El reciente descubrimiento de ondas gravitacionales del Big Bang que dio origen a nuestro universo ha desencadenado ondas en círculos astrofísicos y cosmológicos. Algunos acogieron con entusiasmo el nuevo descubrimiento, afirmando que finalmente demostró la realidad de la inflación (la llamada expansión rápida del universo postulada por la teoría después del Big Bang).
Otros pidieron cautela, señalando que las olas detectadas podrían deberse en parte a factores distintos a la inflación. Algunos anunciaron que estos resultados finalmente enterraron casi todas las teorías alternativas presentadas para explicar las propiedades observadas del universo, otros advirtieron contra la prisa excesiva, llamando primero a "probar de manera confiable" la inconsistencia de las posibles alternativas. En este contexto de agitación general, el discurso de uno de los principales cosmólogos modernos, Andrei Linde de la Universidad de Stanford, fue especialmente interesante.
Acogiendo con beneplácito el nuevo descubrimiento, dijo que no solo "elimina el 90 por ciento de todos los demás modelos de inflación de la discusión", sino que también "encaja perfectamente con la teoría de la inflación caótica", es decir, la teoría que el propio Linde desarrolló hace unos 30 años. No fue por casualidad que las palabras de Linde despertaron el interés especial de todos sus colegas. El caso es que si más pruebas confirman realmente la realidad de la inflación caótica, esto significará que la cosmología finalmente ha logrado resolver una cuestión dolorosa y fundamental, a la que no ha podido dar una respuesta satisfactoria durante muchas décadas.
Esta pregunta, como verás ahora, también es fundamental para nosotros, gente común y corriente, porque en su forma más primitiva suena así: ¿por qué existimos?
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Déjame explicarte ahora. Ya a mediados del siglo pasado, se notó que las constantes físicas básicas (por ejemplo, la carga del electrón, la constante gravitacional en la ley de la gravitación universal y una serie de otras cantidades fundamentales) se ajustan con extrema precisión para garantizar que la vida en el universo pueda existir en la forma en que nosotros sabemos.
Hay muchos otros ejemplos de un ajuste tan fino de las leyes de la naturaleza a las necesidades de un anthropos, es decir, una persona. Digamos que nuestra vida está basada en carbono, y que el carbono, como ha demostrado el estudio de los procesos de formación de elementos químicos, no podría aparecer en el universo si los niveles de energía en átomos más ligeros que el carbono, los elementos difieren incluso en mil millonésimas de lo que hay en De Verdad.
Otro ejemplo, ya desde la geometría del espacio: para el surgimiento y desarrollo de la vida se necesitan planetas que giren alrededor de sus estrellas según la ley de la gravedad. Y la teoría general de la relatividad muestra que en el espacio de dos dimensiones, la gravedad sería demasiado débil para mantener a los planetas cerca de las estrellas, y en el espacio de cuatro o más dimensiones, no puede haber gravedad en absoluto.
Para los antropos, solo queda ese espacio de tres dimensiones, que vemos a nuestro alrededor. Y hay muchos ejemplos de este tipo. Quienes estén interesados me referiré al maravilloso libro de Barrow y Tippler, "El principio antrópico cosmológico".
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¿Cómo explica un ajuste tan sutil? En 1973, el famoso astrofísico Brandon Carter, hablando en la conferencia de Cracovia en honor al 500 aniversario del nacimiento de Copérnico, formuló una posible respuesta a esta pregunta. Esta respuesta se llama "principio antrópico". Sostiene que, contrariamente a la antigua creencia (copernicana) de que la ubicación de la Tierra en el espacio no es diferente de todas las demás ubicaciones posibles en el universo, de hecho, Carter dice, “su posición, aunque no necesariamente central, sigue siendo algo especial. ".
¿Qué es esta característica? El hecho de que en toda la parte circundante del universo visible para nosotros, las leyes y constantes de la naturaleza son exactamente lo que se necesitan para el surgimiento de la vida y el anthropos como su "corona".
En otras palabras, aparecimos en un lugar tan especial (desde nuestro punto de vista) en el universo, donde solo nosotros podíamos aparecer. Si asumimos que hay muchos otros rincones en el universo que no vemos, entonces es muy posible que las leyes y constantes de la naturaleza sean diferentes allí, la vida y el hombre no podrían aparecer allí y, por lo tanto, nadie puede preguntarse por qué las leyes de la naturaleza lo rodean. son tales que excluyen su ocurrencia.
