COSMOLOGÍA FÍSICA

En cosmología física , el papel Alpher-Bethe-Gamow , o papel αβγ , fue creado por Ralph Alpher , entonces estudiante de doctorado en física , y su asesor George Gamow . El trabajo, que se convertiría en el tema de la tesis doctoral de Alpher, argumentó que el Big Bang crearía hidrógeno , helio y elementos más pesados ​​en las proporciones correctas para explicar su abundancia en el universo primitivo . Si bien la teoría original descuidó varios procesos importantes para la formación de elementos pesados, los desarrollos posteriores demostraron que la nucleosíntesis del Big Bang es consistente con las restricciones observadas en todos los elementos primordiales.

Formalmente titulado "El origen de los elementos químicos", fue publicado en la edición de abril de 1948 de Physical Review .

El nombre de Bethe [ editar ]

Con humor, Gamow decidió agregar el nombre de su amigo, el eminente físico Hans Bethe, a este documento para crear la lista de autores caprichosos de Alpher, Bethe, Gamow, una obra de teatro de las letras griegas α , βy γ (alpha, beta, gamma). Bethe fue incluida en el artículo como "H. Bethe, Cornell University , Ithaca, New York". En su libro de 1952, La creación del universo , Gamow explicó la asociación de Hans Bethe con la teoría de esta manera:

El papel αβγ con la figura mencionada en el texto.

Los resultados de estos cálculos se anunciaron por primera vez en una carta a The Physical Review , el 1 de abril de 1948. Esto fue firmado por Alpher, Bethe y Gamow, y a menudo se lo conoce como el "artículo alfabético". Parecía injusto para el alfabeto griego tener el artículo firmado por Alpher y Gamow solamente, por lo que se insertó el nombre del Dr. Hans A. Bethe ( en ausencia ) en la preparación del manuscrito para la impresión. El Dr. Bethe, que recibió una copia del manuscrito, no se opuso y, de hecho, fue de gran ayuda en las discusiones posteriores. Sin embargo, hubo un rumor de que más tarde, cuando la teoría alfa, beta y gamma se fue a pique, el Dr. Bethe consideró seriamente cambiar su nombre a Zacharias.

El ajuste preciso de la curva calculada y las abundancias observadas se muestran en la Fig. 15, que representa los resultados de los cálculos posteriores realizados en la computadora electrónica de la Oficina Nacional de Estándares por Ralph Alpher y RC Herman(quienes se niegan a cambiar su posición). nombre a Delter.)

Después de esto, Bethe trabajó en la nucleosíntesis del Big Bang .

Alpher, en ese momento solo un estudiante graduado, estaba generalmente consternado por la inclusión del nombre de Bethe en este documento. Sintió que la inclusión de otro físico eminente eclipsaría su contribución personal a este trabajo y le impediría recibir el reconocimiento adecuado de un descubrimiento tan importante. Expresó su resentimiento por la fantasía de Gamow hasta 1999. ^{[2] [3] [4]}

Principal defecto de la teoría [ editar ]

La teoría originalmente propuso que todos los núcleos atómicos son producidos por la captura sucesiva de neutrones , una unidad de masa a la vez. Sin embargo, estudios posteriores cuestionaron la universalidad de la teoría de la captura sucesiva. No se encontró ningún elemento que tenga un isótopo estable con una masa atómica de cinco u ocho. Los físicos pronto notaron que estas brechas masivas dificultarían la producción de elementos más allá del helio. Así como es imposible subir una escalera un paso a la vez cuando falta uno de los pasos, este descubrimiento hizo que la teoría de la captura sucesiva no pudiera explicar los elementos superiores.

Finalmente, se reconoció que la mayoría de los elementos pesados ​​observados en el presente universo son el resultado de la nucleosíntesis estelar en las estrellas, una teoría sugerida por primera vez por Arthur Stanley Eddington , dada la credibilidad de Hans Bethe , y desarrollada cuantitativamente por Fred Hoyle y varios otros. científicos.

Sin embargo, la teoría de Alpher-Bethe-Gamow explica correctamente las abundancias relativas de los isótopos de hidrógeno y helio . Tomados en conjunto, estos representan más del 99% de la masa bariónica del universo. Hoy en día, se considera que la nucleosíntesis tuvo lugar en dos etapas: formación de hidrógeno y helio según la teoría de Alpher-Bethe-Gamow, y nucleosíntesis estelar de elementos superiores según las teorías posteriores de Bethe y Hoyle.

El principio antrópico es una consideración filosófica de que las observaciones del universo deben ser compatibles con la vida consciente y sapiente que lo observa. Algunos defensores del principio antrópico explican por qué este universo tiene la edad y las constantes físicas fundamentales necesarias para adaptarse a la vida consciente. Como resultado, creen que no es nada extraño que este universo tenga constantes fundamentales que caigan dentro del rango estrecho que se cree compatible con la vida . ^[1] [2] El fuerte principio antrópico (SAP ), como lo explicaron John D. Barrow y Frank Tipler , afirma que esto es así porque el universo está obligado en cierto sentido a que en el futuro emerja una vida consciente y inteligente . Algunos críticos de SAP argumentan a favor de un principio antrópico débil ( WAP ) similar al definido por Brandon Carter , que afirma que el ajuste fino aparente del universo es el resultado del sesgo de selección(específicamente el sesgo de sobreviviente).): es decir, solo en un universo capaz de eventualmente sustentar la vida habrá seres vivos capaces de observar y reflexionar sobre la materia. La mayoría de los argumentos de este tipo recurren a alguna noción del multiverso para que haya una población estadística de universos para seleccionar y de qué sesgo de selección (nuestra observancia de solo este universo, compatible con nuestravida) podría ocurrir.

