El principio antrópico , también conocido como el efecto de selección de la observación , es la hipótesis de que el rango de posibles observaciones que se pueden hacer sobre el universo está limitado por el hecho de que las observaciones solo son posibles en el tipo de universo que es capaz de desarrollar vida inteligente. Los defensores del principio antrópico argumentan que explica por qué el universo tiene la edad y las constantes físicas fundamentales necesarias para dar cabida a la vida inteligente. Si cualquiera de las dos hubiera sido significativamente diferente, nadie habría estado presente para hacer observaciones. El razonamiento antrópico se ha utilizado para abordar la cuestión de por qué ciertas constantes físicas medidas toman los valores que toman, en lugar de otros valores arbitrarios, y para explicar la percepción de que el universo parece estar finamente ajustado para la existencia de vida .
Existen muchas formulaciones diferentes del principio antrópico. El filósofo Nick Bostrom cuenta treinta, pero los principios subyacentes pueden dividirse en formas "débiles" y "fuertes", dependiendo del tipo de afirmaciones cosmológicas que impliquen. [1]
El principio se formuló como respuesta a una serie de observaciones de que las leyes de la naturaleza y los parámetros del universo tienen valores que son consistentes con las condiciones para la vida tal como se la conoce, en lugar de valores que no serían consistentes con la vida en la Tierra . El principio antrópico establece que se trata de una necesidad a posteriori , porque si la vida fuera imposible, no habría ninguna entidad viviente allí para observarla y, por lo tanto, no sería conocida. Es decir, debe ser posible observar algún universo y, por lo tanto, las leyes y constantes de dicho universo deben dar cabida a esa posibilidad.
Se ha argumentado [2] que el término antrópico en "principio antrópico" es un nombre inapropiado . [nota 1] Si bien se destaca el tipo de vida basada en el carbono que se puede observar actualmente, ninguno de los fenómenos finamente ajustados requiere vida humana o algún tipo de chovinismo del carbono . [3] [4] Cualquier forma de vida o cualquier forma de átomo pesado, piedra, estrella o galaxia serviría; no hay nada específicamente humano o antrópico involucrado. [5]
El principio antrópico ha dado lugar a cierta confusión y controversia, en parte porque la frase se ha aplicado a varias ideas distintas. Todas las versiones del principio han sido acusadas de desalentar la búsqueda de una comprensión física más profunda del universo. El principio antrópico a menudo es criticado por carecer de falsabilidad y, por lo tanto, sus críticos pueden señalar que el principio antrópico es un concepto no científico, aunque el principio antrópico débil, "las condiciones que se observan en el universo deben permitir que el observador exista", [6] es "fácil" de apoyar en matemáticas y filosofía (es decir, es una tautología o perogrullada ). Sin embargo, construir un argumento sustancial basado en un fundamento tautológico es problemático. Las variantes más fuertes del principio antrópico no son tautologías y, por lo tanto, hacen afirmaciones consideradas controvertidas por algunos y que dependen de la verificación empírica. [7]
En 1961, Robert Dicke señaló que la edad del universo , tal como la ven los observadores vivos, no puede ser aleatoria. [8] En cambio, los factores biológicos obligan al universo a estar más o menos en una "edad de oro", ni demasiado joven ni demasiado viejo. [9] Si el universo tuviera una décima parte de su edad actual, no habría habido tiempo suficiente para desarrollar niveles apreciables de metalicidad (niveles de elementos además del hidrógeno y el helio ), especialmente carbono , por nucleosíntesis . Todavía no existían pequeños planetas rocosos. Si el universo fuera 10 veces más viejo de lo que realmente es, la mayoría de las estrellas serían demasiado viejas para permanecer en la secuencia principal y se habrían convertido en enanas blancas , aparte de las enanas rojas más tenues , y los sistemas planetarios estables ya habrían llegado a su fin. Así, Dicke explicó la coincidencia entre los grandes números adimensionales construidos a partir de las constantes de la física y la edad del universo, una coincidencia que inspiró la teoría de G variable de Dirac .
Dicke razonó más tarde que la densidad de materia en el universo debe ser casi exactamente la densidad crítica necesaria para evitar el Big Crunch (el argumento de las "coincidencias de Dicke" ). Las mediciones más recientes pueden sugerir que la densidad observada de materia bariónica , y algunas predicciones teóricas de la cantidad de materia oscura , explican alrededor del 30% de esta densidad crítica, y el resto contribuye una constante cosmológica . Steven Weinberg [10] dio una explicación antrópica para este hecho: señaló que la constante cosmológica tiene un valor notablemente bajo, unos 120 órdenes de magnitud menor que el valor que predice la física de partículas (esto se ha descrito como la " peor predicción en física "). [11] Sin embargo, si la constante cosmológica fuera solo varios órdenes de magnitud mayor que su valor observado, el universo sufriría una inflación catastrófica , lo que impediría la formación de estrellas y, por lo tanto, la vida.
