En principio, antrópico


creation of adamHoy toca hablar sobre el principio antrópico.  Este es uno de los temas más complicados de la física a mi humilde entender.  Hay tantas posturas al respecto como personas que se paran a pensar sobre él.  Y lo mejor, hay tantas posturas como veces le preguntemos al mismo interlocutor sobre este principio.

En esta entrada voy a enunciar las distintas versiones del principio de la manera más aséptica posible. No voy a emitir ninguna opinión porque, sinceramente, no la tengo.  La discusión sobre este principio tiene una larga historia, aunque no sea larga en el tiempo, y tiene muchas ramificaciones e implicaciones desde el punto de vista puramente científico, religioso, filosófico, etc.

En lo siguiente no trato de convencer, presentar una discusión concluyente y definitiva o de desmontar el argumento.  Lo único que persigo es aclarar mis propias ideas, seguramente mañana escribiría algo totalmente distinto.

El universo, las leyes y las constantes

Tenemos un universo, de eso no puede quedar ninguna duda.  De hecho, podemos asegurar que al menos tenemos uno.  Del universo podemos decir:

  1. Tuvo un origen.
  2. Ha existido y evolucionado por un tiempo y se está expandiendo aceleradamente.
  3. Se han formado estructuras como estrellas y galaxias.
  4. Se han formado elementos químicos.
  5. Se han formado moléculas.
  6. Se han formado seres vivos.
  7. Se ha desarrollado la inteligencia.

En el universo en el que nos encontramos tenemos una serie de leyes físicas que suponemos que se cumplen por doquier.  Estas leyes son la base para poder explicar los siete puntos anteriores.  Las leyes involucran relaciones entre magnitudes físicas que involucran constantes físicas. Estas constantes determinan cosas como las intensidades de las distintas interacciones entre los campos físicos, la velocidad máxima de propagación de las interacciones, etc.

Preguntas locas

En física nos encontramos con ciertos números que tienen una cierta representación en cifras dependiendo del sistema de unidades elegido.  Pero, también hay relaciones adimensionales  (sin unidades, números puros) que proceden de la comparación entre distintas cantidades.  Por ejemplo, si comparamos la intensidad del campo electromagnético con la intensidad del campo gravitatorio, por ejemplo estudiando esas dos interacciones entre dos electrones, encontramos que el campo electromagnético tiene una intensidad mayor que el gravitatorio en un factor de $10^{39}$.  Esto es una evidencia empírica.

Llegados a este punto es muy pertinente preguntarse por qué sucede esto. ¿Por qué las intensidades de los campos electromagnético y gravitatorio se diferencian en ese factor y no en cualquier otro?

Permitidme reescribir esta y otras preguntas de un modo que nos conducirán inevitablemente a discutir los principios antrópicos:

  • Si las intensidades del electromagnetismo y la gravedad fueran comparables, es decir si el cociente de sus intensidades fuera del orden de la unidad, las estrellas colapsarían mucho antes de dar tiempo a formar vida tal y como la conocemos en algún planeta.
  • Si la constante cosmológica, la responsable de la expansión acelerada del universo, no fuera pequeña, positiva y cercana a cero, si fuera un poco más grande o lo hubiera sido, el universo se hubiera expandido tanto que no se hubieran formado galaxias y por tanto no se hubieran formado estrellas y sistemas planetarios.
  • Si el neutrón tuviera la misma masa del protón no podría desintegrarse según un proceso de radiación beta emitiendo protones, electrones y antineutrinos.  Eso hubiera bajado el número de protones en el universo, con ello el número de átomos de hidrógeno primordial, y no se hubieran formado tantas estrellas.
  • Que el neutrón sea un poco más pesado que el protón es importante pero también es importante que no sea mucho más pesado.  Si así fuera, no se formarían núcleos atómicos con neutrones y no se formarían átomos pesados, lo que haría imposible los compuestos químicos más complejos.
  • El núcleo de carbono tiene un estado excitado especial.  Este estado excitado se puede conseguir uniendo tres átomos de Helio.  Si este estado no existiese no se podrían formar núcleos más pesados que el carbono en las estrellas.

