La caracterización del universo como finamente ajustado pretende explicar por qué las constantes conocidas de la naturaleza , como la carga del electrón , la constante gravitacional y otras similares, tienen sus valores medidos en lugar de otros valores arbitrarios. Según la hipótesis del "universo finamente ajustado", si los valores de estas constantes fueran demasiado diferentes de lo que son, la "vida tal como la conocemos" no podría existir. [1] [2] [3] [4] En la práctica, esta hipótesis se formula en términos de constantes físicas adimensionales . [5]
En 1913, el químico Lawrence Joseph Henderson escribió The Fitness of the Environment, uno de los primeros libros que exploran el ajuste fino del universo. Henderson analiza la importancia del agua y el medio ambiente para los seres vivos, señalando que la vida tal como existe en la Tierra depende por completo de las condiciones ambientales muy específicas de la Tierra, especialmente la prevalencia y las propiedades del agua. [6]
En 1961, el físico Robert H. Dicke afirmó que ciertas fuerzas de la física, como la gravedad y el electromagnetismo , deben estar perfectamente ajustadas para que exista vida en el universo. [7] [8] Fred Hoyle también defendió un universo ajustado en su libro de 1983 El universo inteligente . [9] Hoyle escribió: "La lista de propiedades antrópicas, accidentes aparentes de naturaleza no biológica sin los cuales la vida basada en el carbono y, por lo tanto, la vida humana no podría existir, es grande e impresionante". [10]
La creencia en un universo finamente ajustado llevó a la expectativa de que el Gran Colisionador de Hadrones produciría evidencia de física más allá del Modelo Estándar , como la supersimetría , [11] pero en 2012 no había producido evidencia de supersimetría en las escalas de energía que era capaz de investigar. [12]
El físico Paul Davies dijo: "En la actualidad existe un amplio acuerdo entre físicos y cosmólogos en que el Universo está en varios aspectos 'perfectamente ajustado' para la vida. Pero la conclusión no es tanto que el Universo esté perfectamente ajustado para la vida, sino que está perfectamente ajustado para los componentes básicos y los entornos que la vida requiere". [13] También dijo que " el razonamiento ' antrópico ' no logra distinguir entre universos mínimamente biofílicos , en los que la vida está permitida, pero solo es marginalmente posible, y universos óptimamente biofílicos, en los que la vida florece porque la biogénesis ocurre con frecuencia". [14] Entre los científicos que encuentran convincente la evidencia, se han propuesto una variedad de explicaciones naturales , como la existencia de múltiples universos que introducen un sesgo de supervivencia bajo el principio antrópico . [5]
La premisa de la afirmación de que el universo está finamente ajustado es que un pequeño cambio en varias de las constantes físicas haría que el universo fuera radicalmente diferente. Stephen Hawking observó: “Las leyes de la ciencia, tal como las conocemos en la actualidad, contienen muchos números fundamentales, como el tamaño de la carga eléctrica del electrón y la relación entre las masas del protón y el electrón... El hecho notable es que los valores de estos números parecen haber sido ajustados con gran precisión para hacer posible el desarrollo de la vida”. [4]
Por ejemplo, si la fuerza nuclear fuerte fuera un 2% más fuerte de lo que es (es decir, si la constante de acoplamiento que representa su fuerza fuera un 2% mayor) mientras que las otras constantes se dejaran sin cambios, los diprotones serían estables; según Davies, el hidrógeno se fusionaría en ellos en lugar de deuterio y helio . [15] Esto alteraría drásticamente la física de las estrellas , y presumiblemente impediría la existencia de vida similar a la que observamos en la Tierra. La existencia del diprotón cortocircuitaría la lenta fusión del hidrógeno en deuterio. El hidrógeno se fusionaría tan fácilmente que es probable que todo el hidrógeno del universo se consumiera en los primeros minutos después del Big Bang . [15] Este "argumento del diprotón" es cuestionado por otros físicos, que calculan que mientras el aumento de la fuerza sea menor del 50%, la fusión estelar podría ocurrir a pesar de la existencia de diprotones estables. [16]