Los valores observados de las constantes físicas adimensionales (como la constante de estructura fina ) que gobiernan las cuatro interacciones fundamentales están equilibrados como si estuvieran ajustados para permitir la formación de materia comúnmente encontrada y posteriormente el surgimiento de la vida. [12] Un ligero aumento en la interacción fuerte (hasta el 50% para algunos autores [13] ) uniría el dineutrón y el diprotón y convertiría todo el hidrógeno en el universo primitivo en helio; [14] de la misma manera, un aumento en la interacción débil también convertiría todo el hidrógeno en helio. El agua, así como las estrellas estables de vida suficientemente larga, ambas esenciales para el surgimiento de la vida tal como se la conoce, no existirían. [15] De manera más general, pequeños cambios en las fuerzas relativas de las cuatro interacciones fundamentales pueden afectar en gran medida la edad, la estructura y la capacidad para la vida del universo.
La frase "principio antrópico" apareció por primera vez en la contribución de Brandon Carter a un simposio de Cracovia en 1973 en honor al 500 aniversario del nacimiento de Copérnico . Carter, un astrofísico teórico, articuló el Principio Antrópico en reacción al Principio Copernicano , que establece que los humanos no ocupan una posición privilegiada en el Universo . Carter dijo: "Aunque nuestra situación no es necesariamente central , es inevitablemente privilegiada hasta cierto punto". [16] En concreto, Carter no estaba de acuerdo con el uso del principio copernicano para justificar el Principio Cosmológico Perfecto , que establece que todas las grandes regiones y tiempos del universo deben ser estadísticamente idénticos. Este último principio subyace a la teoría del estado estacionario , que había sido recientemente refutada por el descubrimiento en 1965 de la radiación cósmica de fondo de microondas . Este descubrimiento fue una prueba inequívoca de que el universo ha cambiado radicalmente con el tiempo (por ejemplo, a través del Big Bang ). [ cita requerida ]
Carter definió dos formas del principio antrópico: una "débil", que se refería únicamente a la selección antrópica de ubicaciones privilegiadas en el espacio-tiempo del universo, y una forma "fuerte", más controvertida, que abordaba los valores de las constantes fundamentales de la física.
Roger Penrose explicó la forma débil de la siguiente manera:
Este argumento puede utilizarse para explicar por qué las condiciones son las adecuadas para la existencia de vida (inteligente) en la Tierra en el momento actual, ya que si no fueran las adecuadas, no nos encontraríamos aquí ahora, sino en otro lugar, en algún otro momento apropiado. Brandon Carter y Robert Dicke utilizaron este principio de forma muy eficaz para resolver una cuestión que había desconcertado a los físicos durante muchos años. La cuestión se refería a varias relaciones numéricas sorprendentes que se observan entre las constantes físicas (la constante gravitacional , la masa del protón , la edad del universo , etc.). Un aspecto desconcertante de esto era que algunas de las relaciones sólo se cumplen en la época actual de la historia de la Tierra, por lo que parece que, casualmente, vivimos en una época muy especial (¡más o menos unos pocos millones de años!). Esto fue explicado más tarde, por Carter y Dicke, por el hecho de que esta época coincidía con la vida de las llamadas estrellas de la secuencia principal , como el Sol. En cualquier otra época, se argumentaba, no habría habido vida inteligente alrededor para medir las constantes físicas en cuestión, por lo que la coincidencia tenía que mantenerse, simplemente porque habría habido vida inteligente alrededor solo en el momento particular en que la coincidencia se mantuviera.
— La nueva mente del Emperador , capítulo 10
Una razón por la que esto es plausible es que hay muchos otros lugares y tiempos en los que los humanos podrían haber evolucionado. Pero al aplicar el principio fuerte, sólo hay un universo, con un conjunto de parámetros fundamentales, así que ¿cuál es exactamente el punto que se plantea? Carter ofrece dos posibilidades: primero, los humanos pueden usar su propia existencia para hacer "predicciones" sobre los parámetros. Pero segundo, "como último recurso", los humanos pueden convertir estas predicciones en explicaciones asumiendo que hay más de un universo, de hecho una gran y posiblemente infinita colección de universos, algo que ahora se llama el multiverso ("conjunto de mundos" fue el término de Carter), en el que los parámetros (y quizás las leyes de la física) varían a través de los universos. El principio fuerte entonces se convierte en un ejemplo de un efecto de selección , exactamente análogo al principio débil. Postular un multiverso es ciertamente un paso radical, pero tomarlo podría proporcionar al menos una respuesta parcial a una pregunta aparentemente fuera del alcance de la ciencia normal: "¿Por qué las leyes fundamentales de la física toman la forma particular que observamos y no otra?"
Desde el artículo de Carter de 1973, el término principio antrópico se ha extendido para abarcar una serie de ideas que difieren de las suyas en aspectos importantes. Una confusión particular fue causada por el libro de 1986 The Anthropic Cosmological Principle de John D. Barrow y Frank Tipler , [17] que distinguía entre un principio antrópico "débil" y "fuerte" de una manera muy diferente a la de Carter, como se analiza en la siguiente sección.