Ciertamente todas estas cuestiones, y muchas más que no hemos discutido como la comparación entre la densidad de bariones y la de energía oscura y otras, parecen indicar que el universo es un lugar especial, un lugar que permite la existencia de vida tal y como la conocemos y que además le da el tiempo suficiente para evolucionar hasta formas muy complicadas.

Versionando el principio antrópico

Los intentos de formalizar la explicación al porqué de la lista anterior se denominan genéricamente Principio Antrópico.  Este principio fue introducido por el físico Brandon Carter.

Existen dos versiones del principio antrópico:

Principio Antrópico Débil

Estamos en el tiempo y lugar del universo en el que ha sido posible el desarrollo de observadores.

Principio Antrópico Fuerte

El universo tiene que tener las características que aseguren que se puedan formar observadores en algún momento de su existencia.

Generalmente este principio, en cualquiera de sus versiones, se suele interpretar del siguiente modo:

worldme

Sin embargo, hay que discutir algunos puntos sobre el mismo que quizás nos hagan dejar esta imagen.

Discutiendo el principio

Antes de continuar he de decir que existen muchas, muchísimas, formulaciones y enunciados del principio antrópico.  Aquí solo voy a discutir los que he expuesto que son los originales propuestos por Carter y que a mi entender son los que mejor reflejan su propia idea al respecto del significado de dicho principio.  Para tener una opinión de primera mano nada mejor que leer al propio Carter sobre el tema que nos ocupa:  Anthropic Principle in Cosmology.

Discusión:

1.-  Antrópico.  En la elección del nombre tal vez esté la raíz de todo el problema.  Antrópico hace referencia al ser humano, así que podemos caer en la tentación de parafrasear el principio diciendo que el universo tiene que estar preparado para dar cabida a la humanidad.  Sin embargo, como el propio Carter ha dicho en más de una ocasión, el nombre es un tanto desafortunado.

Si nos paramos a leer el principio antrópico en cualquiera de sus versiones se nos habla del concepto de observador, no de ser humano, así que el problema es qué consideramos un observador en física.

¿Tiene que tener consciencia un observador? ¿Tiene que ser inteligente?

2.-  Versión débil.  Esta versión parece no aportar mucho. Es evidente que si estamos discutiendo sobre el principio antrópico y sobre el universo es porque este ha permitido la aparición de observadores que se hagan esas preguntas, al menos nosotros.

3.-  Versión fuerte.  Esta versión es más complicada desde un punto de vista filosófico. Parece implicar que el universo TIENE que ser de tal forma que permita la aparición y desarrollo de observadores.  Eso puede interpretarse de diversas formas:

  • El universo ha sido diseñado. ¿Dios?  Cuestión de creencia, no es una pregunta científica y no voy a discutirla aquí. Mi postura es que no.
  • Los observadores obligan por observación al universo a tener las propiedades que los hacen posibles. ¿Consecuencia de la mecánica cuántica?  Muchos dicen que el acto de observar en mecánica cuántica modifica el estado de lo observado.  Y eso lleva a la conclusión de que el observador selecciona su realidad.  Esto no es más que una confusión acerca de la mecánica cuántica.  El observador lo único que hace es medir en qué estado queda un sistema cuántico tras la observación pero no puede selecionar a priori dicho estado final.  Así que esta interpretación no aporta nada y es errónea.
  • Se han creado infinitos universos y nosotros estamos en el que ha dado lugar a la vida.  Esta propuesta asume la existencia de un multiverso.  Esta idea ha aparecido de forma natural en muchos contextos de la física, desde la cosmología inflacionaria a la teoría de supercuerdas.  Sin embargo, a día de hoy no es más que una especulación teórica sin ningún soporte observacional evidente, rotundo y sin controversia.

Entonces…

La cuestión acerca de las preguntas iniciales de esta entrada es que todo parece indicar que los valores de muchas constantes y características del universo están ajustadas de forma muy precisa para que la vida haya sido posible.  El valor de la carga del electrón (medida de la intensidad del campo electromagnético), la masa del neutrón, los estados energéticos del carbono, el valor de la constante cosmológica, todo parece estar ajustado para permitir la aparición de estructuras estables que permitan la aparición de moléculas complejas basadas en el carbono y en última instancia la vida y la inteligencia.

