A lo largo del siglo pasado los científicos descubrieron que si ciertas propiedades del universo fueran cambiadas levemente no estaríamos aquí. Ellas tienen que estar dentro de parámetros muy restringidos para que la vida sea posible en nuestro universo.

El universo está en un equilibrio armónico para la existencia de vida inteligente, con una complejidad y una delicadeza que, literalmente, desafían la comprensión humana. La sensibilidad de la "habitabilidad" del universo a los cambios más pequeños se denomina "equilibrio armónico".

Esto fue reconocido hace unos 60 años por Fred Hoyle, que no era una persona religiosa en la época en que hizo este descubrimiento. Científicos como Paul Davies, Martin Rees, Max Tegmark, Bernard Carr, Frank Tipler, John Barrow y Stephen Hawking, para nombrar unos pocos, creen en lo que denominaron fine-tuning, el ajuste fino o equilibrio armónico del universo. Estos son nombres prominentes en la cosmología, ya que siempre aparecen en los medios de comunicación cuando se hace un titular noticioso sobre el tema.

Tipos de equilibrio armónico

1. Equilibrio armónico de las leyes de la naturaleza.

2. Equilibrio armónico de las constantes de la física.

3. Equilibrio armónico de las condiciones iniciales del universo.

A continuación, exploraremos cada categoría:

1. Equilibrio armónico de las leyes de la naturaleza

Hay dos formas de observar este aspecto del equilibrio armónico:

1.    Precisamente, se necesitan las leyes adecuadas para que exista la vida altamente compleja. Si una de ellas falta, tal vida no sería posible. Decir que las leyes están en un equilibrio armónico significa que el universo debe tener necesariamente el conjunto adecuado de leyes a fin de que exista la vida altamente compleja. Quizás este tipo de equilibrio armónico es el más fácil de entender de los tres.

Ejemplo 1: La ley de la gravedad dice que todas las masas se atraen entre sí. ¿Cómo sería el universo si no existiera la gravedad? No habría planetas ni estrellas. La materia se distribuiría por igual en todo el universo sin lugar para que se formara la vida y sin fuentes de energía que proporcionaran alimento a las plantas a través de la fotosíntesis, que a su vez se convierte en comida para los animales.

Ejemplo 2: Un tipo de fuerza puede desempeñar múltiples funciones en este sistema tan bien diseñado. Por ejemplo, las fuerzas electromagnéticas se refieren a la combinación de fuerzas eléctricas y magnéticas. James Clerk Maxwell unificó ambas fuerzas en el siglo XIX.

Si no existiera la fuerza electromagnética, no habría átomos porque no habría fuerza alguna que uniera los electrones cargados negativamente con los protones cargados positivamente, lo que permite los enlaces químicos. No habría ladrillos de vida ya que no habría ningún enlace químico y, por lo tanto, ninguna vida.

La fuerza electromagnética juega otro papel en la luz, que es un tipo de radiación electromagnética. Permite transferir energía del Sol a nuestro planeta. Sin esta energía no existiríamos.

2.    Armonía entre la naturaleza y las matemáticas. Solo en el siglo XX llegamos a entender que lo que observamos en la naturaleza puede ser descrito solo por unas pocas leyes físicas, cada una de las cuales es descrita por ecuaciones matemáticas simples. El simple hecho de que estas formas matemáticas son tan simples y poco numerosas, al punto de que todas ellas pueden ser escritas en una hoja de papel, es sorprendente.

Tabla 1. Las leyes fundamentales de la naturaleza

·       Mecánica (Ecuaciones de Hamilton)

·       Electrodinámica (Ecuaciones de Maxwell)

·       Mecánica estadística (Ecuaciones de Boltzmann)

·       Mecánica cuántica (Ecuaciones de Schrödinger)

·       Relatividad general (Ecuación de Einstein)

Para que exista la vida, necesitamos un universo ordenado e inteligible. Además, se requiere orden en muchos niveles diferentes.

Por ejemplo, para tener planetas que orbiten estrellas, necesitamos la mecánica newtoniana.

Para que existan múltiples elementos estables de la tabla periódica que proporcionen una variedad suficiente de "ladrillos de construcción" atómicos para la vida, necesitamos la estructura atómica dada por las leyes de la mecánica cuántica.

Necesitamos el orden en las reacciones químicas, que es consecuencia de la ecuación de Boltzmann para la segunda ley de la termodinámica.

Y para que una fuente de energía como el Sol transfiera su energía vital a un hábitat como la Tierra, requerimos las leyes de la radiación electromagnética que describió Maxwell[1].

El físico y ganador del premio Nobel, Eugene Wigner, en su muy citado artículo The Unreasonable Effectiveness of Mathematics in the Physical Sciences (La efectividad irracional de las matemáticas en las ciencias físicas) señala que los científicos a menudo dan por sentado la notable —incluso milagrosa— efectividad de las matemáticas para describir el mundo real. Dice:

"La utilidad enorme de las matemáticas es algo que raya en el misterio… No hay una explicación racional para ello… El milagro de la adecuación del lenguaje de las matemáticas para la formulación de las leyes de la física es un regalo maravilloso que no entendemos ni merecemos

¿Qué es una constante? Nos referimos a las constantes de la física. Cuando las leyes de la naturaleza son expresadas como ecuaciones matemáticas, como la fuerza de la gravedad, la fuerza electromagnética y la fuerza "débil" subatómica, encontrarás ciertos símbolos en ellas que representan números que no cambian. Estos números inmutables son denominados "constantes" que ocurren en las leyes de la física.