Definición y base [ editar ]

El principio se formuló como una respuesta a una serie de observaciones de que las leyes de la naturaleza y los parámetros del universo adoptan valores que son consistentes con las condiciones para la vida tal como la conocemos, en lugar de un conjunto de valores que no serían consistentes con la vida en sí. tierra . El principio antrópico establece que esto es una necesidad , porque si la vida fuera imposible, ninguna entidad viviente estaría allí para observarlo y, por lo tanto, no sería conocida. Es decir, debe ser posible observar algún universo, y por lo tanto, las leyes y constantes de cualquier universo deben acomodar esa posibilidad.

El término antrópico en "principio antrópico" se ha considerado ^[3] como un nombre inapropiado . ^[4] Si bien señalamos nuestro tipo de vida basada en el carbono, ninguno de los fenómenos afinados requiere la vida humana o algún tipo de chovinismo de carbono . ^[5] [6] Cualquier forma de vida o cualquier forma de átomo pesado, piedra, estrella o galaxia haría; No hay nada específicamente humano o antrópico involucrado.

El principio antrópico ha dado lugar a cierta confusión y controversia, en parte porque la frase se ha aplicado a varias ideas distintas. Todas las versiones del principio han sido acusadas de desalentar la búsqueda de una comprensión física más profunda del universo. El principio antrópico a menudo es criticado por carecer de falsificabilidad y, por lo tanto, los críticos del principio antrópico pueden señalar que el principio antrópico es un concepto no científico, aunque el principio antrópico débil, "las condiciones observadas en el universo deben permitir al observador existe ", ^[7] es" fácil "de admitir en matemáticas y filosofía, es decir, es una tautología o truismo. Sin embargo, construir un argumento de fondo basado en una base tautológica es problemático. Las variantes más fuertes del principio antrópico no son tautologías y, por lo tanto, hacen afirmaciones que algunos consideran controvertidas y están supeditadas a la verificación empírica. ^[8] [9]

Antrópicas 'coincidencias' [ editar ]

Artículo principal: Universo afinado.

En 1961, Robert Dicke notó que la edad del universo , como la ven los observadores vivos, no puede ser aleatoria. ^[10] En cambio, los factores biológicos obligan al universo a estar más o menos en una "edad de oro", ni demasiado joven ni demasiado viejo. ^[11] Si el universo tuviera una décima parte de su antigüedad actual, no habría habido tiempo suficiente para acumular niveles apreciables de metalicidad (niveles de elementos además del hidrógeno y helio ), especialmente carbono , por nucleosíntesis . Pequeños planetas rocosos aún no existían. Si el universo fuera 10 veces más viejo de lo que realmente es, la mayoría de las estrellas serían demasiado viejas para permanecer en elLa secuencia principal se habría convertido en enanas blancas , aparte de las enanas rojas más débiles , y los sistemas planetarios estables ya habrían llegado a su fin. Por lo tanto, Dicke explicó la coincidencia entre grandes números sin dimensiones construidos a partir de las constantes de la física y la edad del universo, una coincidencia que había inspirado la teoría de la variación de G de Dirac .

Dicke más tarde razonó que la densidad de la materia en el universo debe ser casi exactamente la densidad crítica necesaria para evitar el Big Crunch (el argumento de las "coincidencias de Dicke" ). Las mediciones más recientes pueden sugerir que la densidad observada de la materia bariónica y algunas predicciones teóricas de la cantidad de materia oscura representan alrededor del 30% de esta densidad crítica , mientras que el resto es una constante cosmológica . Steven Weinberg ^[12] dio una explicación antrópica a este hecho: notó que la constante cosmológica tiene un valor notablemente bajo, unos 120 órdenes de magnitud más pequeños que el valorLa física de partículas predice (esto ha sido descrito como la "peor predicción en física"). ^[13] Sin embargo, si la constante cosmológica fuera solo varios órdenes de magnitud mayor que su valor observado, el universo sufriría una inflación catastrófica , lo que impediría la formación de estrellas y, por lo tanto, la vida.

Los valores observados de las constantes físicas sin dimensiones (como la constante de estructura fina ) que gobiernan las cuatro interacciones fundamentales se equilibran como si estuvieran ajustados para permitir la formación de materia comúnmente encontrada y, posteriormente, el surgimiento de la vida. ^[14] Un ligero aumento en la interacción fuerte uniría el dineutrón y el diprotón , y la fusión nuclearHabría convertido todo el hidrógeno en el universo temprano a helio. El agua, así como las estrellas estables suficientemente longevas, ambas esenciales para el surgimiento de la vida tal como la conocemos, no existirían. De manera más general, pequeños cambios en las fortalezas relativas de las cuatro interacciones fundamentales pueden afectar en gran medida la edad, estructura y capacidad de vida del universo.

Origen [ editar ]

Arthur Schopenhauer fue uno de los primeros defensores ateos de argumentos similares a los del principio antrópico. ^[15] [16]

La frase "principio antrópico" apareció por primera vez en la contribución de Brandon Carter a un simposio de Cracovia en 1973 en honor al 500 aniversario de Copérnico . Carter, un astrofísico teórico, articuló el Principio Antrópico en reacción al Principio Copernicano , que establece que los humanos no ocupan una posición privilegiada en el Universo . Como dijo Carter: "Aunque nuestra situación no es necesariamente central , es inevitablemente privilegiada en cierta medida". ^[17] Específicamente, Carter no estuvo de acuerdo con el uso del principio copernicano para justificar el principio cosmológico perfecto , que establece que todas las regiones grandesy los tiempos en el universo deben ser estadísticamente idénticos. El último principio subyace a la teoría del estado estacionario , que recientemente fue falsificada por el descubrimiento en 1965 de la radiación de fondo de microondas cósmica . Este descubrimiento fue evidencia inequívoca de que el universo ha cambiado radicalmente con el tiempo (por ejemplo, a través del Big Bang ).