Carter no fue el primero en invocar alguna forma del principio antrópico. De hecho, el biólogo evolucionista Alfred Russel Wallace anticipó el principio antrópico ya en 1904: “Un universo tan vasto y complejo como el que sabemos que existe a nuestro alrededor puede haber sido absolutamente necesario [...] para producir un mundo que debería estar adaptado con precisión en cada detalle para el desarrollo ordenado de la vida que culminaría en el hombre”. [18] En 1957, Robert Dicke escribió: “La edad del Universo “actual” no es aleatoria sino que está condicionada por factores biológicos [...] [los cambios en los valores de las constantes fundamentales de la física] impedirían la existencia del hombre para considerar el problema”. [19]
Ludwig Boltzmann puede haber sido uno de los primeros científicos modernos en utilizar el razonamiento antrópico. Antes de conocer el Big Bang, los conceptos termodinámicos de Boltzmann pintaron una imagen de un universo que tenía una entropía inexplicablemente baja . Boltzmann sugirió varias explicaciones, una de las cuales se basaba en fluctuaciones que podrían producir focos de baja entropía o universos de Boltzmann. Si bien la mayor parte del universo no tiene características en este modelo, para Boltzmann no es sorprendente que la humanidad habite un universo de Boltzmann, ya que ese es el único lugar donde podría haber vida inteligente. [20] [21]
Principio antrópico débil (PAD) ( Carter ): "... nuestra ubicación en el universo es necesariamente privilegiada en la medida en que sea compatible con nuestra existencia como observadores". [16] Para Carter, "ubicación" se refiere a nuestra ubicación en el tiempo así como en el espacio.
Principio antrópico fuerte (SAP) (Carter): "[E]l universo (y por lo tanto los parámetros fundamentales de los que depende) debe ser tal que admita la creación de observadores dentro de él en algún momento. Parafraseando a Descartes , cogito ergo mundus talis est ".
La etiqueta latina ("pienso, luego el mundo es tal [como es]") deja en claro que "debe" indica una deducción del hecho de nuestra existencia; la afirmación es, por lo tanto, una verdad de Perogrullo .
En su libro de 1986, El principio cosmológico antrópico , John Barrow y Frank Tipler se apartan de Carter y definen el WAP y el SAP de la siguiente manera: [22] [23]
Principio antrópico débil (PAD) (Barrow y Tipler): "Los valores observados de todas las magnitudes físicas y cosmológicas no son igualmente probables, sino que asumen valores restringidos por el requisito de que existan lugares donde pueda evolucionar la vida basada en el carbono y por el requisito de que el universo sea lo suficientemente viejo como para que ya lo haya hecho". [24] A diferencia de Carter, ellos restringen el principio a la vida basada en el carbono, en lugar de sólo a los "observadores". Una diferencia más importante es que ellos aplican el PAD a las constantes físicas fundamentales, como la constante de estructura fina , el número de dimensiones del espacio-tiempo y la constante cosmológica , temas que caen bajo el SAP de Carter.
Principio antrópico fuerte (SAP) (Barrow y Tipler): “El Universo debe tener aquellas propiedades que permitan que la vida se desarrolle dentro de él en alguna etapa de su historia”. [25]
Esto parece muy similar al SAP de Carter, pero a diferencia del caso del SAP de Carter, el “debe” es un imperativo, como lo muestran las siguientes tres elaboraciones posibles del SAP, cada una propuesta por Barrow y Tipler: [26]
Los filósofos John Leslie [27] y Nick Bostrom [21] rechazan el SAP de Barrow y Tipler por considerarlo una interpretación fundamentalmente errónea de Carter. Para Bostrom, el principio antrópico de Carter simplemente nos advierte que debemos tener en cuenta el sesgo antrópico —es decir, el sesgo creado por los efectos de selección antrópica (que Bostrom llama efectos de selección de "observación")—, la necesidad de que existan observadores para obtener un resultado. Escribe:
Muchos de los "principios antrópicos" son simplemente confusos. Algunos, especialmente los que se inspiran en los artículos seminales de Brandon Carter, son sólidos, pero... son demasiado débiles para realizar un trabajo científico real. En particular, sostengo que la metodología actual no permite derivar ninguna consecuencia observacional de las teorías cosmológicas contemporáneas, aunque estas teorías claramente pueden ser y están siendo probadas empíricamente por los astrónomos. Lo que se necesita para llenar este vacío metodológico es una formulación más adecuada de cómo deben tenerse en cuenta los efectos de la selección de observaciones.
— Sesgo antrópico , Introducción [28]
Supuesto de automuestreo fuerte (SSSA) ( Bostrom ): "Cada momento observador debería razonar como si fuera seleccionado aleatoriamente de la clase de todos los momentos observadores en su clase de referencia".
Analizar la experiencia de un observador en una secuencia de "momentos observadores" ayuda a evitar ciertas paradojas; pero la principal ambigüedad es la selección de la "clase de referencia" apropiada: para el WAP de Carter, esto podría corresponder a todos los momentos observadores reales o potenciales en nuestro universo; para el SAP, a todos en el multiverso. El desarrollo matemático de Bostrom muestra que elegir una clase de referencia demasiado amplia o demasiado estrecha conduce a resultados contraintuitivos, pero no es capaz de prescribir una elección ideal.
