La caracterización del universo como finamente sintonizado pretende explicar por qué las constantes conocidas de la naturaleza , como la carga del electrón , la constante gravitacional y similares, tienen los valores que medimos en lugar de otros valores arbitrarios. Según la hipótesis del "universo afinado", 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 explora 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 enteramente 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 sintonizadas para que exista vida en el universo. [7] [8] Fred Hoyle también defendió un universo afinado en su libro de 1983 The Intelligent Universe . [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 afinado 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. probar. [12]
El físico Paul Davies dijo: "Actualmente existe un amplio acuerdo entre físicos y cosmólogos en que el Universo está en varios aspectos 'afinado' para la vida. Pero la conclusión no es tanto que el Universo esté afinado para la vida; más bien, está afinado para los componentes básicos y los entornos que requiere la vida". [13] También dijo que " el razonamiento ' antrópico ' no logra distinguir entre universos mínimamente biofílicos , en los que la vida está permitida, pero sólo marginalmente posible, y universos óptimamente biofílicos, en los que la vida florece porque la biogénesis ocurre con frecuencia". [14] Entre los científicos que encuentran la evidencia convincente, se ha propuesto una variedad de explicaciones naturales , como la existencia de universos múltiples que introducen un sesgo de supervivencia según el principio antrópico . [5]
La premisa de la afirmación del universo afinado 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 actualmente, contienen muchos números fundamentales, como el tamaño de la carga eléctrica del electrón y la relación entre las masas del protón y del electrón... Lo notable El hecho es que los valores de estos números parecen haber sido ajustados muy finamente 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 las otras constantes se mantuvieran sin cambios, los diprotones serían estables; Según Davies, en ellos se fusionaría hidrógeno 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 provocaría un cortocircuito en la lenta fusión del hidrógeno en deuterio. El hidrógeno se fusionaría con tanta facilidad que es probable que todo el hidrógeno del universo se consumiera en los primeros minutos después del Big Bang . [15] Este "argumento de los diprotones" es cuestionado por otros físicos, quienes calculan que mientras el aumento de fuerza sea inferior al 50%, la fusión estelar podría ocurrir a pesar de la existencia de diprotones estables. [dieciséis]
La formulación precisa de la idea se ve dificultada 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 es distinta de cero pero que 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 manera 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 ha intentado calcularla a partir de otras constantes y, según el autor de uno de esos cálculos, "el pequeño valor de la constante cosmológica nos dice que una constante cosmológica notablemente precisa y Existe una relación totalmente inesperada entre todos los parámetros del modelo estándar de física de partículas , la constante cosmológica desnuda 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 los electrones serían inestables y podrían descomponerse en partículas con mayor masa que ellos mismos. Esto no supone ningún problema si las partículas tienen una temperatura suficientemente baja. [23]
Un ejemplo más antiguo es el estado Hoyle , el tercer estado de menor energía del núcleo de carbono-12 , con una energía de 7,656 MeV sobre el 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 en el 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 diversos niveles de energía, concluye que la fuerza fuerte debe ajustarse con una precisión de al menos el 0,5%, y la fuerza electromagnética con una precisión de al menos el 4%, para evitar que la producción de carbono o la producción de oxígeno caigan significativamente. [25]
Algunas explicaciones del ajuste fino son naturalistas . [26] En primer lugar, el ajuste fino podría ser una ilusión: una física más fundamental puede explicar el aparente ajuste fino de los parámetros físicos en nuestra comprensión actual al restringir los valores que esos parámetros probablemente tomen. Como dijo Lawrence Krauss , "ciertas cantidades parecían inexplicables y afinadas, y una vez que las entendemos, no parecen estar tan afinadas. Tenemos que tener alguna perspectiva histórica". [22] Algunos argumentan que es posible que una teoría fundamental final del todo explique las causas subyacentes del aparente ajuste en cada parámetro. [27] [22]
