos en el tiempo y lugar del universo en el que ha sido posible el desarrollo de observadores.

Principio Antrópico Fuerte

El universo tiene que tener las características que aseguren que se puedan formar observadoresen algún momento de su existencia.

Generalmente este principio, en cualquiera de sus versiones, se suele interpretar del siguiente modo:

Sin embargo, hay que discutir algunos puntos sobre el mismo que quizás nos hagan dejar esta imagen.

Discutiendo el principioAntes de continuar he de decir que existen muchas, muchísimas, formulaciones y enunciados del principioantrópico. Aquí solo voy a discutir los que he expuesto que son los originales propuestos por Carter y que ami entender son los que mejor reflejan su propia idea al respecto del significado de dicho principio. Paratener una opinión de primera mano nada mejor que leer al propio Carter sobre el tema que nos ocupa: Anthropic Principle in Cosmology.

Discusión:

1.- Antrópico. En la elección del nombre tal vez esté la raíz de todo el problema. Antrópico hace referenciaal ser humano, así que podemos caer en la tentación de parafrasear el principio diciendo que el universotiene que estar preparado para dar cabida a la humanidad. Sin embargo, como el propio Carter ha dicho enmás de una ocasión, el nombre es un tanto desafortunado.

Si nos paramos a leer el principio antrópico en cualquiera de sus versiones se nos habla del concepto de

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observador, no de ser humano, así que el problema es qué consideramos un observador en física.

¿Tiene que tener consciencia un observador? ¿Tiene que ser inteligente?

2.- Versión débil. Esta versión parece no aportar mucho. Es evidente que si estamos discutiendo sobre elprincipio antrópico y sobre el universo es porque este ha permitido la aparición de observadores que sehagan esas preguntas, al menos nosotros.

3.- Versión fuerte. Esta versión es más complicada desde un punto de vista filosófico. Parece implicar que eluniverso TIENE que ser de tal forma que permita la aparición y desarrollo de observadores. Eso puedeinterpretarse de diversas formas:

El universo ha sido diseñado. ¿Dios? Cuestión de creencia, no es una pregunta científica y no voy adiscutirla aquí. Mi postura es que no.Los observadores obligan por observación al universo a tener las propiedades que los hacen posibles.¿Consecuencia de la mecánica cuántica? Muchos dicen que el acto de observar en mecánica cuánticamodifica el estado de lo observado. Y eso lleva a la conclusión de que el observador selecciona surealidad. Esto no es más que una confusión acerca de la mecánica cuántica. El observador lo único quehace es medir en qué estado queda un sistema cuántico tras la observación pero no puede selecionar apriori dicho estado final. Así que esta interpretación no aporta nada y es errónea.Se han creado infinitos universos y nosotros estamos en el que ha dado lugar a la vida. Esta propuestaasume la existencia de un multiverso. Esta idea ha aparecido de forma natural en muchos contextos dela física, desde la cosmología inflacionaria a la teoría de supercuerdas. Sin embargo, a día de hoy no esmás que una especulación teórica sin ningún soporte observacional evidente, rotundo y sincontroversia.

Entonces…La cuestión acerca de las preguntas iniciales de esta entrada es que todo parece indicar que los valores demuchas constantes y características del universo están ajustadas de forma muy precisa para que la vida hayasido posible. El valor de la carga del electrón (medida de la intensidad del campo electromagnético), la masadel neutrón, los estados energéticos del carbono, el valor de la constante cosmológica, todo parece estarajustado para permitir la aparición de estructuras estables que permitan la aparición de moléculas complejasbasadas en el carbono y en última instancia la vida y la inteligencia.

Sin embargo, hoy sabemos que muchas de las “constantes” de la física no son tales constantes. Haycantidades como la carga del electrón, o más bien la constante de estructura fina, que cambian con laenergía:

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Las constantes representadas son las intensidades de las interaccioneselectromagnéticas, débil y fuerte. Se ve como cambian con la energía a la que

las estudiamos.

Otros valores como la constante cosmológica, la constante de Hubble, etc, no son constantes en sentidoestricto, pero son de evolución tan lenta a día de hoy en el universo que no vemos sus cambios en nuestrotiempo de vida.

Además, eso de que el universo está preparado de una manera especial para dar lugar a estructuras establescomo galaxias o estrellas y núcleos de carbono que permiten la aparición de vida y una evolución hasta lainteligencia no es correcto. ¿Por qué? Pues porque hay estudios realizados en el que se han simulado laevolución del universo variando los valores de las constantes representativas en ese proceso, carga y masadel electrón, masa del neutrón, constante cosmológica, etc, y se ha visto que se pueden dar galaxias yestrellas estables para un amplio abanico de valores de las constantes. Es decir, no hay que seleccionar unnúmero para cada constante sino que múltiples combinaciones de valores tomados en intervalos para cadauna de ellas que permitirían la aparición de observadores.