Según Jürgen Schmidhuber , el principio antrópico básicamente dice que la probabilidad condicional de encontrarse en un universo compatible con su existencia es siempre 1. No permite ninguna predicción no trivial adicional como "la gravedad no cambiará mañana". Para obtener más poder predictivo, son necesarios supuestos adicionales sobre la distribución previa de universos alternativos . [29] [30]
El dramaturgo y novelista Michael Frayn describe una forma del principio antrópico fuerte en su libro de 2006 The Human Touch , que explora lo que él caracteriza como "la rareza central del Universo":
Se trata de una paradoja muy sencilla: el universo es muy antiguo y muy grande. La humanidad, en comparación, es sólo una pequeña perturbación en un pequeño rincón de él, y muy reciente. Sin embargo, el universo es muy grande y muy viejo sólo porque estamos aquí para decir que lo es... Y, sin embargo, por supuesto, todos sabemos perfectamente que es lo que es, estemos aquí o no. [31]
Carter decidió centrarse en un aspecto tautológico de sus ideas, lo que ha provocado mucha confusión. De hecho, el razonamiento antrópico interesa a los científicos por algo que sólo está implícito en las definiciones formales anteriores, a saber, que los humanos deberían considerar seriamente la posibilidad de que existan otros universos con valores diferentes de los "parámetros fundamentales", es decir, las constantes físicas adimensionales y las condiciones iniciales para el Big Bang . Carter y otros han argumentado que la vida no sería posible en la mayoría de esos universos. En otras palabras, el universo en el que vivimos los humanos está finamente ajustado para permitir la vida. Collins y Hawking (1973) caracterizaron la gran idea de Carter, entonces inédita, como el postulado de que "no hay un universo sino un conjunto infinito de universos con todas las condiciones iniciales posibles". [32] Si se acepta esto, el principio antrópico proporciona una explicación plausible para el ajuste fino de nuestro universo: el universo "típico" no está finamente ajustado, pero dados suficientes universos, una pequeña fracción será capaz de soportar vida inteligente. El nuestro debe ser uno de ellos, por lo que el ajuste fino observado no debería ser motivo de sorpresa.
Aunque los filósofos han discutido conceptos relacionados durante siglos, a principios de la década de 1970 la única teoría física genuina que producía una especie de multiverso era la interpretación de los muchos mundos de la mecánica cuántica . Esto permitiría la variación en las condiciones iniciales, pero no en las constantes verdaderamente fundamentales. Desde entonces se han sugerido varios mecanismos para producir un multiverso: véase la reseña de Max Tegmark . [33] Un desarrollo importante en la década de 1980 fue la combinación de la teoría de la inflación con la hipótesis de que algunos parámetros están determinados por la ruptura de la simetría en el universo primitivo, lo que permite que los parámetros previamente considerados como "constantes fundamentales" varíen a lo largo de distancias muy grandes, erosionando así la distinción entre los principios débil y fuerte de Carter. A principios del siglo XXI, el paisaje de cuerdas surgió como un mecanismo para variar esencialmente todas las constantes, incluido el número de dimensiones espaciales. [nota 2]
La idea antrópica de que los parámetros fundamentales se seleccionan de una multitud de posibilidades diferentes (cada una de ellas real en un universo u otro) contrasta con la esperanza tradicional de los físicos de una teoría del todo sin parámetros libres. Como dijo Albert Einstein : "Lo que realmente me interesa es si Dios tuvo alguna opción en la creación del mundo". En 2002, algunos defensores del principal candidato para una "teoría del todo", la teoría de cuerdas , proclamaron "el fin del principio antrópico" [34] ya que no habría parámetros libres para seleccionar. En 2003, sin embargo, Leonard Susskind afirmó: "... parece plausible que el paisaje sea inimaginablemente grande y diverso. Este es el comportamiento que da credibilidad al principio antrópico". [35]
La forma moderna de un argumento de diseño es presentada por el diseño inteligente . Los defensores del diseño inteligente a menudo citan las observaciones de ajuste fino que (en parte) precedieron a la formulación del principio antrópico por Carter como prueba de un diseñador inteligente. Los oponentes del diseño inteligente no se limitan a aquellos que plantean la hipótesis de que existen otros universos; también pueden argumentar, antiantrópicamente, que el universo está menos ajustado de lo que a menudo se afirma, o que aceptar el ajuste fino como un hecho bruto es menos asombroso que la idea de un creador inteligente. Además, incluso aceptando el ajuste fino, Sober (2005) [36] e Ikeda y Jefferys [37] [38] sostienen que el principio antrópico como se enuncia convencionalmente en realidad socava el diseño inteligente.