Sin embargo, hoy sabemos que muchas de las “constantes” de la física no son tales constantes.  Hay cantidades como la carga del electrón, o más bien la constante de estructura fina, que cambian con la energía:

Las constantes representadas son las intensidades de las interacciones electromagnéticas, débil y fuerte.  Se ve como cambian con la energía a la que las estudiamos.

Las constantes representadas son las intensidades de las interacciones electromagnéticas, débil y fuerte. Se ve como cambian con la energía a la que las estudiamos.

  Otros valores como la constante cosmológica, la constante de Hubble, etc, no son constantes en sentido estricto, pero son de evolución tan lenta a día de hoy en el universo que no vemos sus cambios en nuestro tiempo de vida.

Además, eso de que el universo está preparado de una manera especial para dar lugar a estructuras estables como galaxias o estrellas y núcleos de carbono que permiten la aparición de vida y una evolución hasta la inteligencia no es correcto. ¿Por qué?  Pues porque hay estudios realizados en el que se han simulado la evolución del universo variando los valores de las constantes representativas en ese proceso, carga y masa del electrón, masa del neutrón, constante cosmológica, etc, y se ha visto que se pueden dar galaxias y estrellas estables para un amplio abanico de valores de las constantes.  Es decir, no hay que seleccionar un número para cada constante sino que múltiples combinaciones de valores tomados en intervalos para cada una de ellas que permitirían la aparición de observadores.

Para saber más sobre estas simulaciones:

Natural explanations for the anthropic coincidences. V. Stenger  — En este trabajo se modifica el valor de la masa del electrón, el protón y la carga del electrón en un intervalo de diez órdenes de magnitud.  Se encontró que la proporción de estrellas que tenían una vida del orden de $10^9$ años.

The Cold Big-Bang Cosmology as a Counter-example to Several Anthropic Arguments  A. Aguirre — En este trabajo se varían los valores de seis parámetros cosmológicos, los más esenciales de las cosmología como la constante cosmológica, el ratio fotón/barión, leptón/barión, etc.  Entonces se genera y se deja evolucionar el universo dado por los valores elegidos de esos parámetros y se estudia si aparecen estructuras, galaxias y estrellas de vida larga y tamaño compatible con el sol.  Así que no es descabellado pensar que hay todo un rango de valores de las constantes físicas en las que la aparición de vida y observadores es posible.

Al final no teníamos que ajustar nada.

Si te interesa mucho el tema del principio antrópico y de los problemas filosóficos asociados te recomiendo este texto:

Anthropic Bias

(Texto completo y gratuito en pdf)

Nos seguimos leyendo…

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26 Respuestas a “En principio, antrópico

  1. Yo personalmente considero, siguiendo el sentido común, que no es regla infalible pero es lo mas lógico pensar, que lo mas común es que no existiría nada , ni espacio , ni tiempo , ni átomos ni moléculas, ni estrellas ni observadores ni nada. La nada absoluta. Que hace que todas estas cosas estén aquí y ahora?. Imaginemos un estado anterior al big bang… Donde no hay espacio, ni tiempo ni materia aun..Que estado es ese?.. Si bien nuestro entendimiento de las cosas esta dado por las reglas que nuestro propio universo nos impone, jamas podríamos concebir ese estado y entenderlo. Como podemos imaginar algo donde no existe espacio, ni tiempo ni nada?. Eso esta fuera de nuestro entendimiento. Hay un punto donde la ciencia no puede entrar…y es es algo impenetrable para nosotros. Aun considerando que el ser humano conozca mediante la ciencia todas las variables y constantes que gobiernan este universo, estamos dentro de el y es mayor a nosotros, de modo que seremos y entendernos hasta donde ya tiene establecido que puede llegar un ser inteligente. Que todas las variables coincidan para que nosotros estemos aquí por causa de la probabilidad o estadística o sin ella, que seamos una consecuencia necesaria de todas las leyes fundamentales de la física , que la propia materia se dota de sus propiedades, y que el universo es responsable de su propia existencia, no explica ni explicara jamas el principio anterior en donde ni tiempo , ni espacio , ni materia se habían formado y allí es donde desembocamos necesariamente con Dios, mirase por donde se mire.