Para saber más sobre estas simulaciones:

Natural explanations for the anthropic coincidences. V. Stenger — En este trabajo se modifica el valor de lamasa del electrón, el protón y la carga del electrón en un intervalo de diez órdenes de magnitud. Se encontróque la proporción de estrellas que tenían una vida del orden de $10^9$ años.

The Cold Big-Bang Cosmology as a Counter-example to Several Anthropic Arguments A. Aguirre — En estetrabajo se varían los valores de seis parámetros cosmológicos, los más esenciales de las cosmología como laconstante cosmológica, el ratio fotón/barión, leptón/barión, etc. Entonces se genera y se deja evolucionar eluniverso dado por los valores elegidos de esos parámetros y se estudia si aparecen estructuras, galaxias yestrellas de vida larga y tamaño compatible con el sol. Así que no es descabellado pensar que hay todo unrango de valores de las constantes físicas en las que la aparición de vida y observadores es posible.

Al final no teníamos que ajustar nada.

Si te interesa mucho el tema del principio antrópico y de los problemas filosóficos asociados te recomiendoeste texto:

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Anthropic Bias

(Texto completo y gratuito en pdf)

Nos seguimos leyendo…

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busgosu | 13 octubre, 2014 en 22:07 | Responder

Otra idea locaEl observador es un proceso del universo no simplemente un enteobservador

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Solrac | 13 octubre, 2014 en 20:22 | Responder

No es ilógica la teoría de que puedan haber infinidad de universos con infinidad de posibilidadesfísicas que conduzcan (o no) a sus respectivas complejidades químicas, que a su vez puedanresultar (o no) en observadores. Un asunto de relatividad y muchísima estadística. Más queteológico, el asunto sigue siendo todavía matemático e informático. Dios podría estar un pocomás lejos.

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Luis Gray | 13 octubre, 2014 en 19:53 | Responder

Si es cierto el modelo de expansión inflaccionaria, se estaría creando una infinitud de universosen cada momento. Sólo es cuestión de grandes números que un suceso muy improbable se de.Ahora bien, si sólo existe un universo, esto no tiene mucho sentido .

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Cuentos Cuánticos | 13 octubre, 2014 en 21:01 | Responder

No es tan simple, si los casos posibles son infintos y los casos favorables también son infinitosestamos ante un grave problema de definición de probabilidad

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Anónimo | 13 octubre, 2014 en 19:50 | Responder

Si es cierto el modelo de expansión inflaccionaria, se estaría creando una infinitud de universosen cada momento. Sólo es cuestión de grandes números que un suceso muy improbable se. Ahorabien, si sólo existe un universo, esto no tiene sentido .

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Iñigo Ximeno | 13 octubre, 2014 en 17:21 | Responder

Se me antoja tremendamente atractivo la posibilidad de que en un universo primigenio, inclusoanterior al big-bang, se formase inteligencia no orgánica, y por consiguiente prácticamenteinmortal. Que con el tiempo, mucho tiempo, todo el que hiciera falta, cobrase consciencia de símismo (al igual que el actual lo hace a través de nuestra inteligencia) y aprendiese a interaccionarcon sí mismo; modificándose, como nosotros hacemos con nuestro cuerpo, y poco a pocoadaptase los parámetros adecuados para que fuera posible, en una pequeña región de suuniverso, nuestro universo orgánico, con la belleza que ello supone.

Isaac Asimov quizá se refería a esto cuando escribió “Los ojos hacen algo más que ver”

Cuando solo depende del tiempo que algo suceda, por muy improbable que parezca, tenemos lacerteza absoluta de su ocurrencia.

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jose sandoval | 13 octubre, 2014 en 16:06 | Responder

Hola, muy ilustrativo el articulo, pero comenta que no emitirá opiniones, creo que hay varias (nopretendo discutirlas, solo entender si son de usted ), ejemplo: Al final de cada punto del 3.Versiónfuerte.El universo ha sido diseñado. ¿Dios?….. Mi postura es que no,Los observadores obligan por observación……Así que esta interpretación no aporta nada y es

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errónea.Se han creado infinitos universo….sin ningún soporte observacional evidente, rotundo y sincontroversia.

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Cuentos Cuánticos | 13 octubre, 2014 en 16:11 | Responder

No he dado ninguna opinión acerca del principio antrópico o al menos eso es lo que heintentado.

Pero he dicho que no creo en ningún dios. Esto es una opinión que podría defender.

He dicho que la interpretación de que el observador selecciona la realidad es incorrecta. Estoes objetivo.

Y he dicho que no hay ninguna prueba experimental/observacional sobre el multiverso. Estoes objetivo.

Espero haberlo aclarado.

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