El libro de Paul Davies The Goldilocks Enigma (2006) analiza en detalle el estado actual del debate sobre el ajuste fino y concluye enumerando las siguientes respuestas a ese debate: [9] : 261–267
Se omite aquí el modelo de selección natural cosmológica de Lee Smolin , también conocido como universos fecundos , que propone que los universos tienen "descendientes" que son más abundantes si se parecen a nuestro universo. Véase también Gardner (2005). [39]
Es evidente que cada una de estas hipótesis resuelve algunos aspectos del rompecabezas, mientras que deja otros sin respuesta. Los seguidores de Carter sólo admitirían la opción 3 como explicación antrópica, mientras que las opciones 3 a 6 están contempladas en diferentes versiones del SAP de Barrow y Tipler (que también incluiría la 7 si se la considera una variante de la 4, como en Tipler 1994).
El principio antrópico, al menos tal como lo concibió Carter, puede aplicarse a escalas mucho menores que el universo entero. Por ejemplo, Carter (1983) [40] invirtió la línea habitual de razonamiento y señaló que al interpretar el registro evolutivo hay que tener en cuenta consideraciones cosmológicas y astrofísicas . Con esto en mente, Carter concluyó que dadas las mejores estimaciones de la edad del universo , la cadena evolutiva que culmina en el Homo sapiens probablemente admita solo uno o dos eslabones de baja probabilidad.
Ninguna evidencia observacional posible tiene peso en el WAP de Carter, ya que es un mero consejo para el científico y no afirma nada discutible. La prueba obvia del SAP de Barrow, que dice que el universo es "necesario" para sostener la vida, es encontrar evidencia de vida en universos distintos del nuestro. Cualquier otro universo es, según la mayoría de las definiciones, inobservable (de lo contrario, estaría incluido en nuestra porción de este universo [¿ peso excesivo? – discutir ] ). Por lo tanto, en principio el SAP de Barrow no puede ser refutado observando un universo en el que no puede existir un observador.
El filósofo John Leslie [41] afirma que el SAP de Carter (con multiverso ) predice lo siguiente:
Hogan [42] ha subrayado que sería muy extraño que todas las constantes fundamentales estuvieran estrictamente determinadas, ya que esto nos dejaría sin una explicación inmediata para el aparente ajuste fino. De hecho, los seres humanos tendríamos que recurrir a algo parecido al SAP de Barrow y Tipler: no habría opción para que un universo así no admitiera vida.
Se pueden realizar predicciones probabilísticas de valores de parámetros dados:
La probabilidad de observar el valor X es entonces proporcional a N ( X ) P ( X ) . Una característica genérica de un análisis de esta naturaleza es que los valores esperados de las constantes físicas fundamentales no deben estar "sobreajustados", es decir, si hay algún valor predicho perfectamente ajustado (por ejemplo, cero), el valor observado no necesita estar más cerca de ese valor predicho de lo que se requiere para que la vida sea posible. El valor pequeño pero finito de la constante cosmológica puede considerarse como una predicción exitosa en este sentido.
Una cosa que no contaría como evidencia del principio antrópico es la evidencia de que la Tierra o el Sistema Solar ocupaban una posición privilegiada en el universo, en violación del principio copernicano (para posible contraevidencia a este principio, ver principio copernicano ), a menos que hubiera alguna razón para pensar que esa posición era una condición necesaria para nuestra existencia como observadores.
Fred Hoyle pudo haber invocado el razonamiento antrópico para predecir un fenómeno astrofísico. Se dice que razonó, a partir de la prevalencia en la Tierra de formas de vida cuya química se basaba en núcleos de carbono-12 , que debía haber una resonancia no descubierta en el núcleo de carbono-12 que facilitaba su síntesis en el interior de las estrellas a través del proceso triple-alfa . Luego calculó que la energía de esta resonancia no descubierta era de 7,6 millones de electronvoltios . [43] [44] El grupo de investigación de Willie Fowler pronto encontró esta resonancia, y su energía medida estaba cerca de la predicción de Hoyle.
Sin embargo, en 2010 Helge Kragh argumentó que Hoyle no utilizó el razonamiento antrópico para hacer su predicción, ya que hizo su predicción en 1953 y el razonamiento antrópico no cobró importancia hasta 1980. Llamó a esto un "mito antrópico", diciendo que Hoyle y otros hicieron una conexión posterior al hecho entre el carbono y la vida, décadas después del descubrimiento de la resonancia.
Una investigación de las circunstancias históricas de la predicción y su posterior confirmación experimental muestra que Hoyle y sus contemporáneos no asociaron en absoluto el nivel del núcleo de carbono con la vida. [45]
Don Page criticó la teoría de la inflación cósmica en su totalidad de la siguiente manera. [46] Enfatizó que las condiciones iniciales que hicieron posible una flecha termodinámica del tiempo en un universo con un origen de Big Bang , deben incluir la suposición de que en la singularidad inicial, la entropía del universo era baja y por lo tanto extremadamente improbable. Paul Davies refutó esta crítica invocando una versión inflacionaria del principio antrópico. [47] Si bien Davies aceptó la premisa de que el estado inicial del universo visible (que llenaba una cantidad microscópica de espacio antes de inflarse) tenía que poseer un valor de entropía muy bajo (debido a fluctuaciones cuánticas aleatorias) para explicar la flecha termodinámica del tiempo observada, consideró que este hecho era una ventaja para la teoría. El hecho de que la pequeña porción de espacio a partir de la cual creció nuestro universo observable tuviera que ser extremadamente ordenada, para permitir que el universo posterior a la inflación tuviera una flecha del tiempo, hace innecesario adoptar cualquier hipótesis "ad hoc" sobre el estado de entropía inicial, hipótesis que requieren otras teorías del Big Bang.
