[escepticos] RE: [escepticos] Principio antrópico

["Pedro J. Hernández" <phgt@...>]

From: José Alonso <paula1 en arrakis.es>:

> Entrando en el tema: Rafael Budría escribió: "He leído en tu página (la
> de Pedro J.) [..] en 1953, el astrónomo británico Fred Hoyle [9] lo
> utilizó para predecir la existencia de un estado excitado del núcleo del
> átomo de carbono previamente desconocido.
> El artículo es muy interesante y me ha chocado mucho lo que dices en el
> segundo párrafo sobre la capacidad predictiva del principio. No me puedo
> imaginar cómo puede emplearse para predecir nada. Eso no quiere decir
> que piense que Hoyle está equivocado, lo que uno puede imaginar y la
> realidad son dos cosas diferentes, pero merece la pena saber los
> detalles de la argumentación que ha dado el astrónomo. Así que si los
> tienes serás muy amable de pasarlos. Gracias por adelantado."
>
> En la revista "Claves de razón práctica" de octubre pasado, Cayetano
> López publica un artículo llamado "Retorno al antropocentrismo: a
> propósito del principio antrópico"

La última y única vez que coincidí con Cayetano López le pregunté
directamente por este asunto, y se mostró aparentemente indignado pensando
que todo esto del principio antrópico era un tema sin el menor interés para
un investigador serio. Eran otros tiempos (hace tres o cuatro años) cuando
el principio tenía muy mala reputación por llevar implícitas ciertas
connotaciones religiosas. Supongo que ahora mismo, según el artículo que
reproduces, habrá cambiado algo de perspectiva.

en el que dice: "La condición local
> más básica [para la existencia de vida] es la existencia de átomos más
> complejos que el hidrógeno y el helio (los únicos presentes en el
> universo pocos minutos después del Big Bang). Si el universo estuviera
> formado sólo por estos dos elementos primordiales no habría química, y,
> por lo tanto, no habría biología. De esos átomos más complejos, el
> carbono es el esencial, aunque también son importantes el oxígeno, el
> nitrógeno, el azufre, el hierro, el calcio y muchos otros; todos ellos
> fabricados en el interior de las estrellas a partir de la materia
> primordial a lo largo de millones de años. La síntesis del carbono, aun
> en las condiciones extremas de densidad y temperatura en el centro de
> las estrellas, no es fácil. El carbono tiene un núcleo cuya composición
> es exactamente la de tres núcleos de helio o partículas alfa. La
> probabilidad de que en el movimiento desordenado del plasma en el
> interior de una estrella se unan simultáneamente tres de estos núcleos
> es inapreciable, por lo que ese mecanismo directo no habría podido
> producir carbono en cantidades significativas. La solución sería un
> proceso en dos pasos: dos núcleos de helio colisionan y forman uno de
> berilio, y después éste colisiona con otra partícula alfa para dar un
> núcelo de carbono.
> El problema es que el isótopo de berilio resultante de la unión de dos
> núcleos de helio es muy inestable y se desintegra tan rápidamente que no
> hay tiempo para que se consume el segundo paso. Fred Hoyle llegó a la
> conclusión de que la formación de carbono exigía que la probabilidad de
> que un núcleo de berilio y otro de helio se unieran tenía que ser
> extremadamente grande, justa para la energía de colisión que produce un
> núcleo de carbono. Es decir, debía haber lo que en términos técnicos se
> llama una resonancia, un máximo muy pronunciado en la afinidad de esos
> núcleos para formar un tercero. Sólo así la enorme eficacia en la fusión
> de los dos núcleos podía contrarrestar el poco tiempo disponible para
> que dicha fusión se produzca. En la época en que Hoyle estudiaba la
> nucleosíntesis no se conocían los detalles de la interacción entre
> partículas alfa y núcleos de berilio; así que, en realidad, del hecho
> innegable de que las estrellas habían fabricado a lo largo de su
> historia carbono con una cierta abundancia, predijo que la interacción
> entre el helio y el berilio tenía que presentar una resonancia muy
> acusada justo en la masa del carbono. Esa resonancia precisa fue
> verificada en el laboratorio, con lo que su existencia, algo que puede
> considerarse como una simple casualidad, resolvía el problema que
> parecía impedir la síntesis de carbono".
>
> Así pues, parece claro que el principio antrópico no es que le
> permitiera hacer predicciones a Hoyle (tampoco Pedro J. lo decía, sino
> que "lo utilizó para predecir"), sino que más bien actuó como impulsor
> de la búsqueda de soluciones a las interrogantes que planteaba, en este
> caso: ¿cómo pudo sintetizarse carbono en condiciones tan poco propicias?
> Me parece que así planteada la cuestión es más entendible.