La formulación precisa de la idea se dificulta por el hecho de que aún no se sabe cuántas constantes físicas independientes existen. El modelo estándar de física de partículas tiene 25 parámetros libremente ajustables y la relatividad general tiene uno más, la constante cosmológica , que se sabe que no es cero pero tiene un valor profundamente pequeño. Debido a que los físicos no han desarrollado una teoría empíricamente exitosa de la gravedad cuántica , no se conoce ninguna forma de combinar la mecánica cuántica, de la que depende el modelo estándar, y la relatividad general. [17]
Sin el conocimiento de esta teoría más completa que se sospecha que subyace al modelo estándar, es imposible contar definitivamente el número de constantes físicas verdaderamente independientes. En algunas teorías candidatas, el número de constantes físicas independientes puede ser tan pequeño como uno. Por ejemplo, la constante cosmológica puede ser una constante fundamental, pero también se han hecho intentos de calcularla a partir de otras constantes y, según el autor de uno de esos cálculos, "el pequeño valor de la constante cosmológica nos está diciendo que existe una relación notablemente precisa y totalmente inesperada entre todos los parámetros del Modelo Estándar de física de partículas , la constante cosmológica simple y la física desconocida". [17]
Martin Rees formula el ajuste fino del universo en términos de las siguientes seis constantes físicas adimensionales. [1] [18]
Max Tegmark argumentó que si hay más de una dimensión temporal, entonces el comportamiento de los sistemas físicos no podría predecirse de manera confiable a partir del conocimiento de las ecuaciones diferenciales parciales relevantes . En un universo así, no podría surgir vida inteligente capaz de manipular la tecnología. Además, los protones y electrones serían inestables y podrían desintegrarse en partículas con una masa mayor que ellos mismos. Esto no es un problema si las partículas tienen una temperatura suficientemente baja. [23]
Un ejemplo más antiguo es el estado de Hoyle , el tercer estado de energía más bajo del núcleo de carbono-12 , con una energía de 7,656 MeV por encima del nivel del suelo. [24] Según un cálculo, si el nivel de energía del estado fuera inferior a 7,3 o superior a 7,9 MeV, no existiría suficiente carbono para sustentar la vida. Para explicar la abundancia de carbono del universo, el estado de Hoyle debe ajustarse aún más a un valor entre 7,596 y 7,716 MeV. Un cálculo similar, centrado en las constantes fundamentales subyacentes que dan lugar a varios niveles de energía, concluye que la fuerza fuerte debe ajustarse a una precisión de al menos el 0,5%, y la fuerza electromagnética a una precisión de al menos el 4%, para evitar que la producción de carbono o la producción de oxígeno disminuyan significativamente. [25]
Algunas explicaciones del ajuste fino son naturalistas . [26] En primer lugar, el ajuste fino podría ser una ilusión: la física más fundamental puede explicar el aparente ajuste fino de los parámetros físicos en nuestro conocimiento actual restringiendo los valores que esos parámetros probablemente adopten. Como dijo Lawrence Krauss , "ciertas cantidades han parecido inexplicables y ajustadas, y una vez que las entendemos, no parecen estar tan ajustadas. Tenemos que tener cierta perspectiva histórica". [22] Algunos sostienen que es posible que una teoría fundamental final del todo explique las causas subyacentes del aparente ajuste fino en cada parámetro. [27] [22]
Sin embargo, a medida que se desarrolló la cosmología moderna, se han propuesto varias hipótesis que no presuponen un orden oculto. Una es un multiverso , donde se postula que las constantes físicas fundamentales tienen valores diferentes fuera de nuestro propio universo. [28] [29] En esta hipótesis, partes separadas de la realidad tendrían características muy diferentes. En tales escenarios, la aparición del ajuste fino se explica como una consecuencia del principio antrópico débil y el sesgo de selección , específicamente el sesgo de supervivencia . Solo aquellos universos con constantes fundamentales hospitalarias para la vida, como en la Tierra, podrían contener formas de vida capaces de observar el universo y contemplar la cuestión del ajuste fino en primer lugar. [30] Zhi-Wei Wang y Samuel L. Braunstein argumentan que el aparente ajuste fino de las constantes fundamentales podría deberse a nuestra falta de comprensión de estas constantes. [31]
