jueves, 4 de diciembre de 2014

El problema del ajuste fino

En dos artículos publicados previamente he hablado de la relación entre las teorías del multiverso y el problema del ajuste fino, señalando que dichas teorías no resuelven el problema. Este artículo describe brevemente en qué consiste ese problema.
Brandon Carter
En 1973, Brandon Carter formuló el principio antrópico, nombre que después ha sido deplorado por su autor, por prestarse a malos entendidos. Dicho principio no es más que la constatación de que el universo debe cumplir todas las condiciones necesarias para nuestra existencia, puesto que nosotros estamos aquí.
Algo más de una década más tarde, John Barrow y Frank Tipler publicaron un libro titulado El principio antrópico cosmológico,  en el que plantearon una versión más fuerte del principio antrópico, según la cual las constantes del universo tienen valores muy críticos, y variaciones mínimas en dichos valores harían imposible la vida. Esta constatación plantea el problema del ajuste fino, que se basa en el análisis del efecto que tendría un cambio en los valores de esas constantes. Con otras palabras: el universo parece diseñado para que sea posible la vida. Veamos algunos ejemplos: 
     
1.      La masa del protón es 1836 veces superior a la del electrón. La masa del neutrón es igual a 1838,4 veces mayor que la del electrón (0,13% mayor que la del protón). Si la masa del neutrón hubiese sido sólo 0,15% mayor de lo que es (es decir, 1841.2 veces mayor que la del electrón, o 0,28% mayor que la del protón) las estrellas no podrían producir helio a partir del hidrógeno. Sí podrían utilizar el helio producido poco después del Big Bang, pero sólo les duraría algunos millones de años. En un universo así, la vida no tendría tiempo de aparecer.
2.      La física moderna conoce cuatro interacciones fundamentales: gravitatoria, electromagnética, nuclear débil y nuclear fuerte. Si la fuerza fuerte fuese un 0,5% más o menos intensa de lo que es, en el interior de las estrellas no se produciría carbono, o no se produciría oxígeno. Sin carbono o sin oxígeno no sería posible la vida al estilo terrestre, pues ambos elementos son indispensables para la formación de materia orgánica. Ocurriría lo mismo si la intensidad de la interacción electromagnética difiriera del valor que tiene en más de un 4% en ambos sentidos.
3.      En cada fusión nuclear que tiene lugar en las estrellas, un 0,7% de la materia se convierte en energía. Si esta constante valiese 0,8% o más, todo el hidrógeno se habría convertido en helio durante el Big Bang y no quedaría hidrógeno en el universo para formar parte de los seres vivos o proporcionar energía a las estrellas. Si hubiese sido menor de 0,6%, la fusión del hidrógeno sería imposible, el universo estaría compuesto solo de hidrógeno, y no podrían existir las estrellas
4.      La constante cosmológica, introducida por Einstein en su ecuación cósmica y después rechazada por él, ha resucitado recientemente, cuando se descubrió que la expansión del universo parece estar acelerándose. Su valor, si se confirma su existencia, también sería crítico: si fuese más alto de lo que es, el universo se habría expandido tan deprisa que no se habrían formado galaxias ni estrellas (ni vida). Valores más bajos llevarían a un universo cuya expansión se habría detenido, contrayéndose hacia un Big Crunch, y la vida no habría tenido tiempo de formarse.

Todos estos parámetros y algunos más, que no tenemos sitio para mencionar, toman valores en el campo de los números reales, por lo que la probabilidad de la existencia de vida en un universo cualquiera se calcula dividiendo el volumen del espacio de configuración compatible con la existencia de la vida, entre el volumen del espacio de configuración total (el infinito del continuo). Si tenemos en cuenta los valores críticos mencionados, resulta que la parte del espacio de configuración compatible con la vida es ridículamente pequeña. Algunos científicos creen que la probabilidad de que el universo cumpla todas las condiciones necesarias podría estar entre 0 y 10-500. Recuérdese (hablé de esto en un artículo anterior) que la probabilidad de la existencia de algo puede ser cero, aunque sepamos que existe un caso favorable.

Manuel Alfonseca

11 comentarios:

  1. Me parece muy interesante su artículo. Entiendo que queda demostrado que las condiciones actuales son suficientes para la vida, por muy poquito y con mucha suerte.

    El ajuste fino implica, sin lugar a duda, que si alguno de esos parámetros hubiera sido mínimamente diferente, la vida tal y como la conocemos hoy, no hubiese sido posible. Pero no implica que otras combinaciones de valores distintos para dichos parámetros, no puedan favorecer otros tipos de vida distintos, sin carbono, sin hidrógeno,..pero también posibles y quizás, ¿por qué no?, formas de vida más prolíficas, prósperas y estables.

    Es decir, del famoso "si, y solo si", nos faltaría probar la condición necesaria consistente en que cualquier tipo de vida requiere la configuración exacta de los parámetros a los que se refiere el principio del ajuste fino (o al menos en un rango muy aproximado). Este podría llamarse el "ajuste fino necesario". Pero no creo que esto sea posible.

