¿Por qué es así el Universo que conocemos?

En ciencias se entiende por constante física el valor de una magnitud física cuyo valor, fijado un sistema de unidades, permanece invariable en los procesos físicos a lo largo del tiempo. Todas estas, por ser tan fundamentales, son llamadas constantes universales.

Constantes universales VI

Constantes universales VII

Constantes Universales VIII

“Es difícil formular cualquier teoría sobre las etapas primitivas del Universo porque no sabemos si hc/e²  es constante o varía proporcionalmente a log (t). Si hc/e²  fuera un entero tendría que ser una constante, los experimentadores dicen que no es un entero, de modo que podría estar variando. Si realmente varía, la química de las etapas primitivas sería completamente diferente, y la radiactividad estaría afectada.”

                               ¿Por qué es así el Universo que conocemos?

“El Universo es todo lo que podemos tocar, sentir, percibir, medir o detectar. Abarca los cosas vivas, los planetas, las estrellas, las galaxias, las nubes de polvo, la luz e incluso el tiempo. Antes de que naciera el Universo, no existían el tiempo, el espacio ni la materia.”

                              Poco a poco pudimos ir conociendo los secretos del Universo

 

Sí, nosotros también hemos llegado a saber que con el paso del tiempo, aumenta la entropía y las cosas cambian.  Sin embargo, algunas cosas no cambian, continúan siempre igual, sin que nada les afecte.  Esas, precisamente, son las constantes de la naturaleza que, desde mediados del siglo XIX, comenzó a llamar la atención de físicos.

Las partículas forman los átomos, éstos las moléculas, las moléculas se juntan forman células, y, por fin, las células forman los cuerpos conformados en objetos de distintas naturalezas según el cometido que cada uno de ellos tenga asignado en la Naturaleza, en el Universo.

El profesor alemán Ulf-G Meissner, catedrático de Física Teórica en el Instituto Helmholtz de la Universidad de Bonn, aporta en un artículo recién publicado en Science Bulletin una serie de hallazgos que apoyan el Principio Antrópico, es decir, la idea de que el Universo es como es porque en él hay seres capaces de preguntarse por qué es así.

Durante el último medio siglo, los físicos teóricos han ido descubriendo que muchas de las constantes y reglas fundamentales de la Física parecen estar finamente “sintonizadas” para permitir que la vida surja en el Universo. Por ejemplo, las constantes que contiene el Modelo Estándar de la Física de Partículas permitieron, por un margen muy estrecho, que se formaran núcleos de hidrógeno tras el Big Bang, y después átomos de carbono y oxígeno que, juntos, se fusionaron en los núcleos de la primera generación de estrellas masivas que, a su vez, estallaron como supernovas; explosiones que prepararon finalmente la escena para que surgieran sistemas solares y planetas capaces de sustentar vida basada en el carbono y altamente dependiente del agua y el oxígeno.

La cuestión es que todos estos hallazgos parecen apoyar el famoso Principio Antrópico formulado en 1973 por el físico Brandom Carter y según el cual el mero hecho de que nosotros estemos aquí supone que el Universo, necesariamente, tiene que ser como es, porque si fuera diferente en algo no existiríamos.

En su célebre “Historia del Tiempo”, el físico británico Stephen Hawking también se refiere al Principio Antrópico: “vemos el Universo tal y como es porque nosotros existimos”. Es decir, que si el Universo no fuese como es, o no hubiese evolucionado exactamente de la forma en que lo hizo, ninguno de nosotros existiría, por lo que preguntarse el por qué de nuestra existencia es algo que, para Hawking, no tiene sentido alguno.

Los experimentos de Meissner

En su estudio, titulado “Consideraciones antrópicas en Física nuclear”, Meissner analiza el Principio Antrópico a la luz de la Astrofísica y la Física de Partículas: “De hecho, es posible llevar a cabo experimentos científicos concretos que apoyen esta declaración bastante abstracta (el Principio Antrópico), como por ejemplo con los procesos específicos que hicieron posible la generación de elementos”.

Para Meissner, esto puede conseguirse “con la ayuda de computadoras de alto rendimiento, que nos permiten simular universos en los que los parámetros fundamentales que subyacen a la Física nuclear toman valores diferentes de los que vemos en la Naturaleza”.

“Se trata de una expresión acuñada por el astrónomo Brandon Carter en 1974. El enunciado general de ese principio dice que “lo que podemos esperar observar tiene que estar limitado por las condiciones necesarias para nuestra presencia como observadores” (Carter 1974, 291).”