Por lo tanto, la respuesta a nuestra pregunta fundamental se reduce al hecho de que existimos, porque por alguna coincidencia increíblemente feliz en nuestra parte del universo, se han desarrollado exactamente tales leyes y constantes de la naturaleza, que resultaron estar idealmente ajustadas a la posibilidad de nuestra apariencia.
Esta formulación del principio antrópico se llamó más tarde débil, porque es posible hacer una declaración más fuerte, que se llama el principio antrópico fuerte. Según este principio, no hay otras partes o lugares en el universo; todo e inmediatamente surgió de tal manera que sus leyes y constantes son las mismas en todas partes y en todas partes se ajustan con precisión a la posibilidad de la aparición de la vida y la razón. Esto suena más lógico que la afirmación sobre "diferentes lugares" del universo con "diferentes leyes" (¿por qué de repente?). Pero en esta forma, el principio antrópico se parece mucho a las historias sobre la creación deliberada (¿divina?) Del universo entero por el bien del hombre y, por lo tanto, la mayoría de los científicos se negaron resueltamente a aceptarlo. Sin embargo, el hecho del ajuste fino era evidente y exigía ser explicado. Linde fue uno de los pocos que intentó en serio,es decir, con la ayuda de rigurosos cálculos teóricos, verifique: ¿podrían realmente existir tales escenarios para el nacimiento del universo que explicaran este ajuste?
Permítanme recordarles que el escenario original del Big Bang nació casi inmediatamente después de que Einstein creara la teoría general de la relatividad, que conectaba la gravedad con las propiedades del espacio y el tiempo. Einstein creía que el universo siempre está en un estado estacionario, y la gravedad de todos sus cuerpos entre sí está equilibrada por una especie de campo explosivo (hoy se llama campo de energía oscura).
Pero unos años más tarde, Hubble descubrió que el universo en realidad se está expandiendo (todas las galaxias se están alejando unas de otras) con una cierta velocidad pequeña pero notable, como si todas estas galaxias hubieran recibido alguna vez algún impulso inicial y continuaran moviéndose por inercia (hoy se sabe que el campo de energía oscura incluso acelera este movimiento). Este impulso inicial recibió el nombre de Big Bang (el astrofísico Hoyle lo bautizó burlonamente como Big Bang - "Big Clapperboard").
La teoría del Big Bang describió muy bien el nacimiento y desarrollo del universo. Ella argumentó que el universo surgió como una masa de plasma extremadamente caliente y denso, que se expandió gradualmente (junto con su espacio) y se enfrió gradualmente.
Inicialmente, su materia no se podía dividir en materia y energía, pero a medida que se enfriaba, comenzaron a aparecer campos de fuerza (energía) (separados entre sí): nucleares, débiles, electromagnéticos y, junto con ellos, comenzaron a aparecer las partículas correspondientes: quarks, electrones., neutrinos, etc. Y finalmente (la teoría indicó que unos 380 mil años después de la explosión) el universo se enfrió tanto que los cuantos de energía ya no rompieron los átomos recién nacidos, y luego la sustancia se cayó del plasma total.
Entre los átomos quedó un vacío (vacío), que se llenó de radiación electromagnética de enorme intensidad. Los átomos comenzaron a pegarse en grupos de materia (formando eventualmente las primeras estrellas y galaxias), y la radiación residual continuó enfriándose, es decir, desde longitudes de onda muy cortas para convertirse en longitudes de onda cada vez más largas (tanto debido a la pérdida de energía en colisiones con la materia, como como resultado del estiramiento de las ondas de para la expansión continua del espacio), y ahora se ha enfriado a 3 grados Kelvin (su longitud de onda ya es de varios milímetros). Se le llamó radiación cósmica residual o relicta.
Esta imagen esbelta e impresionante se confirmó brillantemente cuando Penzias y Wilson descubrieron tal radiación con una temperatura de 2,7 Kelvin y que llegaba a la Tierra desde todos los lados del cielo, es decir, llenando todo el universo. Pero junto con la confirmación vino otra pregunta, porque resultó que esta radiación es uniforme, es decir, tiene la misma temperatura en todas las direcciones, es decir, en todo el universo. ¿Cómo puede ser? La teoría dice que el Big Bang ocurrió hace 13,7 mil millones de años. Esto significa que la radiación reliquia se formó hace unos 13,3 mil millones de años.