Carter definió dos formas del principio antrópico, una "débil" que se refería solo a la selección antrópica de ubicaciones privilegiadas del espacio-tiempo en el universo, y una forma "polémica" más polémica que abordaba los valores de las constantes fundamentales de la física.

Roger Penrose explicó la forma débil de la siguiente manera:

El argumento se puede usar para explicar por qué las condiciones son las adecuadas para la existencia de vida (inteligente) en la Tierra en el momento actual. Porque si no estuvieran bien, no deberíamos habernos encontrado aquí ahora, sino en otro lugar, en algún otro momento apropiado. Este principio fue utilizado muy eficazmente por Brandon Carter y Robert Dicke para resolver un problema que había desconcertado a los físicos durante muchos años. El tema se refería a varias relaciones numéricas sorprendentes que se observan para mantenerse entre las constantes físicas (la constante gravitacional , la masa del protón , la edad del universo)., etc.). Un aspecto desconcertante de esto fue que algunas de las relaciones se mantienen solo en la época actual en la historia de la Tierra, por lo que parece que, por casualidad, estamos viviendo en un momento muy especial (¡más o menos unos cuantos millones de años!). Esto fue explicado más tarde, por Carter y Dicke, por el hecho de que esta época coincidió con la vida útil de lo que se llaman estrellas de secuencia principal , como el Sol. En cualquier otra época, el argumento corrió, no habría vida inteligente alrededor para medir las constantes físicas en cuestión, ¡así que la coincidencia tenía que mantenerse, simplemente porque habría vida inteligente alrededor solo en el momento particular en que la coincidencia se mantuvo!

-  La Nueva Mente del Emperador , Capítulo 10

Una de las razones por las que esto es plausible es que hay muchos otros lugares y tiempos en los que podemos imaginar encontrarnos a nosotros mismos. Pero al aplicar el principio fuerte, solo tenemos un universo, con un conjunto de parámetros fundamentales, entonces, ¿cuál es exactamente el punto que se señala? Carter ofrece dos posibilidades: primero, podemos usar nuestra propia existencia para hacer "predicciones" sobre los parámetros. Pero en segundo lugar, "como último recurso", podemos convertir estas predicciones en explicaciones por suponiendo que no es más que un universo, de hecho, una colección grande y posiblemente infinito de universos, algo que ahora se llama el multiverso("conjunto mundial" era el término de Carter), en el cual los parámetros (y quizás las leyes de la física) varían entre los universos. El principio fuerte se convierte entonces en un ejemplo de un efecto de selección , exactamente análogo al principio débil. Sin duda, postular un multiverso es un paso radical, pero tomarlo podría proporcionar al menos una respuesta parcial a una pregunta que parecía estar fuera del alcance de la ciencia normal: "¿por qué las leyes fundamentales de la física toman la forma particular que observamos? ¿no otro?"

Desde el artículo de Carter en 1973, el término "principio antrópico" se ha extendido para abarcar una serie de ideas que difieren en aspectos importantes de aquellos a los que defendió. La confusión particular fue causada en 1986 por el libro The Anthropic Cosmological Principle de John D. Barrow y Frank Tipler , ^[18] publicado ese año que distinguía entre el principio antrópico "débil" y "fuerte" de una manera muy diferente a la de Carter, como se discute En la siguiente sección.

Carter no fue el primero en invocar alguna forma del principio antrópico. De hecho, el biólogo evolutivo Alfred Russel Wallace anticipó el principio antrópico desde 1904: "Un universo tan vasto y complejo como el que sabemos que existe a nuestro alrededor, puede haber sido absolutamente necesario [...] para producir un mundo que debe adaptarse con precisión en cada detalle para el desarrollo ordenado de la vida que culmina en el hombre ". ^[19] En 1957, Robert Dicke escribió: "La era del Universo 'ahora' no es aleatoria, sino que está condicionada por factores biológicos [...] [los cambios en los valores de las constantes fundamentales de la física] excluirían la existencia del hombre considerar el problema ". ^[20]

Variantes [ editar ]

Principio antrópico débil (WAP) ( Carter ): "[Debemos] estar preparados para tener en cuenta el hecho de que nuestra ubicación en el universo es necesariamente privilegiada en la medida en que sea compatible con nuestra existencia como observadores". Tenga en cuenta que para Carter, "ubicación" se refiere a nuestra ubicación tanto en tiempo como en espacio.

Fuerte principio antrópico (SAP) (Carter): "[E] l universo (y por lo tanto, los parámetros fundamentales de los que depende) debe ser tal como para admitir la creación de observadores dentro de él en algún momento. Parafraseando a Descartes , cogito ergo mundus talis est . " 
La etiqueta latina ("Creo que, por lo tanto, el mundo es tal [como lo es]") deja claro que "debe" indica una deducción del hecho de nuestra existencia; La declaración es, pues, un tópico .

En su libro de 1986, The Anthropic Cosmological Principle , John Barrow y Frank Tipler salen de Carter y definen el WAP y SAP de la siguiente manera: ^[21] [22]

Principio antrópico débil (WAP) (Barrow y Tipler): "Los valores observados de todas las cantidades físicas y cosmológicas no son igualmente probables, pero adquieren valores restringidos por el requisito de que existen sitios donde la vida basada en el carbono puede evolucionar y por los requisitos. que el universo sea lo suficientemente viejo para que ya lo haya hecho ". ^[23]
A diferencia de Carter, restringen el principio a la vida basada en el carbono, en lugar de solo a "observadores". Una diferencia más importante es que aplican el WAP a las constantes físicas fundamentales, como la constante de estructura fina , el número de dimensiones del espacio-tiempo y la constante cosmológica.—Tópicos que caen bajo el SAP de Carter.