Si el universo es sólo uno de muchos y posiblemente infinitos universos, cada uno con diferentes fenómenos físicos y constantes, no es sorprendente que exista un universo apto para la vida inteligente. Algunas versiones de la hipótesis del multiverso proporcionan, por lo tanto, una explicación sencilla de cualquier ajuste fino, [5] mientras que el análisis de Wang y Braunstein desafía la idea de que nuestro universo es único en su capacidad para albergar vida. [31]
La idea del multiverso ha llevado a una considerable investigación sobre el principio antrópico y ha sido de particular interés para los físicos de partículas porque las teorías del todo aparentemente generan grandes cantidades de universos en los que las constantes físicas varían ampliamente. Aunque no hay evidencia de la existencia de un multiverso, algunas versiones de la teoría hacen predicciones de las cuales algunos investigadores que estudian la teoría M y las fugas de gravedad esperan ver alguna evidencia pronto. [32] Según Laura Mersini-Houghton , el punto frío de WMAP podría proporcionar evidencia empírica comprobable de un universo paralelo . [33] Las variantes de este enfoque incluyen la noción de selección natural cosmológica de Lee Smolin , el universo ecpirótico y la teoría del universo burbuja . [32] : 220–221
Se ha sugerido que invocar el multiverso para explicar el ajuste fino es una forma de la falacia del jugador inverso . [34] [35]
Stephen Hawking y Thomas Hertog propusieron que las condiciones iniciales del universo consistían en una superposición de muchas condiciones iniciales posibles, de las cuales sólo una pequeña fracción contribuía a las condiciones que vemos hoy. [36] Según su teoría, las constantes físicas "ajustadas" del universo son inevitables, porque el universo "selecciona" sólo aquellas historias que llevaron a las condiciones actuales. De esta manera, la cosmología de arriba hacia abajo proporciona una explicación antrópica de por qué este universo permite la materia y la vida sin invocar el multiverso. [37]
Algunas formas de argumentos de ajuste fino sobre la formación de la vida suponen que sólo son posibles las formas de vida basadas en el carbono, una suposición a veces llamada chovinismo del carbono . [38] Conceptualmente, son posibles la bioquímica alternativa u otras formas de vida. [39]
Una hipótesis es que extraterrestres extrauniversales diseñaron el universo. Algunos creen que esto resolvería el problema de cómo un diseñador o equipo de diseño capaz de ajustar el universo podría llegar a existir. [40] El cosmólogo Alan Guth cree que los humanos con el tiempo serán capaces de generar nuevos universos. [41] Por implicación, entidades inteligentes anteriores pueden haber generado nuestro universo. [42] Esta idea lleva a la posibilidad de que el diseñador o los diseñadores extrauniversales sean ellos mismos el producto de un proceso evolutivo en su propio universo, que por lo tanto debe ser capaz de sostener la vida. También plantea la cuestión de dónde vino ese universo, lo que lleva a una regresión infinita . La teoría del Universo Diseñador de John Gribbin sugiere que una civilización avanzada podría haber creado deliberadamente el universo en otra parte del multiverso, y que esta civilización puede haber causado el Big Bang. [43]
La hipótesis de simulación sostiene que el universo está finamente ajustado simplemente porque los operadores de simulación tecnológicamente más avanzados lo programaron de esa manera. [44]
Graham Priest , Mark Colyvan , Jay L. Garfield y otros han argumentado en contra de la presuposición de que "las leyes de la física o las condiciones límite del universo podrían haber sido diferentes de lo que son". [45]
Algunos científicos, teólogos y filósofos , así como ciertos grupos religiosos, sostienen que la providencia o la creación son responsables del ajuste fino. [46] [47] [48] [49] [50] El filósofo cristiano Alvin Plantinga sostiene que el azar, aplicado a un único y solo universo, solo plantea la pregunta de por qué este universo podría ser tan "afortunado" como para tener condiciones precisas que sustentan la vida al menos en algún lugar (la Tierra) y tiempo (dentro de millones de años del presente).