    • Hola, creo que el conocimiento nesesario para entender estas cuestiones es bastante amplio y en cierta forma tomamos partido sin tener todas las cartas del juego, tal vez debas investigar un poco mas sobre el vacio absoluto y es que la ciencia si a entrado en estas cuestiones y la cabida de dios como lo conocemos cada vez se devanese mas, te menciono algunos terminos como: las particulas virtuales y el vacio cuantico y que te alludan a entender lo que paso antes del big bang. Saludos

    • Interesante tu lógica e introducción sobre tu comprensión del universo o cómo tu lo analizas. En algunos aspectos también he pensado, porque existe algo y no nada. Levemente no te acompaño en tu última opinión sobre la necesidad de Dios. No creo en verdades absolutas. ¿Y si existiese otra posibilidad?

  2. ¡Buf! La verdad es que el tema del principio antrópico pude dar para pensar mucho y en muchos campos como se comenta al inicio del artículo, y en ese sentido creo que es donde está su principal aportación.

    Analizando la versión débil, me parece que más que un principio en sí mismo es una constatación de algo evidente, que existimos. Y la versión fuerte, aún pareciendo que trata de tener más categoría de principio, si se amplía la definición a todos los posibles universos que puede permitir la teoría inflacionaria, no deja de parecérseme a una versión ampliada de la débil.

    Y puestos a comernos el coco, este principio está enunciado haciendo referencia a observadores en general. ¿Podría enunciarse un principio parecido pero cambiando donde pone “observadores”, poner “uno mismo”? A efectos prácticos, a cada uno de nosotros le da lo mismo que existan observadores si el que no existe es uno mismo. Pero quizás esto sea ya mucho divagar…;)

    Saludos.

  3. Estoy muy de acuerdo con cuentos cuanticos, nada de multiversos, nada de dios, nada de observaciones que cambian el destino.
    Es muy difícil hablar del universo cuando no tenemos ni idea de lo que estamos hablando, algo parecido ocurre cuando hablamos de la vida, no sabemos exactamente en qué consiste la vida, sólo sabemos lo que sentimos pero esto no es muy objetivo.
    Mi idea al respecto es muy simple ya no dijo Heráclito hace muchísimos siglos “todo fluye” sí soplamos por el tubo de una caña sobre agua jabonosa, se generarán infinidad de estructuras como burbujas de jabón que se iran destruyendo con el tiempo mientras son sustituidos por otras nuevas que se van originando por el fuido de aire.
    Una cosa sí podemos decir con certeza, toda la vida en la Tierra funciona como un gran fluido. El soplo nos lo da el sol, sus fotones elevan el potencial energético de algunas moléculas entonces comienza el largo camino de la energía a través de el gran caldo molecular de la superficie terrestre, generando en su camino algunas estructuras qué llamamos seres vivos. De lo que deducimos nuestro segundo postulado, los seres vivos somos fluidos como partes de un fluido mayor.
    Es evidente que todos los seres vivos tenemos una entrada de energía y una salida de energía el flujo entre la entrada y la salida es nuestra razón de ser.
    como tal el universo debe ser también un gran fluido y como tal fluido debe tener sentido por eso es muy gracioso cuando se habla de revertir el tiempo, pues el tiempo debe seguir siempre su curso para que el universo tenga sentido.
    No creo en otras dimensiones, tampoco creo que el tiempo sea una cuarta dimensión el tiempo es algo mucho más esencial y absoluto sin tiempo no hay nada.
    Hay que saber distinguir lo que es un conocimiento fundamental, la esencia de las cosas y respetarlo. pero esto se ha convertido en un carnaval de la ciencia donde no se respeta lo fundamental lo básico lo más elemental lo más evidente la base de todo. La relatividad no puede existir sin una base absoluta que la sustente.