Principio antrópico fuerte (SAP) (Barrow y Tipler): "El Universo debe tener aquellas propiedades que permitan que la vida se desarrolle en alguna etapa de su historia". ^[24]
Esto parece muy similar al SAP de Carter, pero a diferencia del caso con el SAP de Carter, el "must" es un imperativo, como lo muestran las siguientes tres posibles elaboraciones del SAP, cada una propuesta por Barrow y Tipler: ^[25]

• "Existe un universo posible 'diseñado' con el objetivo de generar y mantener 'observadores'".

Esto puede verse como simplemente el argumento de diseño clásico reafirmado en la vestimenta de la cosmología contemporánea . Implica que el propósito del universo es dar origen a la vida inteligente , con las leyes de la naturaleza y sus constantes físicas fundamentales establecidas para garantizar que la vida tal como la conocemos emergerá y evolucionará.

• "Los observadores son necesarios para llevar al universo a la existencia".

Barrow y Tipler creen que esta es una conclusión válida de la mecánica cuántica , como lo ha sugerido John Archibald Wheeler , especialmente a través de su idea de que la información es la realidad fundamental (vea It from bit ) y su Principio Antrópico Participativo (PAP), que es una interpretación de Mecánica cuántica asociada con las ideas de John von Neumann y Eugene Wigner .

• "Un conjunto de otros universos diferentes es necesario para la existencia de nuestro Universo".

Por el contrario, Carter simplemente dice que un conjunto de universos es necesario para que el SAP cuente como una explicación.

Los filósofos John Leslie ^[26] y Nick Bostrom ^[27] rechazan el SAP de Barrow and Tipler como una lectura errónea fundamental de Carter. Para Bostrom, el principio antrópico de Carter simplemente nos advierte que tengamos en cuenta los sesgos antrópicos , es decir, el sesgo creado por los efectos de la selección antrópica (que Bostrom denomina efectos de selección de "observación"), la necesidad de que existan observadores para obtener un resultado. El escribe:

Muchos "principios antrópicos" están simplemente confundidos. Algunos, especialmente aquellos que se inspiran en los artículos seminales de Brandon Carter, son sólidos, pero ... son demasiado débiles para hacer un verdadero trabajo científico. En particular, sostengo que la metodología existente no permite que se deriven consecuencias observacionales de las teorías cosmológicas contemporáneas, aunque estas teorías pueden ser y están siendo probadas empíricamente por los astrónomos. Lo que se necesita para cerrar esta brecha metodológica es una formulación más adecuada de cómo se deben tener en cuenta los efectos de la selección de la observación .

-  Sesgo antrópico , Introducción ^[28]

Supuesto de auto-muestreo fuerte (SSSA) ( Bostrom ): "Cada momento del observador debe razonar como si hubiera sido seleccionado al azar de la clase de todos los momentos del observador en su clase de referencia ". 
Analizar la experiencia de un observador en una secuencia de "momentos observadores" ayuda a evitar ciertas paradojas; pero la principal ambigüedad es la selección de la "clase de referencia" apropiada: para el WAP de Carter, esto podría corresponder a todos los momentos de observación reales o potenciales en nuestro universo; Para el SAP, para todos en el multiverso. El desarrollo matemático de Bostrom muestra que elegir una clase de referencia demasiado amplia o demasiado estrecha conduce a resultados contraintuitivos, pero no es capaz de prescribir una opción ideal.

Según Jürgen Schmidhuber , el principio antrópico simplemente dice que la probabilidad condicional de encontrarte en un universo compatible con tu existencia es siempre 1. No permite ninguna predicción no trivial adicional como "la gravedad no cambiará mañana". Para obtener más poder predictivo, se necesitan suposiciones adicionales sobre la distribución previa de universos alternativos . ^[29] [30]

El dramaturgo y novelista Michael Frayn describe una forma del Principio Antrópico Fuerte en su libro de 2006 The Human Touch , que explora lo que él caracteriza como "la rareza central del Universo":

Es esta simple paradoja. El Universo es muy viejo y muy grande. La humanidad, en comparación, es solo una pequeña perturbación en un pequeño rincón de ella, y una muy reciente. Sin embargo, el Universo es solo muy grande y muy viejo porque estamos aquí para decir que está ... Y, sin embargo, todos sabemos perfectamente que es lo que es si estamos aquí o no. ^[31]

Carácter de razonamiento antrópico [ editar ]

Carter optó por centrarse en un aspecto tautológico de sus ideas, lo que ha resultado en mucha confusión. De hecho, el razonamiento antrópico interesa a los científicos debido a algo que solo está implícito en las definiciones formales anteriores, a saber, que debemos considerar seriamente que existen otros universos con diferentes valores de los "parámetros fundamentales", es decir, las constantes físicas sin dimensiones y Condiciones iniciales para el Big Bang . Carter y otros han argumentado que la vida tal como la conocemos no sería posible en la mayoría de estos universos. En otras palabras, el universo en el que estamos está bien afinado.para permitir la vida. Collins y Hawking (1973) caracterizaron la gran idea entonces inédita de Carter como el postulado de que "no hay un universo sino todo un conjunto infinito de universos con todas las condiciones iniciales posibles". ^[32] Si se otorga esto, el principio antrópico proporciona una explicación plausible para el ajuste fino de nuestro universo: el universo "típico" no está ajustado, pero si se dan suficientes universos, una pequeña fracción del mismo será capaz de soportar una vida inteligente . El nuestro debe ser uno de estos, por lo que el ajuste fino observado no debe ser motivo de asombro.