Los puntos más lejanos desde los que esta luz puede llegar a la Tierra hoy pueden estar a 13,3 años luz de distancia, lo que significa que la distancia entre dos de esos puntos en lados opuestos del cielo es de 26,6 mil millones de años luz. Ninguna energía podría moverse de un punto a otro, porque para ello necesitaría moverse al doble de la velocidad de la luz, lo cual es imposible. Mientras tanto, las mediciones de Penzias y Wilson mostraron que estos dos puntos emiten radiación residual de la misma temperatura, lo que significa que están en un estado de equilibrio térmico.
A esta rareza se le ha llamado el problema del horizonte (porque los dos puntos anteriores están en el borde o en el horizonte del universo actual). En un intento por resolver este problema, Alan Guth en 1981 propuso la idea de inflación (inflación también se traduce como "inflación", "hinchazón"), según la cual el coágulo de plasma inicial resultante del Big Bang era pequeño, y por lo tanto todas sus partes podrían intercambiando energía, llegan a la misma temperatura.
Y luego, en un tiempo monstruosamente corto (10 a la potencia 35 de un segundo menos), hubo una inflación corta pero monstruosamente rápida del espacio del universo, que aumentó a sus dimensiones aparentes actuales (10 a la potencia 23 de km). No vale la pena intentar visualizar estos números. La tasa de esta inflación superó inimaginablemente la velocidad de la luz (que, sin embargo, no violó el principio del límite de la velocidad de la luz, porque no había transmisión de señales a través del espacio, sino la expansión del espacio mismo).
Y, por supuesto, durante este tiempo, todas las partes del universo no pudieron cambiar su estado y, por lo tanto, permanecieron en todas partes en un estado de equilibrio térmico entre sí.
La teoría inflacionaria de Guth resolvió algo más que el problema del horizonte. Al mismo tiempo, explicó por qué el universo observado nos parece, en promedio (es decir, a distancias muy grandes), prácticamente homogéneo y plano (es decir, aquel en el que se cumplen las leyes de la geometría euclidiana, y no, digamos, las leyes de la geometría esférica de Riemann o la geometría hiperbólica de Lobachevsky).
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En términos generales, la inflación "desplegó" la "alfombra" enrollada del espacio universal, eliminando las desviaciones más pequeñas del plano y haciéndolo euclidiano, y el universo mismo, homogéneo.
(Para ser estrictos, en aras del bien, en nuestro tiempo, el descubrimiento de la materia oscura, que en el universo es varias veces más de lo habitual, ha planteado de nuevo a los científicos el problema de la planitud y uniformidad, ya que resultó que la materia oscura se distribuye en el espacio de manera diferente a la habitual, visible. dio lugar a nuevas teorías inflacionarias más complejas, pero no tienen nada que ver con la historia del principio antrópico en cosmología).
¿Cuál fue la causa fundamental del Big Bang y la inflación subsiguiente? Según Guth, todo comenzó con las fluctuaciones cuánticas del vacío. En términos generales, en física cuántica, un vacío no es un vacío, sino un estado especial de un determinado campo en el que pueden ocurrir fluctuaciones de energía. Una de esas vibraciones durante un breve período de tiempo aumenta la energía del campo, y luego surge un estado inestable llamado vacío falso.
Un estado así se desintegra extremadamente rápido, es decir, vuelve a la normalidad, pero bajo ciertas condiciones, un pedazo de espacio en el que surgió un falso vacío y luego se desintegró puede usar la energía que apareció de repente en él para su expansión frenética, es decir, para la inflación. Según Guth, fue precisamente tal proceso el que dio lugar al universo que observamos, y tuvo lugar en un área tan microscópica, y por lo tanto homogénea y en equilibrio, que el universo que surgió de ella también resultó, como ya hemos dicho, homogéneo y en equilibrio.
Además, el sitio original era tan pequeño que las leyes de la física eran las mismas en todas partes, por lo que en el universo instantáneamente inflado permanecieron iguales en todas partes. Y el hecho de que al mismo tiempo resultaran favorables para el surgimiento de la vida y la razón ya es pura coincidencia. La respuesta, en esencia, repite un principio antrópico fuerte, lo que le da una base científica rigurosa.