Una reacción a estas enormes coincidencias aparentes es verlas como una prueba de la afirmación teísta de que el universo ha sido creado por un Dios personal y como material para un argumento teísta debidamente restringido (de ahí el argumento del ajuste fino). Es como si hubiera una gran cantidad de diales que deben ajustarse dentro de límites extremadamente estrechos para que la vida sea posible en nuestro universo. Es extremadamente improbable que esto suceda por casualidad, pero es mucho más probable que suceda si existe una persona llamada Dios.
— Alvin Plantinga, "La confusión de Dawkins: naturalismo ad absurdum " [51]
William Lane Craig , filósofo y apologista cristiano , cita este ajuste fino del universo como evidencia de la existencia de Dios o alguna forma de inteligencia capaz de manipular (o diseñar) la física básica que gobierna el universo. [52] El filósofo y teólogo Richard Swinburne llega a la conclusión del diseño utilizando la probabilidad bayesiana . [53] El científico y teólogo Alister McGrath observó que el ajuste fino del carbono es incluso responsable de la capacidad de la naturaleza para ajustarse a sí misma en cualquier grado.
Todo el proceso evolutivo biológico depende de la química inusual del carbono, que le permite unirse a sí mismo, así como a otros elementos, creando moléculas altamente complejas que son estables a las temperaturas terrestres predominantes y son capaces de transmitir información genética (especialmente ADN). [...] Si bien se podría argumentar que la naturaleza crea su propio ajuste fino, esto solo puede hacerse si los constituyentes primordiales del universo son tales que se pueda iniciar un proceso evolutivo. La química única del carbono es la base última de la capacidad de la naturaleza para ajustarse a sí misma. [54] [55]
El físico teórico y sacerdote anglicano John Polkinghorne afirmó: "El ajuste fino antrópico es demasiado notable para ser descartado como un simple accidente feliz". [56] El teólogo y filósofo Andrew Loke sostiene que solo hay cinco categorías posibles de hipótesis relacionadas con el ajuste fino y el orden: (i) azar, (ii) regularidad, (iii) combinaciones de regularidad y azar, (iv) incausado, y (v) diseño, y que solo el diseño da una explicación exclusivamente lógica del orden en el universo. [57] Argumenta que el argumento cosmológico de Kalam fortalece el argumento teleológico al responder a la pregunta "¿ Quién diseñó al Diseñador? ". [57] El creacionista Hugh Ross propone varias hipótesis de ajuste fino. [58] [59] Una es la existencia de lo que Ross llama "venenos vitales", que son nutrientes elementales que son dañinos en grandes cantidades pero esenciales para la vida animal en cantidades más pequeñas. [60]
Robin Collins sostiene que el universo está perfectamente ajustado para que sea posible su descubrimiento científico, y que este ajuste no puede explicarse mediante la hipótesis del multiverso. [61] Según Collins, las leyes del universo, los parámetros fundamentales y las condiciones iniciales deben ser las adecuadas para que el universo sea tan fácil de descubrir como el nuestro. Según Collins, algunos ejemplos de ajuste fino para que sea posible su descubrimiento son:
Contrariamente a un argumento común de que un pequeño aumento en la fuerza de la fuerza fuerte conduciría a la destrucción de todo el hidrógeno en el Big Bang debido a la unión del diprotón y el dineutrón con un impacto catastrófico en la vida tal como la conocemos, demostramos que siempre que el aumento en la constante de acoplamiento de la fuerza fuerte sea menor que aproximadamente el 50%, quedan cantidades sustanciales de hidrógeno.