Aunque los filósofos han discutido los conceptos relacionados durante siglos, a principios de la década de 1970, la única teoría física genuina que produjo una especie de multiverso fue la interpretación de la mecánica cuántica en muchos mundos . Esto permitiría una variación en las condiciones iniciales, pero no en las constantes verdaderamente fundamentales. Desde entonces, se han sugerido varios mecanismos para producir un multiverso: vea la revisión de Max Tegmark . ^[33] Un desarrollo importante en la década de 1980 fue la combinación de la teoría de la inflación con la hipótesis de que algunos parámetros están determinados por la ruptura de la simetría.en el universo temprano, que permite que los parámetros que antes se pensaban como "constantes fundamentales" variaran en distancias muy grandes, erosionando así la distinción entre los principios débiles y fuertes de Carter. A principios del siglo XXI, el paisaje de cuerdas surgió como un mecanismo para variar esencialmente todas las constantes, incluido el número de dimensiones espaciales. ^[34]

La idea antrópica de que los parámetros fundamentales se seleccionan de una multitud de posibilidades diferentes (cada una real en un universo u otro) contrasta con la esperanza tradicional de los físicos para una teoría de todo lo que no tiene parámetros libres. Como dijo Einstein : "Lo que realmente me interesa es si Dios tuvo alguna opción en la creación del mundo". En 2002, los defensores del principal candidato para una "teoría de todo", la teoría de cuerdas , proclamaron "el fin del principio antrópico" ^[35], ya que no habría parámetros libres para seleccionar. La teoría de cuerdas ahora parece no ofrecer ninguna esperanza de predecir parámetros fundamentales, y ahora algunos de los que la defienden también invocan el principio antrópico (ver más abajo ).

La forma moderna de un argumento de diseño es presentada por el diseño inteligente . Los defensores del diseño inteligente a menudo citan las observaciones de ajuste fino que (en parte) precedieron a la formulación del principio antrópico por Carter como prueba de un diseñador inteligente. Los opositores al diseño inteligente no se limitan a aquellos que creen que existen otros universos; también pueden argumentar, anti-antrópicamente, que el universo está menos afinado de lo que se afirma a menudo, o que aceptar la afinación como un hecho brutal es menos sorprendente que la idea de un creador inteligente. Además, incluso aceptando el ajuste fino, Sober (2005) ^[36] e Ikeda y Jefferys , ^[37] [38]argumentan que el Principio Antrópico, como se establece convencionalmente, en realidad socava el diseño inteligente; ver universo afinado .

El libro de Paul Davies The Goldilocks Enigma (2006) revisa en detalle el estado actual del debate sobre el ajuste fino, y concluye enumerando las siguientes respuestas a ese debate:

1. El universo absurdo: nuestro universo es la forma en que es.
2. El universo único: hay una profunda unidad subyacente en la física que requiere que el Universo sea como es. Alguna Teoría del Todo explicará por qué las diversas características del Universo deben tener exactamente los valores que vemos.
3. El multiverso: existen universos múltiples, que tienen todas las combinaciones posibles de características, e inevitablemente nos encontramos dentro de un universo que nos permite existir.
4. Diseño inteligente: un creador diseñó el Universo con el propósito de apoyar la complejidad y el surgimiento de la inteligencia.
5. El principio de la vida: hay un principio subyacente que obliga al Universo a evolucionar hacia la vida y la mente.
6. El universo autoexplicativo: un bucle explicativo o causal cerrado: "quizás solo puedan existir universos con capacidad de conciencia". Este es el Principio Antrópico Participativo de Wheeler (PAP).
7. El universo falso: Vivimos dentro de una simulación de realidad virtual .

Aquí se omite el modelo de selección natural cosmológica de Lee Smolin , también conocido como "universos fecundos", que propone que los universos tengan "descendencia" que son más abundantes si se parecen a nuestro universo. Ver también Gardner (2005). ^[39]

Claramente, cada una de estas hipótesis resuelve algunos aspectos del rompecabezas, mientras deja otras sin contestar. Los seguidores de Carter solo admitirían la opción 3 como una explicación antrópica, mientras que de 3 a 6 están cubiertos por diferentes versiones de Barrow y el SAP de Tipler (que también incluiría 7 si se considera una variante de 4, como en Tipler 1994).

El principio antrópico, al menos como lo concibió Carter, puede aplicarse en escalas mucho más pequeñas que todo el universo. Por ejemplo, Carter (1983) ^[40] invirtió la línea de razonamiento habitual y señaló que al interpretar el registro evolutivo, uno debe tener en cuenta las consideraciones cosmológicas y astrofísicas . Con esto en mente, Carter concluyó que, dadas las mejores estimaciones de la edad del universo , la cadena evolutiva que culmina en el Homo sapiens probablemente admite solo uno o dos enlaces de baja probabilidad.

La evidencia observacional [ editar ]

Ninguna evidencia observacional posible tiene relación con el WAP de Carter, ya que es solo un consejo para el científico y no afirma nada discutible. La prueba obvia del SAP de Barrow, que dice que el universo es "requerido" para sustentar la vida, es encontrar evidencia de vida en otros universos que no sean el nuestro. Cualquier otro universo es, según la mayoría de las definiciones, inobservable (de lo contrario, se incluiría en nuestra porción de este universo). Por lo tanto, en principio, el SAP de Barrow no puede ser falsificado al observar un universo en el que un observador no puede existir.

El filósofo John Leslie ^[41] afirma que Carter SAP (con multiverso ) predice lo siguiente:

• La teoría física evolucionará para fortalecer la hipótesis de que las transiciones de fase tempranas ocurren probabilísticamente en lugar de determinísticamente, en cuyo caso no habrá una razón física profunda para los valores de las constantes fundamentales;
• Varias teorías para generar universos múltiples resultarán robustas;
• La evidencia de que el universo está bien sintonizado continuará acumulándose;
• No se descubrirá ninguna vida con una química sin carbono ;
• Los estudios matemáticos de la formación de galaxias confirmarán que es sensible a la velocidad de expansión del universo .

Hogan ^[42] ha enfatizado que sería muy extraño que todas las constantes fundamentales estuvieran estrictamente determinadas, ya que esto nos dejaría sin una explicación lista para el ajuste fino aparente. De hecho, es posible que tengamos que recurrir a algo parecido al SAP de Barrow y Tipler: no habría ninguna opción para que tal universo no soporte la vida.