Aún así, a medida que se desarrolló la cosmología moderna, se han propuesto varias hipótesis que no suponen un orden oculto. Uno es un multiverso , donde se postula que las constantes físicas fundamentales tienen valores diferentes fuera de nuestro propio universo. [28] [29] Según esta hipótesis, partes separadas de la realidad tendrían características tremendamente diferentes. En tales escenarios, la aparición del ajuste fino se explica como consecuencia del principio antrópico débil y el sesgo de selección , específicamente el sesgo de supervivencia . Sólo aquellos universos con constantes fundamentales propicias para la vida, como 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 sostienen que el aparente ajuste 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 sorprende que exista un universo acogedor para la vida inteligente. Por lo tanto, algunas versiones de la hipótesis del multiverso proporcionan una explicación simple para cualquier ajuste fino, [5] mientras que el análisis de Wang y Braunstein cuestiona la opinión de que nuestro universo es único en su capacidad para sustentar vida. [31]
La idea del multiverso ha dado lugar 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 gravitacionales esperan ver alguna evidencia pronto. [32] Según Laura Mersini-Houghton , el punto frío 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 ekpirótico 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, es inevitable que encontremos las constantes físicas "afinadas" de nuestro universo, ya que el universo actual "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 nos encontramos en un universo que permite materia y vida, sin invocar la existencia óntica del multiverso. [37]
Algunas formas de argumentos de ajuste sobre la formación de la vida suponen que sólo son posibles formas de vida basadas en el carbono, una suposición a veces llamada chauvinismo del carbono . [38] Conceptualmente, la bioquímica alternativa u otras formas de vida son posibles. [39]
Una hipótesis es que extraterrestres extrauniversales diseñaron el universo. Algunos creen que esto resolvería el problema de cómo podría llegar a existir un diseñador o un equipo de diseño capaz de ajustar el universo. [40] El cosmólogo Alan Guth cree que los humanos con el tiempo podrán generar nuevos universos. [41] Por implicación, entidades inteligentes anteriores pueden haber generado nuestro universo. [42] Esta idea conduce a la posibilidad de que el diseñador/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 de dónde vino ese universo, que conduce a una regresión infinita . La teoría del Diseñador del Universo 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 la simulación sostiene que el universo está afinado simplemente porque está programado de esa manera por personas similares a nosotros pero tecnológicamente más avanzadas. [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 distintas 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. [46] [47] [48] [49] [50] El filósofo cristiano Alvin Plantinga sostiene que el azar, aplicado a un universo único y único, sólo 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 aparentes enormes coincidencias es verlas como sustanciando la afirmación teísta de que el universo ha sido creado por un Dios personal y como ofreciendo el material para un argumento teísta adecuadamente restringido – de ahí el argumento de ajuste fino. Es como si hubiera un gran número de diales que tuvieran que ajustarse dentro de límites extremadamente estrechos para que la vida fuera posible en nuestro universo. Es extremadamente improbable que esto suceda por casualidad, pero es mucho más probable que suceda si existe una persona como Dios.
— Alvin Plantinga, "La confusión de Dawkins: naturalismo ad absurdum " [51]
William Lane Craig , filósofo y apologista cristiano , cita este ajuste 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 sintonizarse 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). . [...] Mientras que se podría argumentar que la naturaleza crea su propio ajuste, esto sólo puede hacerse si los constituyentes primordiales del universo son tales que se puede iniciar un proceso evolutivo. La química única del carbono es la base fundamental de la capacidad de la naturaleza para sintonizarse a sí misma. [54] [55]
El físico teórico y sacerdote anglicano John Polkinghorne afirmó: "El ajuste antrópico es demasiado extraordinario para descartarlo como un simple accidente feliz". [56] El teólogo y filósofo Andrew Loke sostiene que sólo hay cinco categorías posibles de hipótesis relativas al ajuste y el orden: (i) azar, (ii) regularidad, (iii) combinaciones de regularidad y azar, (iv) sin causa, y (v) diseño, y que sólo el diseño da una explicación exclusivamente lógica del orden en el universo. [57] Sostiene que el argumento cosmológico de Kalam fortalece el argumento teleológico al responder a la pregunta " ¿Quién diseñó al Diseñador? " [57] El creacionista Hugh Ross avanza una serie de hipótesis de ajuste. [58] [59] Uno 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]
Contrariamente al argumento común de que un pequeño aumento en la intensidad de la fuerza fuerte conduciría a la destrucción de todo el hidrógeno en el Big Bang debido a la unión del diprotón y el dinetrón con un impacto catastrófico en la vida tal como la conocemos, Mostramos que siempre que el aumento en la constante de acoplamiento de fuerza fuerte sea inferior a aproximadamente el 50%, quedan cantidades sustanciales de hidrógeno.