Esta conclusión era inaceptable para Linde y trató de generalizar la teoría de Guth. Rechazó su supuesto de microscopicidad, y por lo tanto la homogeneidad del área inicial donde apareció el falso vacío, e investigó (teóricamente, por supuesto) qué sucedería si consideramos un área de espacio suficientemente grande, que ciertamente no podría ser ni homogénea ni energéticamente equilibrada.
Los cálculos lo llevaron a resultados inusualmente interesantes. Resultó que en este caso, las fluctuaciones cuánticas del falso vacío pueden ocurrir en diferentes lugares de esta área en diferentes momentos y con diferentes intensidades. Debido a esto, algunos lugares aumentarán a una tasa inflacionaria, mientras que otros no se expandirán en absoluto o dejarán de expandirse temprano. No surgirá un solo universo, como en la teoría de Guth, sino un montón de universos, cada uno tan grande como el único Guth.
Y dado que este cúmulo de universos (similar al universo, Linde lo llamó multiverso, es decir, algo así como un "multiverso") nació de un estado caótico de vacío y en un desorden caótico, será caótico en sí mismo, es decir, para él es imposible indicar un solo En el momento del nacimiento, en cada uno de sus compartimentos (en cada universo separado) seguramente habrá sus propias leyes de espacio, tiempo y naturaleza en estricta conformidad con el principio antrópico débil.
La nueva teoría se llama inflación caótica. Al desarrollarlo, Linde, en su trabajo de 1986, mostró que en los compartimentos de rápido crecimiento del multiverso, deberían surgir sus propias fluctuaciones cuánticas del vacío y otros campos, lo que debería conducir a una inflación continua e interminable de dichos lugares en estos compartimentos, de modo que el multiverso debería auto-replicarse indefinidamente.
Este proceso no tiene principio ni fin, y por eso Linde llamó a este nuevo escenario grandioso la teoría de la inflación caótica eterna. Esta inflación infinita también será caótica en el sentido de que todos los nuevos compartimentos que surgen en diferentes compartimentos (también son universos) (son universos nuevos y nuevos), en principio, deben tener diferentes geometrías (incluyendo un número diferente de dimensiones del espacio), propiedades diferentes tiempo y diferentes tipos de partículas y campos.
De modo que es posible que muchos de ellos tengan, digamos, seis dimensiones espaciales o no contengan partículas de materia, y así sucesivamente. (Por supuesto, también es bastante probable que muchos de ellos, y su número es infinito, sean bastante adecuados para el surgimiento de la vida y la razón, aunque cada uno en su momento, no necesariamente coincidiendo con los demás).
Y ahora Linde afirma (y Guth ya ha expresado su acuerdo con él) que los nuevos datos sobre ondas gravitacionales coinciden mejor con las predicciones de esta teoría suya.
Como dije, si sus palabras finalmente se confirman, la ciencia finalmente recibirá una respuesta de por qué existimos. Porque en el proceso interminable y eterno de la aparición caótica de más y más universos nuevos con más y más nuevas leyes y constantes, algún día (y más de una vez) debió aparecer uno donde el surgimiento de la vida y la razón se hizo posible. Esta será una gran victoria científica, pero, por supuesto, solo en el marco de la física y la cosmología. Una respuesta completa a la pregunta de por qué existimos requiere, por supuesto, también una explicación biológica de cómo la vida pudo surgir de la materia "muerta" y desarrollarse antes de la aparición de la razón.
La biología aún no puede explicar el surgimiento de la vida sin ambigüedades. Ella inmediatamente se encuentra con el problema del "huevo y la gallina" aquí. Se necesitan proteínas para reproducir el primer ADN y se necesita ADN para producir las primeras proteínas.
Están tratando de sortear esta dificultad postulando que las moléculas especiales, el ARN, fueron las primeras en emerger, que pudieron catalizar su propia reproducción. Esta catálisis condujo al surgimiento de todo un mundo de ARN diferentes, a partir de los cuales la selección natural comenzó a seleccionar material para mayores complicaciones. Pero la existencia de dicha autocatálisis aún no ha sido completamente probada y, lo que es más importante, no está claro por qué la selección de todos los mejores ARN debería haber llevado a la aparición de proteínas (o ADN). La biología moderna también está experimentando dificultades para explicar el futuro desarrollo de la vida.