La teoría de cuerdas predice una gran cantidad de universos posibles, llamados "fondos" o "vacíos". El conjunto de estos vacíos se denomina a menudo " multiverso ", " paisaje antrópico " o "paisaje de cuerdas". Leonard Susskind ha sostenido que la existencia de una gran cantidad de vacíos pone el razonamiento antrópico sobre una base sólida: sólo se observan los universos cuyas propiedades son tales que permiten la existencia de observadores, mientras que un conjunto posiblemente mucho mayor de universos que carecen de tales propiedades pasan desapercibidos. [35]
Steven Weinberg [48] cree que el principio antrópico puede ser apropiado por los cosmólogos comprometidos con el no teísmo , y se refiere a ese principio como un "punto de inflexión" en la ciencia moderna porque aplicarlo al paisaje de cuerdas "puede explicar cómo las constantes de la naturaleza que observamos pueden tomar valores adecuados para la vida sin ser ajustadas por un creador benevolente". Otros, más notablemente David Gross pero también Lubos Motl , Peter Woit y Lee Smolin, argumentan que esto no es predictivo. Max Tegmark , [49] Mario Livio y Martin Rees [50] argumentan que solo algunos aspectos de una teoría física necesitan ser observables y/o comprobables para que la teoría sea aceptada, y que muchas teorías bien aceptadas están lejos de ser completamente comprobables en la actualidad.
Jürgen Schmidhuber (2000-2002) señala que la teoría de la inferencia inductiva universal de Ray Solomonoff y sus extensiones ya proporcionan un marco para maximizar nuestra confianza en cualquier teoría, dada una secuencia limitada de observaciones físicas y alguna distribución previa en el conjunto de posibles explicaciones del universo.
Zhi-Wei Wang y Samuel L. Braunstein demostraron que la existencia de vida en el universo depende de varias constantes fundamentales. Sugieren que sin una comprensión completa de estas constantes, uno podría percibir incorrectamente el universo como diseñado inteligentemente para la vida. Esta perspectiva desafía la idea de que nuestro universo es único en su capacidad para sustentar la vida. [51]
Hay dos tipos de dimensiones: espacial (bidireccional) y temporal (unidireccional). [53] Sea N el número de dimensiones espaciales y T el número de dimensiones temporales . Que N = 3 y T = 1 , dejando de lado las dimensiones compactificadas invocadas por la teoría de cuerdas e indetectables hasta la fecha, se puede explicar apelando a las consecuencias físicas de dejar que N difiera de 3 y que T difiera de 1. El argumento es a menudo de carácter antrópico y posiblemente el primero de su tipo, aunque antes de que el concepto completo se pusiera de moda.
La noción implícita de que la dimensionalidad del universo es especial se atribuye por primera vez a Gottfried Wilhelm Leibniz , quien en el Discurso sobre la metafísica sugirió que el mundo es "aquel que es al mismo tiempo el más simple en hipótesis y el más rico en fenómenos". [54] Immanuel Kant sostuvo que el espacio tridimensional era una consecuencia de la ley del cuadrado inverso de la gravitación universal . Si bien el argumento de Kant es históricamente importante, John D. Barrow dijo que "retoma la idea al revés: es la tridimensionalidad del espacio lo que explica por qué vemos leyes de fuerza del cuadrado inverso en la naturaleza, no al revés" (Barrow 2002:204). [nota 3]
En 1920, Paul Ehrenfest demostró que si sólo hay una única dimensión temporal y más de tres dimensiones espaciales, la órbita de un planeta alrededor de su Sol no puede permanecer estable. Lo mismo es cierto de la órbita de una estrella alrededor del centro de su galaxia . [55] Ehrenfest también demostró que si hay un número par de dimensiones espaciales, entonces las diferentes partes de un impulso de onda viajarán a diferentes velocidades. Si hay dimensiones espaciales, donde k es un número entero positivo, entonces los impulsos de onda se distorsionan. En 1922, Hermann Weyl afirmó que la teoría del electromagnetismo de Maxwell puede expresarse en términos de una acción sólo para una variedad de cuatro dimensiones. [56] Finalmente, Tangherlini demostró en 1963 que cuando hay más de tres dimensiones espaciales, los orbitales de los electrones alrededor de los núcleos no pueden ser estables; los electrones caerían en el núcleo o se dispersarían. [57]
Max Tegmark amplía el argumento precedente de la siguiente manera antrópica. [58] Si T difiere de 1, 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, si T > 1 , Tegmark mantiene que los protones y electrones serían inestables y podrían desintegrarse en partículas con mayor masa que ellos mismos. (Esto no es un problema si las partículas tienen una temperatura suficientemente baja). [58] Por último, si N < 3 , la gravitación de cualquier tipo se vuelve problemática, y el universo probablemente sería demasiado simple para contener observadores. Por ejemplo, cuando N < 3 , los nervios no pueden cruzarse sin intersecar. [58] Por lo tanto, los argumentos antrópicos y otros descartan todos los casos excepto N = 3 y T = 1 , que describe el mundo que nos rodea.