Las predicciones probabilísticas de los valores de los parámetros pueden hacerse dadas:

1. un multiverso particular con una " medida ", es decir, una "densidad de universos" bien definida (por lo tanto, para el parámetro X , se puede calcular la probabilidad previa P ( X ₀ ) dX de que X está en el rango X ₀ < X < X < X ₀ + dX ), y
2. una estimación del número de observadores en cada universo, N ( X ) (por ejemplo, esto podría tomarse como proporcional al número de estrellas en el universo).

La probabilidad de observar el valor X es entonces proporcional a N ( X ) P ( X ). Una característica genérica de un análisis de esta naturaleza es que los valores esperados de las constantes físicas fundamentales no deben "ajustarse demasiado", es decir, si hay algún valor predicho perfectamente sintonizado (por ejemplo, cero), el valor observado no debe estar más cerca de ese valor predicho que lo que se requiere para hacer posible la vida. El pequeño pero finito valor de la constante cosmológica puede considerarse como una predicción exitosa en este sentido.

Una cosa que no contaría como evidencia para el Principio Antrópico es la evidencia de que la Tierra o el sistema solar ocuparon una posición privilegiada en el universo, en violación del principio de Copérnico (para una posible contravención de este principio, vea el principio de Copérnico ), a menos que hubo alguna razón para pensar que esa posición era una condición necesaria para nuestra existencia como observadores.

Aplicaciones del principio [ editar ]

Este artículo o sección posiblemente contiene síntesis de material que no menciona ni se relaciona de manera verificable con el tema principal. Discusión relevante se puede encontrar en la página de discusión . ( Diciembre de 2010 ) ( Aprenda cómo y cuándo eliminar este mensaje de plantilla )

La nucleosíntesis de carbono-12 [ editar ]

Fred Hoyle puede haber invocado el razonamiento antrópico para predecir un fenómeno astrofísico. Se dice que han motivada de la prevalencia en la Tierra de formas de vida cuya química fue basado en carbono-12 átomos , que debe ser un no descubierto de resonancia en el carbono-12 núcleo facilitar su síntesis en interiores estelares a través del proceso de triple alfa . Luego calculó que la energía de esta resonancia no descubierta era de 7.6 millones de voltios electrónicos . ^[43] [44] El grupo de investigación de Willie Fowler pronto encontró esta resonancia, y su energía medida estaba cerca de la predicción de Hoyle.

Sin embargo, un artículo publicado recientemente sostiene que Hoyle no usó el razonamiento antrópico para hacer esta predicción. ^[45]

Inflación cósmica [ editar ]

Artículo principal: Inflación cósmica.

Don Page criticó toda la teoría de la inflación cósmica de la siguiente manera. ^[46] Enfatizó que las condiciones iniciales que hicieron posible una flecha termodinámica del tiempo en un universo con origen en Big Bang , deben incluir el supuesto de que en la singularidad inicial, la entropía del universo era baja y, por lo tanto, extremadamente improbable. Paul Davies refutó esta crítica invocando una versión inflacionaria del principio antrópico. ^[47]Si bien Davies aceptó la premisa de que el estado inicial del universo visible (que llenaba una cantidad microscópica de espacio antes de inflar) tenía que poseer un valor de entropía muy bajo, debido a las fluctuaciones cuánticas aleatorias, para dar cuenta de la flecha termodinámica observada en el tiempo, Consideró este hecho una ventaja para la teoría. El hecho de que la pequeña parte del espacio desde el cual creció nuestro universo observable tenía que ser extremadamente ordenado, para permitir que el universo posinflado tuviera una flecha del tiempo, hace innecesario adoptar cualquier hipótesis "ad hoc" sobre el estado de entropía inicial, hipótesis Otras teorías del Big Bang requieren.

La teoría de cuerdas [ editar ]

Artículo principal: Paisaje de la teoría de cuerdas.

La teoría de cuerdas predice un gran número de universos posibles, llamados "fondos" o "vacua". El conjunto de estos vacíos a menudo se denomina " multiverso " o " paisaje antrópico " o "paisaje de cuerdas". Leonard Susskind ha argumentado que la existencia de un gran número de vacíos coloca el razonamiento antrópico en un terreno firme: solo se observan los universos cuyas propiedades son tales que permiten que los observadores existan, mientras que un conjunto posiblemente mayor de universos que carecen de tales propiedades pasa desapercibido.

Steven Weinberg ^[48] cree que el Principio Antrópico puede ser apropiado por cosmólogos comprometidos con el no- teísmo , y se refiere a ese Principio como un "punto de inflexión" en la ciencia moderna porque aplicarlo al paisaje de cuerdas "puede explicar cómo las constantes de la naturaleza que observamos puede tomar valores adecuados para la vida sin ser ajustado por un creador benevolente ". Otros, sobre todo David Gross, pero también Lubos Motl , Peter Woit y Lee Smolin, argumentan que esto no es predictivo. Max Tegmark , ^[49] Mario Livio y Martin Rees ^[50] argumentan que solo algunos aspectos de una teoría física deben ser observables y / o verificables para que la teoría sea aceptada, y que muchas teorías bien aceptadas están lejos de ser completamente verificables en la actualidad.

Jürgen Schmidhuber (2000-2002) señala que la teoría de la inferencia inductiva universal de Ray Solomonoff y sus extensiones ya proporcionan un marco para maximizar nuestra confianza en cualquier teoría, dada una secuencia limitada de observaciones físicas, y cierta distribución previa en el conjunto de Posibles explicaciones del universo.

Dimensiones del espacio-tiempo [ editar ]

Propiedades de los espacios espaciales n + m.