  4. Pingback: En principio, antrópico | Universo y F&i...

  5. Bueno el error, a mi modo de entender, es que cuando observamos el universo y tratamos de explicarlo pensamos que se han dado las condiciones “adecuadas” para que se originen…. y pongamos ahora cualquier cosa conocida detras. Sin tener por ello que negar la existencia espiritual o trascendental del hombre… nos cuesta renunciar a buscar el sentido de nuestra existencia en el universo que nos rodea. Empezamos por aferrarnos a mitos sobrenaturales, nos costo asumir que la tierra era redonda, creimos por muchos años que la posicion de los planetas y las estrellas estaban relacionados con los hechos que se producian en nuestras vidas, nos costo admitir que la tierra giraba alrededor del sol y sigamos asi con todos los descubrimientos que vinieron despues. Supongo que este es el ultimo bastion al que nos queda por renunciar, que el universo no es asi con un fin en absoluto, ni que el universo se origino para que se crease nada. Yo siempre digo que mientras uno piensa en los motivos trascendentales por los que se han originado todas las cosas que te rodean EL TIEMPO PASA, el universo no se detiene a observar si finalmente descubres la piedra filosofal. Nuestra inteligencia nos permite detectar patrones y relacionar hechos y aprovechar el conocimiento para nuestra supervivencia… pero el universo no tenia el fin de crear seres inteligentes sino, mas bien, la inteligencia nos ha permitido sobrevivir en el, como, por ejemplo, los cloroplastos permiten a las plantas producir alimento a partir de la energia del sol. Estos son hechos con sus relaciones, con su “logica” pero sin un fin. En el universo vemos que hay un lugar donde la vida y los seres humanos perduran, pero muchos otros donde seria imposible, y no hay nada inmutable ni fijo en este universo, todo pasa y todo cambia, y para nosotros tambien cambiaran las condiciones algun dia y el universo no va a venir a preguntarnos, nos puede liquidar a la velocidad de la luz sin ningun miramiento. Cuando eso ocurra no habra nadie “conocido” que pueda preguntarse si el universo esta aqui para que haya observadores y quedara claro entonces que la cuestion no es relevante. Pero como decia anteriormente no queria negar el sentido espiritual o trascendental del hombre… y yo he encontrado el mio particular y este es que pese a todo, aunque no haya ningun punto solido ni firme en nuestra existencia, estamos vivos y el tiempo pasa, asi que a disfrutar y a aprovechar el tiempo todo lo que se pueda antes de que se acabe. Saludos.

  6. Al igual que nosotros utilizamos las simulaciones para predecir eventos futuros,nosotros estaríamos dentro de una simulación creada para poner solución a algún tipo de incidente que se les ha planteado a generaciones futuras.(esto lo leí en un ensayo sobre mundos simulados).

  7. Me sorprende que se puedan realizar simulaciones de universos con múltiples combinaciones de constantes fundamentales, más que nada porque mientras sigamos sin tener ni idea de los fundamentos de la energía y la materia oscura se nos están escapando de los cálculos algo demasiado gordo.

    • Ciertamente no estamos en disposición aun de afirmar que las simulaciones sean perfectas y efectivamente la holgura que se encuentra, para las constantes, en dichas simulaciones pueden deberse a diversas faltas de especificación en el algoritmo de simulación.

      No obstante, a medida que se afina el algoritmo de simulación se estrecha la amplitud de posibles valores para dichas constantes, y todo hace suponer que existe una relación matemática/lógica entre ellas, y que en realidad no es importante la magnitud sino su factor común.

      Que dicho factor (único y desencadenante) sea tan casualmente propicio para un universo “orgánico” es lo que debe sorprender en primer término. Pero si lo pensamos bien, lo que más abunda en el universo (a parte de la estupidez humana) es lo que es más probable que se forme, el hidrógeno, por lo que no nos queda más remedio que pensar que no hay ningún diseño forzado.

      Además, no debemos olvidar que el espacio es infinito, y es muy probable que nuestro universo no sea el único. Se habrán formado otros universos inestables, tan lejos que es imposible que tengamos noticias de ellos. Estos universos “diferentes” pueden considerarse intentos fallidos por así decirlo, pero nosotros solo vemos este, en el que el factor común de todas las magnitudes constantes se debe a una mera coincidencia, casual, de muchos intentos.

      Pero siendo aun más imaginativo, es posible que otros seres en un universo, al que no tenemos acceso, nos hayan creado como una simulación, para demostrar a otros semejantes que es posible crear un universo virtual, y que por ende ellos también pueden ser una simulación de otro universo superior, y así sucesivamente. Quizá la película Matrix se quedo corta, ¿o querían los hermanos Coen expresar esta posibilidad?