Cuando Brandom Carter formuló su Principio Antrópico, afirmó que el Universo (y por lo tanto sus parámetros fundamentales) deberán ser tales que permitan, en algún momento, que en él surjan observadores. Y esto es así porque, efectivamente, en el Universo ya existen observadores (nosotros) que se preguntan por su origen y evolución.

La expansión tras el Big Bang

 

Hawking, por su parte, esbozaba en su “Breve Historia del Tiempo” una serie de fenómenos astrofísicos que parecen apoyar el Principio Antrópico y se preguntaba: “¿Por qué tuvo que empezar el Universo con una tasa de expansión tan cercana al punto crítico que separa los modelos en que ese Universo colapsa de los que le permiten expandirse para siempre y que aún hoy, más de 10.000 millones de años más tarde, aún sigue expandiéndose casi a esa velocidad crítica?”.

Para Hawking, “si la tasa de expansión un segundo tras el Big Bang hubiera sido menor, incluso en una parte en cien mil millones de millones, el Universo se habría vuelto a colapsar mucho antes de haber alcanzado su tamaño actual”.

Explosiones supernovas y creación de nuevas estrellas en Nebulosas Moleculares gigantes

En palabras de Meissner, “El Universo en que vivimos se caracteriza por ciertos parámetros que tienen unos valores específicos que parecen estar perfectamente sintonizados para que la vida, y la Tierra, sean posibles. Por ejemplo, la edad del Universo tiene que ser lo suficientemente larga como para permitir la formación de galaxias, estrellas y planetas, y también estrellas de segunda y tercera generación (como el Sol) que incorporen el carbono y el oxígeno liberado al espacio por las primeras estrellas que estallaron”.

Para Meissner, “incluso en la escala microscópica, ciertos parámetros fundamentales del Modelo Estándar, como la masa de los quarks o la fina estructura de las constantes electromagnéticas, deben tener valores que permitan la formación de neutrones, protones y núcleos atómicos”. Condiciones, por supuesto, esenciales para que el Universo sea tal y como lo vemos en la actualidad.

De esta forma, mientras que la nucleosíntesis del Big Bang dio origen a los núcleos de hidrógeno y a las partículas alfa (núcleos de helio 4), otros elementos generalmente tarde, en el interior de estrellas muy masivas que ardieron muy intensamente y que murieron pronto, muchas en forma de supernovas que, al estallar, propagaron estos elementos y los dejaron a disposición de las siguientes generaciones de sistemas estelares.

En una serie de experimentos basados en complejas simulaciones informáticas, Meissner y sus colegas alteraron los valores de la masa de los quarks que vemos en la Naturaleza para determinar qué grado de variación se necesita para impedir la formación de carbono y oxígeno en el interior de la primera generación de estrellas. Y sus resultados indican que habría bastado con una variación de un 2 ó un 3% en la masa de esos quark para que ninguno de esos dos elementos esenciales para nosotros hubiera existido jamás.

Incluso antes, durante el propio Big Bang, cuando se crearon los núcleos de los dos primeros elementos de la tabla periódica (Hidrógeno y Helio), una leve variación en la masa de los quarks habría impedido su formación, lo que habría significado que esa primera generación de estrellas jamás habría llegado a formarse. “La nucleosíntesis del Big Bang -afirma Meissner- establece unos límites muy apretados, y un ajuste tan extremo apoya la visión antrópica de nuestro Universo”.

“Por supuesto -añade el investigador- podemos pensar en la existencia de múltiples universos, un multiverso en el que los distintos parámetros fundamentales toman valores diferentes y llevan a la creación de universos muy distintos unos de otros”.

                             ¿Un Universo sin vida? ¿Qué clase de Universo sería?

También Stephen Hawking dijo en una ocasión que incluso las más ligeras alteraciones de las constantes de la física fundamental en este hipotético multiverso “llevaría a universos que, aunque podrían ser muy hermosos, no contendrían a nadie capaz de maravillarse ante tanta belleza”.

El Universo es como es… ¡Para que estemos aquí! Un Universo con ausencia de Inteligencia… ¿Quién lo podría admirar? Sería un Universo muerto, sin sentido.

Una declaración, por cierto, con la que Meissner está muy de acuerdo: “En ese sentido, nuestro Universo goza de un estatus preferente, y esa es la base del Principio Antrópico”.

Publica emilio silvera

Fuente: Reportaje en ABC Ciencia

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