Hay dos tipos de dimensiones: espacial (bidireccional) y temporal (unidireccional). ^[51] Deje que el número de dimensiones espaciales sea N y el número de dimensiones temporales ser T . Que N = 3 y T = 1, dejando de lado las dimensiones compactadas invocadas por la teoría de cuerdas e indetectables hasta la fecha, puede explicarse apelando a las consecuencias físicas de permitir que Ndifiera de 3 y que T difiera de 1. El argumento es a menudo de un carácter antrópico y posiblemente el primero de su tipo, aunque antes de que el concepto completo se pusiera de moda.

La noción implícita de que la dimensionalidad del universo es especial se atribuye primero a Gottfried Wilhelm Leibniz , quien en el Discurso sobre la metafísica sugirió que el mundo es " el que es al mismo tiempo el más simple en hipótesis y el más rico en fenómenos ". ^[52] Immanuel Kantargumentó que el espacio tridimensional era una consecuencia de la ley del cuadrado inverso de la gravitación universal . Mientras que el argumento de Kant es históricamente importante, John D. Barrow dice que "lleva la línea de golpe hacia atrás: es la tridimensionalidad del espacio lo que explica por qué vemos leyes de fuerza de cuadrado inverso en la Naturaleza, no al revés". (Barrow 2002: 204). ^{[nota 1]}

En 1920, Paul Ehrenfest demostró que si solo hay una dimensión temporal y más de tres dimensiones espaciales, la órbita de un planeta alrededor de su Sol no puede permanecer estable. Lo mismo ocurre con la órbita de una estrella alrededor del centro de su galaxia . ^[53] Ehrenfest también mostró que si hay un número par de dimensiones espaciales, entonces las diferentes partes de un impulso de onda viajarán a diferentes velocidades. Si hay$${\ displaystyle 5 + 2k}dimensiones espaciales, donde k es un número entero, entonces los impulsos de onda se distorsionan. En 1922, Hermann Weyl mostró que Maxwell teoría de la 's electromagnetismo sólo funciona con tres dimensiones espaciales y una de tiempo. ^[54] Finalmente, Tangherlini mostró en 1963 que cuando hay más de tres dimensiones espaciales, los orbitales de electrones alrededor de los núcleos no pueden ser estables; Los electrones caerían en el núcleo o se dispersarían. ^[55]

Max Tegmark expande el argumento anterior de la siguiente manera antrópica. ^[56] Si T difiere de 1, el comportamiento de los sistemas físicos no podría predecirse de manera confiable a partir del conocimiento de las ecuaciones diferenciales parciales relevantes . En tal universo, la vida inteligente capaz de manipular la tecnología no podría surgir. Además, si T > 1, Tegmark mantiene que los protones y los electrones serían inestables y podrían descomponerse en partículas que tienen mayor masa que ellos mismos. (Esto no es un problema si las partículas tienen una temperatura suficientemente baja). Si N<3 contener="" cualquier="" de="" demasiado="" el="" es="" font="" gravitaci="" la="" n="" nbsp="" observadores.="" para="" probablemente="" problem="" se="" simple="" tica="" tipo="" universo="" vuelve="" y="">Por ejemplo, cuando N <3 cruzarse="" font="" intersectarse.="" los="" nervios="" no="" pueden="" sin="">

En general, no está claro cómo podría funcionar la ley física si T difiriera de 1. Si T > 1, las partículas subatómicas que decaen después de un período fijo no se comportarán de manera predecible, porque las geodésicas de tipo temporal no serían necesariamente máximas. ^[57] N = 1 y T = 3 tiene la propiedad peculiar de que la velocidad de la luz en el vacío es un límite inferior de la velocidad de la materia; Toda la materia consiste en taquiones . ^[56]

Por lo tanto, los argumentos antrópicos y otros descartan todos los casos, excepto N = 3 y T = 1, lo que sucede para describir el mundo que nos rodea.

Interpretaciones metafísicas [ editar ]

Algunas de las disputas y especulaciones metafísicas incluyen, por ejemplo, intentos de respaldar la interpretación anterior de Teilhard de Chardin del universo como centrado en Cristo (compare el Punto Omega ), expresando una creatio evolutiva en lugar de la noción más antigua de creatio continua . ^[58] Desde una perspectiva estrictamente secular, humanista, también permite volver a colocar a los seres humanos en el centro, un cambio antropogénico en la cosmología. ^[58] Karl W. Giberson ^[59] ha sido un tanto lacónico al afirmar que

Lo que surge es la sugerencia de que la cosmología puede finalmente estar en posesión de alguna materia prima para un  mito de la creación posmoderna .

-  Karl W. Giberson

El Principio Cosmológico Antrópico [ editar ]

Un extenso estudio existente del principio antrópico es el libro El Principio Cosmológico Antrópico de John D. Barrow , un cosmólogo , y Frank J. Tipler , un cosmólogo y físico matemático . Este libro expone en detalle las numerosas coincidencias y limitaciones antrópicas conocidas, incluidas muchas encontradas por sus autores. Si bien el libro es principalmente un trabajo de astrofísica teórica , también toca la física cuántica , la química y las ciencias de la tierra . Un capítulo entero sostiene que el Homo sapiens es, con alta probabilidad, la única especie inteligente.en la Vía Láctea .

El libro comienza con una revisión extensa de muchos temas en la historia de las ideas que los autores consideran relevantes para el principio antrópico, porque los autores creen que ese principio tiene antecedentes importantes en las nociones de teleología y diseño inteligente . Hablan de los escritos de Fichte , Hegel , Bergsony Alfred North Whitehead , y de la cosmología Omega Point de Teilhard de Chardin . Barrow y Tipler distinguen cuidadosamente el razonamiento teleológico de eutaxiológicorazonamiento; el primero afirma que el orden debe tener un propósito consecuente; el último afirma más modestamente que el orden debe tener una causa planificada. Atribuyen esta distinción importante, pero casi siempre se pasa por alto, a un oscuro libro de 1883 de LE Hicks. ^[60]

Al ver poco sentido en un principio que requiere que la vida inteligente emerja mientras permanece indiferente ante la posibilidad de su extinción final, Barrow y Tipler proponen el principio antrópico final (FAP): el procesamiento inteligente de información debe existir en el universo y, una vez que llega a la existencia, nunca se extinguirá. ^[61]

Barrow y Tipler sostienen que la FAP es tanto una declaración física válida como "estrechamente relacionada con los valores morales". FAP coloca fuertes restricciones en la estructura del universo , restricciones desarrolladas aún más en The Physics of Immortality de Tipler . ^[62] Una de esas restricciones es que el universo debe terminar en una gran crisis , lo que parece poco probable en vista de las conclusiones tentativas extraídas desde 1998 sobre la energía oscura , basadas en observaciones de supernovas muy lejanos .

