Daniele Sorini: Los físicos han lidiado durante mucho tiempo con la pregunta de por qué el universo fue capaz de apoyar la evolución de la vida inteligente. Los valores de las muchas fuerzas y partículas, representados por unas 30 llamadas constantes fundamentales, parecen alinearse perfectamente para habilitarlo.
Toma la gravedad. Si fuera mucho más débil, la materia lucharía por agruparse para formar estrellas, planetas y seres vivos. Y si fuera más fuerte, eso también crearía problemas. Por qué tenemos tanta suerte?
La investigación que recientemente publiqué con mis colegas John Peacock y Lucas Lombriser ahora sugiere que nuestro universo puede no estar diseñado de manera óptima para la vida. De hecho, es posible que no estemos habitando los universos más probables posibles.
Estudiamos particularmente cómo la aparición de la vida inteligente se ve afectada por la densidad de la energía árk en el universo. Esto se manifiesta como una fuerza misteriosa que acelera la expansión del universo, pero no sabemos lo que es.
La buena noticia es que todavía podemos medirlo. La mala noticia es que el valor observado es mucho menor que lo que esperaríamos de la teoría. Este rompecabezas es una de las preguntas abiertas más grandes en la cosmología, y fue una motivación principal para nuestra investigación.
Razonamiento antrópico
Probamos si el razonamiento antrópico puede ofrecer una respuesta adecuada. El razonamiento antrópico es la idea de que podemos inferir propiedades de nuestro universo del hecho de que nosotros, los humanos, existimos.
A finales de los 80, el premio Nobel de física Steven Weinberg discutió una posible solución antrópica para el valor observado de la densidad de energía oscura.
Weinberg razonó que una densidad de energía oscura más grande aceleraría la expansión del universo. Esto contrarrestaría el esfuerzo de gravedad para agrupar la materia y formar galaxias.
Menos galaxias significa menos estrellas en el universo. Las estrellas son esenciales para la aparición de la vida tal como la conocemos, así que demasiada energía oscura suprimiría las probabilidades de vida inteligente como la aparición de los humanos.
Weinberg entonces consideraba un "multiverso de diferentes universos posibles", cada uno con un contenido de energía oscura diferente. Tal escenario se deriva de algunas teorías de la inflación cósmica, un período de expansión acelerada que se produjo temprano en la historia del universo.
Weinberg propuso que sólo una pequeña fracción de los universos dentro del multiverso, ya sea real o hipotético, tendría una densidad de energía oscura suficientemente pequeña para permitir que aparezcan galaxias, estrellas y, en última instancia, vida inteligente.
Esto explicaría por qué observamos una pequeña densidad de energía oscura a pesar de nuestras teorías sugiriendo que debería ser mucho más grande. Simplemente no podríamos existir de otra manera.
Un escollo potencial en el razonamiento de Weinberg es la suposición de que la fracción de la materia en el universo que termina en las galaxias es proporcional al número de estrellas formadas.
Unos 35 años después, sabemos que no es tan sencillo. Nuestra investigación entonces tenía como objetivo probar la discusión antrópica de Weinberg con un modelo de formación de estrellas más realista.
Número de estrellas (blanca) producidas en universos con diferentes densidades de energía oscura. En el sentido de las agujas del reloj del panel superior-izgaco: sin energía oscura, misma densidad de energía oscura que en nuestro universo, 30 y 10 veces la densidad de energía oscura en nuestro universo. Crédito: Cortesía de Oscar Veenema, ex estudiante de pregrado en la Universidad de Durham, ahora estudiante de doctorado en la Universidad de Oxford, CC BY-SA
Contando estrellas
Nuestro objetivo era determinar el número de estrellas formadas a lo largo de toda la historia de un universo con una determinada densidad de energía oscura. Esto se reduce a un ejercicio de conteo.
Primero, elegimos una densidad de energía oscura entre cero y 100.000 veces el valor observado. Dependiendo de la cantidad, la gravedad puede mantener la materia unida más o menos fácilmente, determinando cómo se pueden formar las galaxias.
A continuación, estimamos la cantidad anual de estrellas formadas dentro de galaxias con el tiempo. Esto siguió del equilibrio entre la cantidad de gas fresco que puede alimentar la formación de estrellas, y la acción opuesta de salidas galácticas que se calientan y empujan gas fuera de las galaxias.
Entonces determinamos la fracción de materia ordinaria que se convirtió en estrellas durante toda la vida (pasada y futuro) de cierto modelo universal. Este número expresaba la eficiencia de ese universo en la producción de estrellas.
Entonces asumimos que la probabilidad de generar vida inteligente en un universo es proporcional a su eficiencia de formación estelar. Como muestra la figura anterior, esto sugiere que el universo más hospitalario contiene aproximadamente una décima parte de la densidad de energía oscura observada en nuestro universo.
Nuestro universo no está, por tanto, muy lejos de lo más favorable posible para la vida. Pero también no es el más ideal.
Pero para validar el razonamiento antrópico de Weinberg, deberíamos imaginar elegir una forma de vida inteligente al azar en el multiverso, y preguntarles qué densidad de energía oscura observan.
Encontramos que el 99,5% de ellos experimentaría una densidad de energía oscura más grande que la observada en nuestro universo. En otras palabras, parece que habitamos un universo raro e inusual dentro del multiverso.
Esto no contradice el hecho de que los universos con energía más oscura suprimirían la formación estelar, reduciendo así las posibilidades de formar vida inteligente.
Por analogía, supongamos que queremos clasificar 300 mármoles en 100 cajas. Cada caja representa un universo, y cada mármol un observador inteligente. Pongamos 100 canas en la caja número uno, cuatro en la caja número dos y luego dos canicables en todas las otras cajas.
Claramente, la primera caja contiene el mayor número de canicables. Pero si elegimos un mármol al azar de todas las cajas, es más probable que venija de una caja que no sea el número uno.
Asimismo, los universos con poca energía oscura son individualmente más hospitalables para la vida. Pero la vida, aunque más improbable, todavía puede desoportar en los muchos universos posibles con abundante energía oscura también - todavía habrá algunas estrellas en ellos.
Nuestro cálculo encuentra que la mayoría de los observadores entre todos los universos experimentarán una densidad de energía oscura más alta de lo que se mide en nuestro universo.
Además, desc encontramos que el observador más típico mediría un valor unas 500 veces mayor que en nuestro universo.
Dónde nos deja eso?
En conclusión, nuestros resultados desafían el argumento antrópico de que nuestra existencia explica por qué tenemos un valor tan bajo de energía oscura. Podríamos habernos encontrado más fácilmente en un universo con una mayor densidad de energía oscura.
El razonamiento antrópico todavía puede ser salvado si adoptamos modelos multiversos más complejos. Por ejemplo, podríamos permitir que la cantidad de energía oscura y materia ordinaria variara a través de diferentes universos.
Tal vez, el desobro reducido de la vida inteligente debido a una mayor densidad de energía oscura podría ser compensado por una mayor densidad de materia ordinaria.
En cualquier caso, nuestros hallazgos nos advierten contra una aplicación simplicástica de argumentos antrópicos. Esto hace que el problema de la energía oscura sea aún más difícil de lidiar.
Qué debemos hacer ahora los cosmólogos? Enrollarnos las mangas y piensa más fuerte. Sólo el tiempo dirá cómo resolvemos el rompecabezas. Sin embargo, lo haremos, estoy seguro de que será increíblemente emocionante.
Publicar un comentario