El estudio ofrece una prueba del principio antrópico

El Principio Antrópico, que establece que el universo en el que vivimos es adecuado para albergar vida, fue propuesto por primera vez por Brandon Carter en 1973. Desde entonces, ha provocado un importante debate.

Ahora se ha publicado un artículo. Revista de cosmología y física de astropartículasLos autores Nemanja Klopper, física del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de California, Davis, y Alexander Westphal, profesor del Deutsches Electron-Synchrotron (DESY), describen por primera vez cómo probar esto experimentalmente. la asunción

El principio antrópico (PA) se puede formular de varias maneras. Van desde una simple explicación de los hechos: «Si lo observamos aquí, el universo evolucionó con las condiciones necesarias para la aparición de vida inteligente», conocida como EP débil, hasta algo más fundamental: «El universo fue». .Evolucionar de una manera que condujo a nuestra existencia.»

Esta interpretación fuerte, llamada AP fuerte, a menudo se desvía hacia territorio metafísico, sugiere una especie de «diseño» y va más allá del alcance de la investigación científica del universo.

El problema con la AP, según muchos científicos, es que no es particularmente útil como herramienta científica porque no puede producir predicciones comprobables y cuantificables que puedan hacer avanzar nuestro conocimiento y los principios puedan ser sometidos a escrutinio. Además, sigue siendo más una suposición filosófica que una hipótesis científica.

AP, sin embargo, sugiere que para que nuestro universo evolucione como un lugar hospitalario para la vida basada en el carbono, debe haber comenzado con un conjunto de condiciones iniciales bastante específicas. Por ejemplo, inferimos observando, por ejemplo, los valores de algunas de las constantes utilizadas en las ecuaciones que describen el universo (como la constante gravitacional, la carga del electrón y la constante de Planck) que deben ser «justo». bien.» . De lo contrario, tendríamos un universo muy diferente y, lo más importante, inhóspito.

Al establecer las condiciones iniciales especificadas por AP y calcular, basándose en modelos físicos existentes, cómo habría evolucionado el universo hasta su estado actual, podemos comparar los resultados con observaciones astronómicas reales. Cualquier discrepancia entre la teoría y la realidad determinará la validez del AP.

Un nuevo trabajo de Nemanja Klopper y Alexander Westphal ofrece algunas predicciones específicas que pueden encontrar confirmación observacional en los próximos años.

Para comprender su propuesta, es necesario explicar algunos elementos importantes en la investigación cosmológica:

Inflación global

En los primeros momentos de su existencia, el universo pasó por un período de rápida expansión: en sólo 10^-36 En segundos, creció desde un tamaño infinito (casi cero) a una escala macroscópica (algunas teorías lo describen como el tamaño de una uva o un balón de fútbol). Después de eso, la expansión se desaceleró y continuó al mismo ritmo que vemos hoy.

Durante esta primera etapa, la física era muy inusual, dominada por fenómenos cuánticos (que controlan lo infinitamente pequeño), que influyeron en la evolución posterior, permitiendo la formación de estructuras (galaxias, estrellas, etc.) que vemos hoy. Aunque aún no se ha encontrado evidencia directa de inflación cósmica, es una teoría sólida y se espera confirmación observacional en los próximos años.

materia oscura

Probablemente hayas oído hablar de ello: las observaciones experimentales nos dicen que una fracción significativa del universo (cinco sextos de su materia) está formada por algo que no podemos observar directamente. La llamamos materia oscura, pero se desconoce su verdadera naturaleza. Se han propuesto muchas hipótesis, todas ellas a la espera de confirmación experimental, que se espera en un futuro próximo.

eje

Uno de los candidatos a la materia oscura es el eje. Estas partículas (o, más probablemente, toda una clase de partículas) son extremadamente brillantes (por ejemplo, mucho más brillantes que los electrones). Los axiones se propusieron inicialmente para explicar un fenómeno cuántico conocido como violación de la simetría CP, que involucra la correlación nuclear débil, una de las cuatro fuerzas fundamentales (las otras son la gravedad, el electromagnetismo y la interacción nuclear fuerte).

Sin embargo, los investigadores descubrieron que algunas características del núcleo, que se cree que se formaron masivamente durante la inflación cósmica, coinciden con las esperadas para la materia oscura, como el contacto mínimo entre ella misma y la materia normal. Las observaciones de agujeros negros pueden confirmar su existencia en los próximos años.

Probar un AP implica combinar estos tres elementos.

«Es posible que el satélite LiteBIRD detecte ondas gravitacionales tempranas cerca de los límites actuales, que corresponden a un alto nivel de inflación», explica Klopper. «La mayoría de los cosmólogos pensarían que esto confirma un alto nivel de inflación». LiteBIRD (Light Satellite for the Study of B-Mode Polarization) es un experimento que la Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial (JAXA) planea lanzar en 2032.

«También es posible que podamos encontrar rastros de ejes ultraligeros estudiando los agujeros negros de gran escala en el Universo. Los ejes afectan la relación entre el espín y la masa de los agujeros negros, y esto se puede observar», continúa Klopper. Ya se están estudiando varios experimentos sobre los agujeros negros, y en un futuro próximo comenzarán a funcionar más.

«Finalmente», añade Klopper, «es posible que en futuras búsquedas de materia estelar directa se descubra que la materia oscura no está compuesta principalmente de núcleos ultraligeros. En ese caso, creemos que el principio antrópico fallará».

Sin embargo, este resultado no está garantizado.

«Por otro lado, si la búsqueda de materia estelar directa revela que la materia oscura es, de hecho, el eje ultraligero», continúa Klopper, «entonces creo que estaremos de acuerdo en que el principio antrópico efectivamente prueba esto». Por supuesto que puede serlo. «

«Me parece especialmente interesante que ambas opciones puedan probarse experimentalmente en un futuro no muy lejano», concluyó Klopper.

«Y que, hasta donde mi colega y yo sabemos, nuestro ejemplo particular es el primer caso en el que el principio antrópico realmente puede no pasar la prueba, en lugar de simplemente declarar que no se aplica.

«Lo contrario es la presencia de inflación masiva y ejes ultraligeros con masas m > 10.^-19 eV significaría que la materia oscura «debe» ser axisimétrica: para condiciones iniciales típicas, tendríamos que eliminar mucha materia oscura, y el principio antrópico sería muy necesario para limitar esto.

«Para descubrir que los axiomas no son materia oscura, asumimos que las condiciones iniciales no sólo eran improbables (que pueden determinarse antrópicamente), sino muy improbables, lo que realmente no entra dentro del alcance del razonamiento antrópico».

Por lo tanto, tendremos que esperar unos años, tal vez incluso más, para reunir toda la evidencia necesaria para refutar o confirmar el principio antrópico. ¿Pero qué pasa si resulta incapaz de pasar la prueba?

«Sin cambiar ninguna de las otras premisas (universalidad gravitacional, inflación primordial y fenómenos superradiantes), el fracaso de nuestra formulación simple de la antropología sugiere que reglas diferentes gobiernan las condiciones iniciales», explica Klopper.

«O las condiciones iniciales diferentes son igualmente improbables, se está favoreciendo algún nuevo movimiento que aún no se comprende, o algunas condiciones iniciales son completamente imposibles. Alternativamente, el universo puede ser más complicado que la teoría real».

«Se pueden imaginar escenarios más dramáticos, pero al menos por ahora me parecen una fantasía», concluye Klopper.