      Una buena pregunta al más puro estilo de Tercer Milenio 🙂

  8. ¿Se puede descartar completamente, que en un futuro lejano, los humanos seamos capaces de crear un universo en un laboratorio, y diseñarle unas constantes determinadas para lograr un determinado objetivo, como organismos autoreplicantes?
    Si la respuesta es no. No es muy científico descartar completamente la idea de que nuestro universo haya sido creado.

  9. josemalopezfernandez

    Nosotros mismos somos el propio universo y todo lo aquí escrito y opinado es lo que dice el universo (parte de él) sobre sí mismo, en un instante del espacio-tiempo de planeta tierra octubre-2014. Sabemos que en este instante es mucho más lo que desconocemos que lo conocemos de nosotros mismos. Sabemos que nos vamos entendiendo cada vez más y más, lo que realmente somos. Quedaremos asombrados de lo que realmente somos en el futuro, (un futuro que YA EXISTE) aunque no seamos capaces de comprenderlo por nuestra limitación espacio-temporal.
    Superaremos la limitación temporal y llegaremos a entender que comodeciá Asimov en una de sus novelas, somos ” LOS PROPIOS DIOSES”

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  11. Otra idea loca
    El observador es un proceso del universo no simplemente un ente
    observador

  12. No es ilógica la teoría de que puedan haber infinidad de universos con infinidad de posibilidades físicas que conduzcan (o no) a sus respectivas complejidades químicas, que a su vez puedan resultar (o no) en observadores. Un asunto de relatividad y muchísima estadística. Más que teológico, el asunto sigue siendo todavía matemático e informático. Dios podría estar un poco más lejos.

  13. Si es cierto el modelo de expansión inflaccionaria, se estaría creando una infinitud de universos en cada momento. Sólo es cuestión de grandes números que un suceso muy improbable se de. Ahora bien, si sólo existe un universo, esto no tiene mucho sentido .

  14. Si es cierto el modelo de expansión inflaccionaria, se estaría creando una infinitud de universos en cada momento. Sólo es cuestión de grandes números que un suceso muy improbable se. Ahora bien, si sólo existe un universo, esto no tiene sentido .

  15. Pingback: En principio, antrópico

  16. Se me antoja tremendamente atractivo la posibilidad de que en un universo primigenio, incluso anterior al big-bang, se formase inteligencia no orgánica, y por consiguiente prácticamente inmortal. Que con el tiempo, mucho tiempo, todo el que hiciera falta, cobrase consciencia de sí mismo (al igual que el actual lo hace a través de nuestra inteligencia) y aprendiese a interaccionar con sí mismo; modificándose, como nosotros hacemos con nuestro cuerpo, y poco a poco adaptase los parámetros adecuados para que fuera posible, en una pequeña región de su universo, nuestro universo orgánico, con la belleza que ello supone.

    Isaac Asimov quizá se refería a esto cuando escribió “Los ojos hacen algo más que ver”

    Cuando solo depende del tiempo que algo suceda, por muy improbable que parezca, tenemos la certeza absoluta de su ocurrencia.

  17. Hola, muy ilustrativo el articulo, pero comenta que no emitirá opiniones, creo que hay varias (no pretendo discutirlas, solo entender si son de usted ), ejemplo: Al final de cada punto del 3.Versión fuerte.
    El universo ha sido diseñado. ¿Dios?….. Mi postura es que no,
    Los observadores obligan por observación……Así que esta interpretación no aporta nada y es errónea.
    Se han creado infinitos universo….sin ningún soporte observacional evidente, rotundo y sin controversia.

    • No he dado ninguna opinión acerca del principio antrópico o al menos eso es lo que he intentado.

      Pero he dicho que no creo en ningún dios. Esto es una opinión que podría defender.

      He dicho que la interpretación de que el observador selecciona la realidad es incorrecta. Esto es objetivo.

      Y he dicho que no hay ninguna prueba experimental/observacional sobre el multiverso. Esto es objetivo.

      Espero haberlo aclarado.

  18. Pingback: En principio, antrópico | libros de divu...

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