    Pienso que las circunstancias que acompañan a cada momento de la historia universal son consecuencias de toda la secuencia de estados anteriores (o al menos de la mayoría de ellos con un mayor o menor grado de sensibilidad o capacidad de impacto) y que un análisis muy alejado en el tiempo de las circunstancias originales que desembocaron en el presente que ahora vivimos maravillarían a cualquiera por las impensables carambolas necesarias que han tenido que ocurrir para que yo me encuentre ahora compartiendo estas reflexiones en su blog. También creo que la probabilidad de que ello ocurriera, medida hoy, sería sin lugar a dudas, también 0.

    Lo que quiero decir con estas 2 ideas es que si nos plantearamos el ajuste fino como una intencionalidad trascendental destinada a permitir la vida, entonces tendríamos que:

    1) Probar además que ninguna otra vida es posible para cualquier otra combinación de parámetros.

    2) Y también considerar que dicha intencionalidad no puede haberse quedado en el ajuste de esos parámetros, si no que se ha de haber sostenido después de la aparición de la vida y hasta el momento en el que surge la inteligencia y somos capaces de reflexionar aquí y ahora sobre nuestra propia existencia.

    Gracias por su artículo.

    ResponderEliminar
    Respuestas
    1. Algunas de las condiciones en que quedaría el universo con valores un poco diferentes de los parámetros parecen bastante enemigas de la vida, no sólo tal como nosotros la concebimos, sino de cualquier vida posible. Por ejemplo, no parece que en un universo cuya materia bariónica estuviera compuesta exclusivamente de hidrógeno pudiera surgr la vida en ninguna forma. Lo mismo si todo fuese helio. O si el universo hubiese colapsado unos pocos millones de años después de su origen. El problema del ajuste fino va por ahí, no por la posible existencia de vida basada en el silicio (por ejemplo).

      Eliminar
    2. Jorge López Lázaro5 de diciembre de 2014, 16:26

      Me temo que no queda demostrado nada. Sobre el porqué ya hemos debatido un poco en uno de los artículos anteriores, por lo que ahora me gustaría tratar algunos temas más concretos.

      ¿Dan detalles Barrow y Tipler sobre cómo llegan a las conclusiones de los puntos 1 a 4? Yo me imagino que partirán de un modelo del universo, con una serie de ecuaciones que lo modelizan. En esas ecuaciones aparecerán las constantes físicas asumidas como independientes. Supongo que entonces lo que harán será modificar uno de los valores (por ejemplo la masa del protón), dejar las demás constantes a sus valores anteriores, correr la simulación y ver qué pasa. El proceso se repetirá en una rejilla de valores para las distintas constantes, y al final se dará una estimación de probabilidad de vida viendo en cuántos universos ha surgido vida, dividido por el número total de universos probados. Al parecer esto les debe de salir muy pequeño, para poder "concluir" que nuestro universo es muy improbable.

      Si la metodología no se parece en nada a lo que he dicho algunas de los puntos que pongo más abajo seguramente no aplique, pero he leído algún artículo más moderno sobre el tema y básicamente seguían ese procedimiento, así que asumo que se parecerán.

      Hay muchos puntos que yo veo, siendo generosos, discutibles:

      - Que el modelo del universo sea preciso: seguimos sin tener un modelo para el universo enteramente satisfactorio actualmente, con lo cual en los años 80 mucho menos.

      - Que las constantes físicas asumidas como independientes realmente sean independientes. Como el modelo del universo está incompleto, quizás algunas estén relacionadas y no sean tantas las verdaderamente independientes.

      - Que esas constantes puedan tomar valores continuos: podría ser por ejemplo que fueran reales, pero cuantizadas. Es decir, que el incremento entre un valor posible y el siguiente no pudiera ser arbitrariamente pequeño.

      - Que el modelo del universo sea inamovible una vez que hemos modificado alguna de las constantes independientes. Por ejemplo, supongamos que la constante de gravitación G es una de esas. Si modificamos G por G' = G/2, ¿por qué la fórmula iba a seguir siendo F' = G'·M1·M2 / R^2? A lo mejor resulta que pasaría a ser F' = G'·M1·M2 / (2·R^2), con lo cual F' = F aunque G' sea distinta de G.

      - Que se puede determinar de manera unívoca qué es vida y qué no, una vez que tenemos nuestro universo alternativo simulado. Esto implica además necesariamente que se acepta como vida únicamente algo que sea parecido a nosotros, puesto que no conocemos formas de vida sustancialmente diferentes de las existentes en nuestro universo.

      En resumen, demasiadas suposiciones y demasiado fuertes como para poder tomarse esto en serio...

      Eliminar
    3. Como te contesto en el debate subsiguiente a otro artículo, aquí no estamos hablando de demostraciones, sino de indicios. Intento ahora aclarar algunas de tus dudas:

      1. Los puntos 1 a 4 que yo he señalado en el artículo no son exactamente los que Barrow y Tipler señalaron en su libro de los años ochenta. El problema del ajuste fino ha seguido siendo estudiado en los casi 30 años subsiguientes, y ahora se aducen, no sólo esos cuatro argumentos que he citado, sino muchos más. He elegido esos porque me parecían adecuados para un artículo de divulgación. Pero Martin Rees (que por cierto, no es teísta) eligió otros diferentes en su libro "Just six numbers", un best-seller divulgativo. Otros autores señalan otros argumentos. Hoy el problema del ajuste fino está reconocido como tal por todos los cosmólogos.