Por otra parte, en vista de la creación de agujeros negros a partir de un gas monoatómico ideal bajo su propia gravedad, Wei-Xiang Feng demostró que el espacio-tiempo (3 + 1) -dimensional es la dimensionalidad marginal. Además, es la única dimensionalidad que puede permitir una esfera de gas "estable" con una constante cosmológica "positiva" . Sin embargo, un gas autogravitante no puede estar ligado de manera estable si la esfera de masa es mayor que ~10 21 masas solares, debido a la pequeña positividad de la constante cosmológica observada. [59]
En 2019, James Scargill sostuvo que la vida compleja puede ser posible con dos dimensiones espaciales. Según Scargill, una teoría puramente escalar de la gravedad puede permitir una fuerza gravitacional local, y las redes 2D pueden ser suficientes para las redes neuronales complejas. [60] [61]
Algunas de las disputas y especulaciones metafísicas incluyen, por ejemplo, intentos de respaldar la interpretación anterior de Pierre Teilhard de Chardin del universo como centrado en Cristo (compárese con Punto Omega ), expresando una creatio evolutiva en lugar de la noción más antigua de creatio continua . [62] Desde una perspectiva estrictamente secular y humanista, también permite volver a poner a los seres humanos en el centro, un cambio antropogénico en la cosmología. [62] Karl W. Giberson [63] ha declarado lacónicamente que
Lo que surge es la sugerencia de que la cosmología puede finalmente estar en posesión de alguna materia prima para un mito de creación posmoderno .
—Karl W. Giberson
William Sims Bainbridge no estuvo de acuerdo con el optimismo de De Chardin sobre un futuro punto Omega al final de la historia, argumentando que, lógicamente, los humanos están atrapados en el punto Ómicron, en medio del alfabeto griego en lugar de avanzar hacia el final, porque el universo no necesita tener ninguna característica que sustente nuestro mayor progreso técnico, si el principio antrópico simplemente requiere que sea adecuado para nuestra evolución hasta este punto. [64]
Un estudio exhaustivo del principio antrópico es el libro The anthropic cosmological principles (El principio cosmológico antrópico) de John D. Barrow , cosmólogo , y Frank J. Tipler , cosmólogo y físico matemático . Este libro expone en detalle las numerosas coincidencias y limitaciones antrópicas conocidas, incluidas muchas descubiertas por sus autores. Si bien el libro es principalmente un trabajo de astrofísica teórica , también toca la física cuántica , la química y las ciencias de la Tierra . Un capítulo entero sostiene que el Homo sapiens es, con alta probabilidad, la única especie inteligente en la Vía Láctea .
El libro comienza con una revisión extensa de muchos temas en la historia de las ideas que los autores consideran relevantes para el principio antrópico, porque creen que el principio tiene antecedentes importantes en las nociones de teleología y diseño inteligente . Analizan los escritos de Fichte , Hegel , Bergson y Alfred North Whitehead , y la cosmología del Punto Omega de Teilhard de Chardin . Barrow y Tipler distinguen cuidadosamente el razonamiento teleológico del razonamiento eutaxiológico ; el primero afirma que el orden debe tener un propósito consecuente; el segundo afirma más modestamente que el orden debe tener una causa planificada. Atribuyen esta distinción importante pero casi siempre pasada por alto a un oscuro libro de 1883 de LE Hicks. [65]
Al ver poco sentido en un principio que exige que surja vida inteligente mientras permanecen indiferentes a la posibilidad de su eventual extinción, Barrow y Tipler proponen el principio antrópico final (FAP): el procesamiento inteligente de información debe surgir en el universo y, una vez que surge, nunca se extinguirá. [66]
Barrow y Tipler sostienen que la FAP es a la vez una afirmación física válida y "estrechamente conectada con los valores morales". La FAP impone fuertes restricciones a la estructura del universo , restricciones desarrolladas con más detalle en The Physics of Immortality de Tipler . [67] Una de esas restricciones es que el universo debe terminar en un Big Crunch , lo que parece poco probable en vista de las conclusiones tentativas extraídas desde 1998 sobre la energía oscura , basadas en observaciones de supernovas muy distantes .
En su reseña [68] de Barrow y Tipler, Martin Gardner ridiculizó el FAP citando las dos últimas frases de su libro como la definición de un principio antrópico (CRAP) completamente ridículo:
En el instante en que se alcance el Punto Omega , la vida habrá ganado el control de toda la materia y de todas las fuerzas, no sólo en un único universo, sino en todos los universos cuya existencia sea lógicamente posible; la vida se habrá extendido a todas las regiones espaciales de todos los universos que podrían existir lógicamente, y habrá almacenado una cantidad infinita de información, incluyendo todos los fragmentos de conocimiento que es lógicamente posible conocer. Y este es el fin. [69]
Carter ha expresado frecuentemente su pesar por su propia elección de la palabra "antrópico", porque transmite la impresión engañosa de que el principio involucra a los humanos en particular , con exclusión de la inteligencia no humana en general. [70] Otros [71] han criticado la palabra "principio" por ser demasiado grandilocuente para describir aplicaciones directas de los efectos de selección .