Ella explica este proceso mediante la teoría de Darwin, en la que la evolución se presenta como un proceso lento, gradual y continuo de acumulación y selección de pequeños cambios aleatorios (mutaciones) en los genes, que luego encuentran expresión en cambios igualmente pequeños en los organismos en su conjunto. De esta manera, la teoría afirma, desde la primera célula viva, comenzaron a desarrollarse varios tipos de células, que crecieron como ramas de un árbol, luego se dividieron en tipos de organismos aún más numerosos, y así sucesivamente hasta la persona que coronó este "árbol de la vida".
Sin embargo, en las últimas décadas se han acumulado muchos hechos nuevos que indican que en realidad este proceso no fue continuo. Más bien, fue una evolución intermitente, en la que períodos cortos de aparición rápida de nuevos organismos en una forma casi terminada fueron reemplazados por períodos prolongados de su ajuste fino y fragmentación más fina en subespecies (Eldridge y Gould llamaron a este proceso evolución punteada).
Muchos autores ya han intentado hacer estos ajustes a la teoría de Darwin, pero muy recientemente ha aparecido la primera hipótesis generalizadora y muy radical, ¡que “corrige” a Darwin con la ayuda de Linde!
Esta hipótesis pertenece al destacado biólogo moderno Evgeny Kunin de los Institutos Nacionales de Salud de Bethesda (EE. UU.). Lo describió completamente en su reciente libro "La lógica de la aleatoriedad", y antes de eso, en dos artículos con títulos muy notables, como verá ahora, "El modelo cosmológico de la inflación eterna y la transición de la aleatoriedad a la evolución en la historia de la vida" y "El modelo de lo biológico grande explosión para los principales momentos de transición de la evolución”. En el primer artículo, Kunin dice algo como esto: “El modelo de inflación eterna, en contraste con el modelo cosmológico tradicional de un solo universo único, asume que todos los conjuntos posibles de condiciones físicas iniciales pueden surgir aleatoriamente y repetirse incontables veces en diferentes compartimentos del multiverso.
Este modelo, por lo tanto, también apunta a la posibilidad de que un número infinito de los sistemas más complejos aparezcan aleatoriamente en diferentes compartimentos de este tipo, incluso si la probabilidad de que cada ocurrencia de tal complejidad en cada compartimiento separado sea extremadamente pequeña. La vida en la Tierra no es una excepción a esta regla. Existimos porque en nuestro compartimento del multiverso, por casualidad, apareció de una vez todo el conjunto de moléculas que proporcionaban tanto la reproducción del ADN como la construcción de proteínas con su ayuda. La teoría de la inflación eterna dice que en un multiverso eterno e infinitamente auto-multiplicado, la aparición de tal accidente (como cualquier otro) era necesaria, por lo que la evolución darwiniana no requiere ningún mundo ARN y es, en esencia, una consecuencia inevitable del principio antrópico.
En la introducción del segundo artículo, Kunin escribe: “En todas las etapas principales de la evolución biológica, se repite el mismo escenario de la aparición repentina de varias formas de vida de un nuevo nivel de complejidad. Este fue el caso de la aparición de las primeras moléculas vivas (ARN y proteínas), los grupos de virus más importantes, dos clases de protozoos (arqueas y bacterias), los fundadores de la superfamilia de eucaritos (células con núcleo) y todas las familias animales. Se podría pensar que todos estos puntos son lugares de transición de una fase explosiva de desarrollo evolutivo a otra gradual. La primera fase, inflacionaria, genera muy rápidamente una gran variedad de nuevas oportunidades para el intercambio de información genética (transferencia horizontal de genes, recombinación, fusión, división, etc.), mientras que en la segunda fase, nuevas formas de vida que han surgido de esta manera comienzan a desarrollarse y ramificarse. Este proceso se asemeja al nacimiento de un nuevo universo en la teoría de la inflación caótica eterna, donde como resultado de la rápida expansión (generalmente llamada Big Bang), nace un nuevo compartimiento del multiverso, que luego comienza a desarrollarse de acuerdo con sus leyes internas. Por lo tanto, llamé a las transiciones de fase descritas anteriormente en la historia de vida "Big Bangs biológicos".
Ambos artículos continúan con un análisis detallado y prueba de las hipótesis planteadas en ellos, pero su recuento requiere una historia separada, y solo podemos esperar que el destino nos permita volver a esto. Por ahora, solo diré: las ideas vertiginosas de la ciencia moderna revelan abismos sin fondo, y la naturaleza, al parecer, no en vano lo intentó tanto, creando este instrumento de su autoconocimiento.
Raphael Nudelman