      2. Que las constantes sólo puedan tomar valores cuantizables afectaría al valor de la probabilidad, que quizá no llegaría a ser cero, pero seguiría siendo enormemente pequeño, pues la cuantificación, si la hay, tendría lugar con unidades asombrosamente diminutas.

      3. En cuanto a la definición de vida, me parece difícil que se pueda encontrar una que sea compatible con un universo cuya materia bariónica esté compuesta exclusivamente de hidrógeno, o exclusivamente de helio, que es a donde llevan muchas de las modificaciones de las constantes. O con un universo que colapsara de nuevo unos pocos millones de años después del Big Bang, a donde lleva otro número muy grande de modificaciones.

      Si te interesa el tema, te recomiendo que lo estudies a fondo y no te fíes sólo de un artículo de una página, que sólo intenta despertar interés por el tema. Que este problema es real lo demuestra lo que ya he dicho, que todos los cosmólogos serios, ateos y teístas, lo reconocen. ¿Crees que no se les habían ocurrido a ellos los argumentos que planteas?

      Eliminar
    4. Jorge López Lázaro6 de diciembre de 2014, 2:43

      Hoy en día lo de "cosmólogo serio" es un oxímoron en la mayoría de los casos. Cualquiera que empiece a hablar sobre entes cuya existencia no se puede probar, y que tampoco tienen ninguna manifestación en nuestro universo creo que no es alguien serio desde el punto de vista científico. Están sobrepasando la ciencia para entrar en el terreno de la fe pura y dura, aunque pretendan disfrazarla con toda la complejidad que quieran.

      Eliminar
    5. Por cierto, Jorge, si quieres ver una simulación que permite ver lo que pasaría si cambiara el valor de G, la hicimos Juan de Lara y yo hace años y está aquí:
      http://arantxa.ii.uam.es/~jlara/investigacion/ecomm/gravitacion/igrav4.html

      Eliminar
  2. El problema es el de siempre, no tenemos una teoría del todo que nos diga cuántas constantes realmente independientes tiene el universo, si estas son discretas o continuas, si nuestro universo, a su vez, tiene valores físicos continuos y es finito o infinito, qué posibles valores pueden tener las constantes, etc.

    Por lo tanto, no podemos valorar si la probabilidad de este universo es exactamente 0 o no, si sólo existe este universo o hay un número finito o infinito de universos, etc.

    De todas formas que la probabilidad sea entre 0 y 10⁻⁵⁰⁰ no creo que nadie pueda decirlo, yo creo que, con los conocimientos actuales, la probabilidad está en 0 y 1, pues no sabemos si es totalmente improbable o, por el contrario, dada las características del universo (o multiverso) siempre tendrá que existir un número finito o infinito de universos en que la vida sea posible.

    Por ejemplo, en la matización del punto 2 que haces, por muy pequeña que sea la probabilidad si realmente hay un número infinito de universos, calculando límites se obtiene que la probabilidad tiende a 1. Pero no sólo eso, sino que existirá un número tan grande como nosotros queramos (aunque quizás no infinito) de universos con condiciones para la vida.

    ResponderEliminar
    Respuestas
    1. Por supuesto que, si hay un número infinito de universos, se obtiene que la probabilidad tiende a 1. Por eso las distintas teorías de multiversos han sido ofrecidas como respuesta al problema del ajuste fino. Y por eso escribí un artículo anterior (http://divulciencia.blogspot.com/2014/11/el-multiverso-no-resuelve-el-problema.html) donde hacía ver que en realidad esta hipótesis no resuelve el problema. Cosa que hoy aceptan casi todos los filósofos de la ciencia, sean teístas o ateos.

      Eliminar
  3. ¿Podrían aclararme algo?. Cuando se dice que el ajuste fino se refiere a constantes independientes¿A que se refieren con independientes?¿Independientes de las leyes físicas?.¿La teoría inflacionaria tiene algo que ver o podría aclarar algo sobre ese ajuste fino?. Disculpen mi ignorancia...

    ResponderEliminar
    Respuestas
    1. Significa que unas constantes son independientes de otras. Por ejemplo, la constante de la gravitación universal (G), que regula la interacción gravitatoria, parece ser independiente de la constante de estructura fina, que regula la interacción electromagnética, y así con las demás. Si 30 constantes son independientes, cada una de ellas podría, en principio, variar independientemente de las demás, lo que da lugar a un espacio de configuración enorme (quizá infinito).

      Eliminar
  4. La constante de estructura fina relaciona la constante de gravitación con la constante magnética. El problema es que primero hay que explicar: ¿que es la carga? y ¿que es la masa?. La física actual les asigna unidades arbitrarias y por lo tanto es incapaz de calcualarlas

    Relación entre los campos gravitatorio y magnético.
    http://dx.doi.org/10.4172/2090-0902.1000169

    ResponderEliminar