Una crítica habitual al SAP de Carter es que es un deus ex machina fácil que desalienta la búsqueda de explicaciones físicas. Para citar de nuevo a Penrose: "Los teóricos tienden a invocarlo siempre que no tienen una teoría lo suficientemente buena para explicar los hechos observados". [72]
El SAP de Carter y el WAP de Barrow y Tipler han sido descartados como perogrulladas o tautologías triviales , es decir, afirmaciones verdaderas únicamente en virtud de su forma lógica y no porque se haga una afirmación sustancial respaldada por la observación de la realidad. Como tal, se los critica como una forma elaborada de decir: "Si las cosas fueran diferentes, serían diferentes", [ cita requerida ], lo cual es una afirmación válida, pero no hace una afirmación de una alternativa fáctica sobre otra.
Los críticos de la SAP de Barrow y Tipler afirman que no es ni comprobable ni refutable , y por lo tanto no es una afirmación científica sino más bien filosófica. La misma crítica se ha dirigido contra la hipótesis de un multiverso , aunque algunos argumentan [73] que sí hace predicciones refutables. Una versión modificada de esta crítica es que la humanidad entiende tan poco sobre el surgimiento de la vida, especialmente la vida inteligente, que es efectivamente imposible calcular el número de observadores en cada universo. Además, la distribución previa de universos como función de las constantes fundamentales se modifica fácilmente para obtener cualquier resultado deseado. [74]
Muchas críticas se centran en versiones del principio antrópico fuerte, como el principio cosmológico antrópico de Barrow y Tipler , que son nociones teleológicas que tienden a describir la existencia de vida como un prerrequisito necesario para las constantes observables de la física. De manera similar, Stephen Jay Gould , [75] [76] Michael Shermer , [77] y otros afirman que las versiones más fuertes del principio antrópico parecen invertir las causas y efectos conocidos. Gould comparó la afirmación de que el universo está ajustado para el beneficio de nuestro tipo de vida con decir que las salchichas se hicieron largas y estrechas para que pudieran caber en los panecillos de hot dog modernos, o decir que se habían inventado barcos para albergar percebes . [ cita requerida ] Estos críticos citan la vasta evidencia física, fósil, genética y biológica consistente con que la vida se ha ajustado a través de la selección natural para adaptarse al entorno físico y geofísico en el que existe la vida. La vida parece haberse adaptado al universo, y no al revés.
Algunas aplicaciones del principio antrópico han sido criticadas como un argumento por falta de imaginación , por asumir tácitamente que los compuestos de carbono y el agua son la única química posible de la vida (a veces llamado " chovinismo del carbono "; véase también bioquímica alternativa ). [78] El rango de constantes físicas fundamentales consistentes con la evolución de la vida basada en el carbono también puede ser más amplio de lo que han argumentado quienes abogan por un universo finamente ajustado . [79] Por ejemplo, Harnik et al. [80] proponen un Universo sin Débil en el que se elimina la fuerza nuclear débil . Muestran que esto no tiene un efecto significativo en las otras interacciones fundamentales , siempre que se realicen algunos ajustes en cómo funcionan esas interacciones. Sin embargo, si se violaran algunos de los detalles finamente ajustados de nuestro universo, eso descartaría estructuras complejas de cualquier tipo: estrellas , planetas , galaxias , etc.
Lee Smolin ha propuesto una teoría diseñada para mejorar la falta de imaginación que se ha atribuido a los principios antrópicos. Presenta su teoría de los universos fecundos , que supone que los universos tienen "descendencia" a través de la creación de agujeros negros cuyos universos descendientes tienen valores de constantes físicas que dependen de los del universo madre. [81]
Los filósofos de la cosmología John Earman , [82] Ernan McMullin , [83] y Jesús Mosterín sostienen que "en su versión débil, el principio antrópico es una mera tautología, que no nos permite explicar nada ni predecir nada que no sepamos ya. En su versión fuerte, es una especulación gratuita". [84] Otra crítica de Mosterín se refiere a la errónea inferencia "antrópica" de la suposición de una infinidad de mundos a la existencia de uno como el nuestro:
La sugerencia de que una infinidad de objetos caracterizados por ciertos números o propiedades implica la existencia entre ellos de objetos con cualquier combinación de esos números o características [...] es errónea. Una infinitud no implica en absoluto que exista o se repita cualquier ordenamiento [...] La suposición de que todos los mundos posibles se realizan en un universo infinito es equivalente a la afirmación de que cualquier conjunto infinito de números contiene todos los números (o al menos todos los números de Gödel de las secuencias [definitorias]), lo cual es obviamente falso.