En su reseña ^[63] de Barrow y Tipler, Martin Gardner ridiculizó a la FAP al citar las últimas dos oraciones de su libro al definir un Principio Antrópico Completamente Ridículo (CRAP):

En el instante en que se alcance el Punto Omega , la vida habrá ganado el control de toda lamateria y las fuerzas no solo en un solo universo, sino en todos los universos cuya existencia es lógicamente posible; la vida se habrá extendido a todas las regiones espaciales en todos los universos que podrían existir lógicamente, y habrá almacenado una cantidad infinita de información, incluidos todos los bits de conocimiento que es lógicamente posible conocer. Y este es el fin. ^[64]

Recepción y controversias [ editar ]

Carter ha lamentado con frecuencia su propia elección de la palabra "antrópico", porque transmite la impresión engañosa de que el principio involucra específicamente a los humanos, en lugar de a los observadores inteligentes en general. ^[65] Otros ^[66] han criticado la palabra "principio" por ser demasiado grandiosa para describir las aplicaciones directas de los efectos de selección .

Una crítica común del SAP de Carter es que es un deus ex machina fácil que desalienta las búsquedas de explicaciones físicas. Para citar nuevamente a Penrose: "[Los teóricos tienden a ser invocados cuando no tienen una teoría lo suficientemente buena como para explicar los hechos observados". ^[67]

El SAP de Carter y el WAP de Barrow y Tipler han sido descartados como truismos o tautologías triviales , es decir, afirmaciones verdaderas únicamente en virtud de su forma lógica (la conclusión es idéntica a la premisa) y no porque se realice una afirmación sustantiva y esté respaldada por la observación de realidad. Como tales, son criticados como una forma elaborada de decir "si las cosas fueran diferentes, serían diferentes", lo cual es una afirmación válida, pero no afirma una alternativa objetiva sobre otra.

Los críticos de Barrow y Tipler SAP afirman que no es verificable ni falsificable, y por lo tanto no es una afirmación científica sino filosófica. La misma crítica se ha dirigido contra la hipótesis de un multiverso , aunque algunos argumentan ^{[ ¿quién? ]} que hace predicciones falsificables. Una versión modificada de esta crítica es que entendemos tan poco acerca del surgimiento de la vida, especialmente la vida inteligente, que es efectivamente imposible calcular el número de observadores en cada universo. Además, la distribución previa de universos en función de las constantes fundamentales se modifica fácilmente para obtener el resultado deseado. ^[68]

Muchas críticas se centran en versiones del fuerte principio antrópico, como el principio cosmológico antrópico deBarrow y Tipler , que son nociones teleológicas que tienden a describir la existencia de la vida como un requisito previo necesario para las constantes observables de la física. Similarmente, Stephen Jay Gould , ^[69] [70] Michael Shermer , ^[71]y otros afirman que las versiones más fuertes del principio antrópico parecen revertir las causas y efectos conocidos. Gould comparó la afirmación de que el universo está afinado para el beneficio de nuestro tipo de vida con el de decir que las salchichas se hicieron largas y estrechas para que quepan en los modernos bollos de hotdog, o que los barcos se inventaron para albergar percebes . Estos críticos citan la vasta evidencia física, fósil, genética y otra evidencia biológica consistente con la vida que se ha perfeccionado a través de la selección natural para adaptarse al entorno físico y geofísico en el que existe la vida. La vida parece haberse adaptado al universo, y no al revés.

Algunas aplicaciones del principio antrópico han sido criticadas como un argumento por falta de imaginación , por suponer tácitamente que los compuestos de carbono y el agua son la única química posible de la vida (a veces llamada " chovinismo del carbono ", ver también bioquímica alternativa ). ^[72] El rango de constantes físicas fundamentales coherentes con la evolución de la vida basada en el carbono también puede ser más amplio que lo que argumentan los defensores de un universo bien afinado . ^[73] Por ejemplo, Harnik et al. ^[74] proponen un universo sin debilidad en el que la fuerza nuclear débil.está eliminado. Muestran que esto no tiene un efecto significativo en las otras interacciones fundamentales , siempre que se realicen algunos ajustes en cómo funcionan esas interacciones. Sin embargo, si se violaran algunos de los detalles afinados de nuestro universo, se descartarían estructuras complejas de cualquier tipo: estrellas , planetas , galaxias , etc.

Lee Smolin ha ofrecido una teoría diseñada para mejorar la falta de imaginación de la que se han acusado los principios antrópicos. Expone su teoría de universos fecundos , que asume que los universos tienen "descendencia" a través de la creación de agujeros negros cuyos universos descendientes tienen valores de constantes físicas que dependen de los del universo materno. ^[75]

Los filósofos de la cosmología John Earman , ^[76] Ernan McMullin , ^[77] y Jesús Mosterín sostienen que "en su versión débil, el principio antrópico es una mera tautología, que no nos permite explicar ni predecir nada de lo que hicimos". No lo sé ya. En su versión fuerte, es una especulación gratuita ". ^[78] Otra crítica de Mosterín se refiere a la inferencia "antrópica" defectuosa desde el supuesto de una infinidad de mundos hasta la existencia de uno como el nuestro: