jueves, 8 de enero de 2015

Propiedades antrópicas y suprantrópicas

En un artículo publicado previamente hablé del problema del ajuste fino, que se basa en la constatación de que muchas propiedades del universo parecen diseñadas para hacer posible nuestra existencia. Con otras palabras: esas propiedades cumplen el principio antrópico, lo que no significa otra cosa que la constatación de que el universo debe cumplir todas las condiciones necesarias para nuestra existencia, puesto que nosotros estamos aquí. Por otra parte, el principio de la mediocridad establece que las condiciones antrópicas del universo deberían ser las mínimas necesarias para hacer posible nuestra vida.
Se ha publicado recientemente un libro de Robin James Spivey titulado Aqueous solution, que sostiene que ciertas propiedades del universo son suprantrópicas (van más allá del principio antrópico), porque, no siendo necesarias para nuestra existencia, su presencia asegura nuestro futuro. Según Spivey, estas propiedades son un indicio de diseño mayor que las propiedades antrópicas, pues el principio de la mediocridad se opone a su presencia.
Veamos como ejemplo las propiedades antrópicas del hierro y del níquel. Los dos isótopos de estos elementos, 62Ni y 56Fe son los que poseen la mayor energía de enlace nuclear. En las reacciones que tienen lugar en ciertas estrellas, 56Ni es el elemento más pesado que puede construirse por fusión, pero siendo radiactivo decae espontáneamente y se transforma en 56Fe, que es el isótopo más estable de todos. Cuando esas estrellas se convierten en  supernovas (estallan), la mayor parte de la materia que difunden por el espacio es una mezcla de hierro y níquel, con cierta proporción de silicatos. Ocurre que el hierro y el níquel (junto con el cobalto) son los únicos elementos ferromagnéticos. Su ferromagnetismo ayuda a mantener juntos algunos grumos de esa materia, que acaban convirtiéndose en planetas tipo Tierra. Dado que los dos metales son más densos, el hierro y el níquel acaban en el núcleo del planeta, mientras los silicatos, más ligeros, forman el manto y la corteza. Si el planeta gira con suficiente rapidez, su núcleo ferromagnético genera un campo magnético que desvía las partículas nocivas del viento solar, evitando que arrastren la atmósfera del planeta y que destruyan la vida incipiente. Por lo tanto, sin las propiedades peculiares del hierro y el níquel, y el hecho de que sea precisamente una mezcla de esos elementos lo que más abunda en las explosiones de supernova, probablemente la vida no sería posible.
Veamos ahora las propiedades superantrópicas del hierro, según Spivey. Resulta que el hierro, en condiciones de presión y temperatura parecidas a las que reinan en el núcleo de los planetas tipo Tierra, presenta dos fases distintas: hcp y fcc. Justo antes de la transición entre estas dos fases, la energía del orbital 3d del átomo de hierro (que normalmente está vacío) va disminuyendo hasta hacerse menor que la del orbital 4s (que normalmente contiene un electrón). Justo antes de la intersección de las dos energías, en una zona que corresponde a la presión y temperatura del núcleo de los planetas tipo Tierra, la energía de transición entre los dos orbitales podría ser idéntica a la energía de desintegración del neutrino al reaccionar con su antineutrino correspondiente. El núcleo de un planeta, por tanto, podría absorber esa energía de desintegración. Si el número de neutrinos fuese importante, dicha energía podría ser suficiente para asegurar la posibilidad de la vida en ese planeta, incluso en ausencia de una estrella próxima. Por lo tanto, las propiedades superantrópicas del hierro podrían asegurar indefinidamente nuestra existencia, más allá del fin de las estrellas en el universo.
¿Hay alguna forma de comprobar esta teoría? Spivey propone varias maneras de hacerlo. Por un lado, el neutrino y su antineutrino deberían ser la misma partícula, algo que se ha propuesto, pero no se ha comprobado. Por otro lado, para optimizar el efecto descrito, la masa del neutrino debería valer alrededor de 0,05 electrón-voltios (por ahora sólo sabemos que es menor que 2 eV). Por último, Spivey lanza la hipótesis de la existencia de un nuevo tipo de partícula (un neutrino estéril con una masa de unos 1,5 eV) que según él debería ser la componente principal de la materia oscura y ayudaría a mantener juntos los neutrinos ordinarios en las galaxias. Todas estas predicciones deberían poder comprobarse (o falsarse) en un futuro no demasiado lejano.
Finalmente, Spivey propone una solución original a la paradoja de Fermi (si existen inteligencias extra-terrestres, ¿por qué no están aquí?). Según él, la Vía Láctea no proporciona un número suficiente de neutrinos para asegurar nuestra existencia. Para encontrarlos habría que dirigirse a un cúmulo galáctico como el de Virgo, que está a unos 60 millones de años-luz de nosotros. 
Cúmulo galáctico de Virgo
La respuesta de Spivey a la paradoja es ésta: no están aquí porque han emigrado todos hacia el cúmulo de Virgo, como también haremos nosotros cuando nuestros avances científicos nos permitan comprobar esta teoría, y cuando nuestros avances tecnológicos nos permitan emprender el viaje a otra galaxia.

¿Todo esto es ciencia-ficción? Por ahora sí. Pero no más que las teorías de los multiversos, que muchos físicos presentan como si se tratara de ciencia seria. Esta otra, al menos, puede falsarse.

Manuel Alfonseca

14 comentarios:

  1. Muy interesante Alfonseca, como la mayoría de las cosas que divulgas. Luego lo re-leeré con más calma para ver si mi física y mi filosofía me permiten interpretarlo con profundidad. Por lo pronto puedo decirte que creo que mantenemos la falacia Antropocéntrica del Universo igual que años atrás manteníamos la falacia Geocéntrica. Sinceramente, no creo que el universo haya sido hecho solo para dar cabida y para el disfrute de los hombres, en eso mi filosofía siempre ha sido Supra-Antrópica.

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  2. Aunque los «de Letras» nos mareamos un poco con estos datos, es un gozo leer estas entradas de divulgación científica. Gracias por ello. http://librosyabrazos.es/

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  3. Gracias a los dos por los comentarios favorables. Gustavo, estoy de acuerdo en que no se puede decir que "el universo haya sido hecho solo para dar cabida y para el disfrute de los hombres". Lo más que se puede decir es que ese puede ser uno de los motivos.

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  4. Muy interesante el artículo, un placer leerlo. Efectivamente, llegará un momento en el que esta teoría pueda falsarse (o comprobarse), cosa que no ocurre con las teorías de los multiversos.

    Gracias.

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  5. Estoy viendo que has vinculado el título del libro 'Aqueous solution' con una página para la descarga del mismo. ¡Muchas gracias!

    A ver si saco tiempo para leerlo... ¡se me acumulan las lecturas! :-)

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  6. Muy interesante. Pero no veo claro lo de que en el hierro el orbital 4s tenga un electrón y el 3d esté vacío.

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    1. Las energías de los orbitales no son tan regulares como parecen indicar los números. En el hierro, el orbital 4s tiene menos energía que el 3d bajo ciertas condiciones de presión que coinciden con las que existen en el núcleo de la Tierra, por eso el segundo se queda vacío. De los dos electrones que normalmente estarían en ese orbital, uno es libre de correr de átomo en átomo formando enlaces metálicos, el otro se queda en el orbital. Esto está explicado con mucho mayor detalle en el libro Aqueous solution.

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  7. Los artículos de M. Alfonseca me resultan siempre sugerentes e intelectualmente provocativos.
    Éste, por via de ejemplo, abre varios interrogantes:

    - ¿Por qué asignar el calificativo "paradójica" a la cuestión de Fermi, con perfecta compatibilidad entre sus dos términos si al cálculo de probabilidades en el dominio espacial se le añade la dimensión temporal?

    - ¿Realmente las propiedades de los isótopos de Ni, Fe califican como "subantrópicas", es decir, aseguran desde el núcleo terrestre la supervivencia indefinida de nuestro planeta, al margen de la actividad "antrópica" y de la evolución de nuestro Sol?

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    1. Contesto al primer interrogante: la paradoja de Fermi ("si existen inteligencias extraterrestres, ¿por qué no están aquí?") puede desarrollarse así: bastaría con un millón de años para que una inteligencia cualquiera (nosotros, por ejemplo) que no se autoelimine, invada toda la galaxia. Luego cualquier inteligencia que nos lleve más de un millón de años de ventaja debería haber llegado aquí antes de nuestra aparición. El hecho de que no encontremos sus huellas (o su presencia) abre paso a la paradoja, que tiene cuatro soluciones posibles:
      a) Están aquí, pero no nos damos cuenta (ningún científico serio lo admite).
      b) Nadie tiene interés por colonizar la galaxia (esta solución tampoco se suele tomar en serio).
      c) Todos se han autoeliminado antes de invadir la galaxia.
      d) Somos los primeros.
      Spivey añade la quinta solución, que menciono en el artículo.

      En cuanto al segundo interrogante, la explicación es demasiado larga para este comentario. De hecho, esa explicación es el libro que comento y basta descargarlo (es gratuito) para ver cuál es. La resumo, de todos modos: la interacción de los neutrinos con los núcleos Fe-Ni de los planetas tipo Tierra podría asegurar una temperatura suficiente para que la vida pudiera sobrevivir debajo de una gruesa capa de hielo que aislara el agua líquida del expacio exterior. Una civilización muy avanzada podría resistir casi indefinidamente en esas condiciones.

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  8. 1.
    e) Pasaron antes de que apareciésemos y sus huellas no nos resultan inteligibles.
    f) Están en otra galaxia suficientemente lejana y sus señales no nos han alcanzado aún.
    g) Los sistemas de comunicación no son físicamente compatibles (variante de a)).
    ...

    2. No veo que una capa de agua, en ninguna de sus fases y por muy gruesa que fuese, pueda aislar la Tierra de las condiciones del espacio exterior (p.ej. evolución prevista de nuestro Sol).

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    1. 1. Tu opción e) no procede, estamos hablando de por qué no están aquí si han tenido tiempo de colnizar la galaxia. Colonizar no significa pasar y marcharse, sino quedarse. Como haríamos nosotros si colonizáramos toda la gaxia.
      Tu opción f) no procede porque estamos hablando de inteligencias extraterrestres en esta galaxia, no en otras.
      Tu opción g) tampoco, por el mismo motivo que la e) (no hablamos de comunicarnos, sino de que deberían estar aquí).
      2. Como dije, hay que leer el libro. La propuesta no es para la Tierra, sino para un planeta de otra galaxia que no gire alrededor de una estrella, que siga una órbita propia e independiente.

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    2. 1e- Sin entrar en "bizantinismos", una colonia no tiene por qué ser permanente y sus huellas pueden desaparecer o resultar ininteligibles.
      1f- La restricción a nuestra galaxia parece arbitraria y, en cualquier caso, irrelevante respecto del fondo de la cuestión.
      1g- Sin intercambio de información, no es posible certificar si hay o no realmente otras inteligencias coexistentes: la "paradoja" deviene en "conjetura".

      2. No he leído el libro de referencia, pero esa propuesta reduce la definición de propiedad subantrópica [ "ciertas propiedades del universo son suprantrópicas (van más allá del principio antrópico), porque, no siendo necesarias para nuestra existencia, su presencia asegura nuestro futuro...] a una hipótesis especulativa.

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    3. 1f: Eso díselo a Fermi, que fue el que diseñó la paradoja. Limitarse a la galaxia se debe a que viajar entre las estrellas es tecnológicamente factible a corto plazo, mientras viajar entre las galaxias parece mucho más lejano (no bastaría con un millón de años).
      2. Sí, por supuesto que es una hipótesis especulativa. Lo he dicho desde el artículo. Pero al menos es falsable. Bastaría con demostrar que la masa de los neutrinos está lejos del valor previsto de 0,05 eV.

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    4. José Manuel Ramos Gascón13 de enero de 2015, 16:09

      1f- Ya me gustaría, pero me temo que estamos en la situación 1g.
      2- Conforme: especulativa y falsable (bajo las condiciones especulativas previas) o no-falsable ( si a ellas se incorpora la de que el neutrino tenga una masa/energía de 0,05eV )...
      En fin, termino con la primera frase de mi primer comentario:
      "Los artículos de M. Alfonseca me resultan siempre sugerentes e intelectualmente provocativos."
      Muchas gracias.

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