Creo que queda muy clarito en este último párrafo que citas como va la
argumentación pionera de Fred Hoyle. Pero su puede ir un poco
más lejos y "utilizar" el principio como una verdadera herramienta que
permite realizar predicciones cuantitativas. Por ejemplo Alexander Vilenkin
(http://xxx.lanl.gov/abs/astro-ph/9805252) usa una versión que denomina
"principio de mediocridad" que establece que la probabilidad de que un
determinado parámetro cosmológico (tal y como la densidad o la constante
cosmológica) caiga en un intervalo de valores es proporcional al ´número de
civilizaciones que medirá tal parámetro en ese intervalo. Asumiendo que
nosotros somos una civilización típica, podemos esperar que el valor de tal
parámetro esté cerca del máximo de la función de probabilidad. Es una
especie de Principio Copernicano generalizado a la existencia de una gran
cantidad de universos en expansión. Por si este autor no te suena de nada,
también el propio Steve Weinberg aplica la versión débil del principio
cosmológico para determinar valores probables de la constante cosmológica
(astro-ph/9701099) y Martin Rees junto con Tegmark hacen lo propio para el
nivel de fluctuaciones de la radiación cósmica de fondo (astro-ph/9709058).
En fin, que el principio puede que sea una tautología, pero es tan útil como
lo haya podido ser por ejemplo el principio Copernicano (al fin y al cabo,
el Principio Cosmológico por ejemplo no es más que una extrapolación del
principio copernicano que nos ha llevado a disponer de un modelo de universo
tan útil como ha sido y sigue siendo el Big Bang)

> Pero también me gustaría que Pedro J. profundizara algo más en esta
> frase suya (a nivel profano, por supuesto): "Esa tremenda tasa de
> expansión puede ser perfectamente consecuencia en última instancia de
> una fluctuación cuántica aleatoria e incausada. Esta fluctuación creó
> directamente de la nada energía que se manifestó en un estado peculiar
> inestable conocido como falso vacío." Puede que sea un prejuicio mío,
> pero los sucesos incausados y la creación de algo desde la nada siguen
> desconcertándome, así que yo también agradecería cualquier aclaración en
> este sentido.

No eres el único al que desconciertan ese tipo de cosas. Por ahí hay una
anécdota de esas que nunca sabes hasta que punto son ciertas, que George
Gamow tuvo una conversación con Einstein mientras paseaban por los
alrededores de Princeton, allá por los cuarenta, y Gamov comentó que según
la teoría general de la relatividad una estrella podría ser creada a partir
de la nada debido a que su energía gravitatoria cancela exactamente la
energía debida a la masa que ésta posee. Einstein entonces se paró en medio
de una calle y varios coches estuvieron a punto de atropellarlo.
En cuanto a responder que quiero decir con la creación a partir de la nada
es una especie de conglomerado de ideas en una sola frase que me curan en
salud al meterme en berengenales que escapan a mis copentencias (como mucho
de lo que se dice en el artículo). Por eso hay varias referencias. Puedo
ampliar un poco la idea básica (siguiendo básicamente el capítulo 17 de "The
inflationary Universe" de Alan Guth, Vintage 1997. Creo que ya se ha
publicado en español pero desconozco la referencia)
Básicamente se puede partir de una nada que puede ser imaginada de la
siguiente manera: cójase un universo cerrado y finito (imaginar un globo
donde la goma representa al espacio tridimensional...dificil no???!!!) y
hágase tender el volumen de ese universo a cero. Lo que queda debe ser la
nada (¡esto no me empieza a gustar!). Técnicamente parece que se puede
representar de alguna manera un tipo de geometría espacio-temporal que
represente a un espacio-tiempo vacío como ese. Una propuesta consiste en
invocar un efecto típicamente cuántico como el efecto túnel para provocar un
cambio de configuración en la geometría espacio-temporal. Así, por lo visto,
se puede lograr un universo con unas dimensiones típicamente subatómicas.
Ahora sólo falta un mecanismo para "inflar" ese universo microscópico hasta
nuestro universo macroscópico. Ahí es donde entra el escenario que se llama
inflación. En este escenario, ese universo estaría en un estado especial
denominado "falso vacío" que se caracteriza con una serie de campos
escalares (los famosos campos de Higgs cuya partícula asociada es el tan
buscado bosson de Higgs) en un estado excitado de energía. Esos campos
decaerían a un estado de menor energía (el vacío habitual) y en ese proceso
se pruduciría un efecto de presión negativa que empujaría a todas las
partículas que se fueran creando en el proceso a alejarse unas de otras a un
ritmo exponencial  hasta que el ritmo de expansión fuera moderándose hasta
el ritmo que apreciamos en la actualidad (este proceso duraría típicamente
unos 10^-35 s).
Bueno, el que esté pensando que esto suena a cuento chino casi peor que el
de la biblia, sólo me cabe decir como defensa:
1. Que es sólo uno de los posibles escenarios y que matemáticamente está
bastante bien elaborado si bien existen muchos puntos oscuros.
2. Que hace predicciones observacionales que empezarán a llevarse a cabo a
mediados de la próxima década (tanto NASA como ESA están preparando dos
misiones de satélites que podrían enviarnos un conjunto de datos suficientes
para empezar a discriminar entre diferentes modelos).
3. Que aunque todo este escenario fuera completamente erróneo, sí que está
bien delineada la línea a seguir, es decir, el escenario anterior está bien
contrastado hasta que el universo tenía menos de 1 s, por lo tanto se están
extrapolando resultados, una operación obviamente peligrosa, pero siempre
más fructífera que la sola fe.

un saludo

Pedro J. Hernández