Las leyes de la naturaleza no determinan el valor de dichas constantes. Podría haber un universo regido por las mismas leyes pero con diferentes valores de esas constantes. Por lo tanto, los valores reales de las constantes no están determinados por las leyes de la naturaleza. Dependiendo del valor de dichas constantes, un universo gobernado por las mismas leyes naturales se vería diferente.

Hay por lo menos 20 constantes y factores independientes que están ajustados a un nivel elevado de precisión para que la vida sea posible en el universo. Se estima que cada año se agrega un número similar a la lista[1].

G: Ejemplo de una constante armónica

Un ejemplo de constante es la constante gravitacional –representada por G– que determina la fuerza de la gravedad a través de la Ley de Newton de la Gravedad.

F es la fuerza entre dos masas  y  que están separadas entre sí por una distancia r. El valor de G es 6.67 x 10^-11  N . Aumentar o disminuir G aumentaría o disminuiría correspondientemente la gravedad.

Si uno aumenta la fuerza de la gravedad por una parte en 10³⁴, incluso los organismos unicelulares serían aplastados y solo los planetas con menos de unos 30 metros de diámetro podrían sostener vida con nuestro tamaño de cerebro. Tales planetas, sin embargo, no podrían sostener un ecosistema para mantener vida de nuestro nivel de inteligencia. De hecho, incluso un ecosistema básico difícilmente sería posible en un lugar así.

La realidad es que si G aumentara apenas 64 veces, la fuerza gravitacional en la superficie de cualquier planeta que pudiera retener una atmósfera sería al menos 4 veces más grande. Un aumento de G de 400 veces resultaría en que cualquier planeta tendría una fuerza en la superficie al menos 100 veces mayor. Tal planeta sería, de lejos, menos ideal que la Tierra para los humanos. Por otro lado, una pequeña disminución de G afectaría de manera negativa el ciclo hídrico del planeta, haciendo también menos ideal cualquier planeta habitable[2].

3. Equilibrio armónico de las condiciones iniciales del universo

Además de las constantes, existen ciertas cantidades arbitrarias que simplemente se ponen como condiciones iniciales sobre las cuales operan las leyes de la naturaleza. Debido a que dichas condiciones son arbitrarias, tampoco están determinadas por las leyes de la naturaleza.

Voy a dar primero un ejemplo sencillo para explicar lo que esto significa. Cuando lanzo un balón, lo lanzo con un cierto ángulo y a una cierta velocidad. El ángulo y la velocidad son las "condiciones iniciales". Después de lanzado, el balón sigue cierto trayecto, y dónde caerá el balón depende de esas "condiciones iniciales". El trayecto tomado por el balón se calcula utilizando la ley de la gravedad, que es una de las leyes de la física.

Ahora, tomemos un ejemplo de entropía (desorden termodinámico) en el universo primitivo. Es una "condición inicial" en el modelo de la Gran Explosión, similar a la velocidad y el ángulo para el balón en el ejemplo anterior. Al igual que en el ejemplo del balón, después de la Gran Explosión (Big Bang), las leyes de la física tienen lugar y determinan cómo se desarrollará el universo a partir de allí. Si la entropía inicial (una condición inicial) del universo hubiera sido diferente, las leyes predecirían un universo muy distinto.

Y aquí está la parte increíble: los científicos han descubierto que estas constantes y condiciones iniciales deben caer en un rango muy estrecho de valores para que pueda existir el universo. Esto es lo que se entiende por "el universo está armónicamente equilibrado para la vida".

Cuando pensamos en las condiciones específicas que se necesitan más cerca de casa, en nuestro Sistema Solar y en la Tierra, encontramos que hay una gran cantidad de parámetros que deben estar correctos a fin de que la vida sea posible. Un número de factores debe estar en equilibrio armónico a fin de tener un planeta que sustente la vida:

·       Debe ser un sistema solar con una sola estrella a fin de sostener órbitas planetarias estables.

·       El Sol debe tener la masa correcta. Si fuera mayor, su brillo lo cambiaría todo demasiado rápido y habría demasiada radiación energética. Si fuera más pequeño, el rango de distancias planetarias capaz de sostener la vida sería demasiado reducido y la distancia correcta sería demasiado cercana a la estrella, al punto que las fuerzas de marea interrumpirían el período de rotación del planeta. La radiación ultravioleta también sería inadecuada para la fotosíntesis.

·       La distancia de la Tierra al Sol debe ser precisa. Muy cerca, se evaporaría el agua; muy lejos, la Tierra sería demasiado fría para la vida. Un cambio de solo 2% haría la vida imposible.

·       La Tierra debe tener la masa suficiente para retener una atmósfera.

·       La gravedad y temperatura en la superficie también deben mantenerse dentro de un pequeño porcentaje crítico para que la Tierra tenga una atmósfera que sustente la vida, conservando la mezcla adecuada de gases necesaria para la vida.

·       La Tierra debe rotar a la velocidad correcta: muy despacio y las diferencias de temperatura entre el día y la noche serían demasiado extremas; muy rápido y la velocidad de los vientos sería desastrosa.

·       La gravedad de la Tierra, la inclinación de su eje, el período de rotación, el campo magnético, el espesor de la corteza, la relación oxígeno/nitrógeno, y los niveles de dióxido de carbono, vapor de agua y ozono deben ser exactos.

El astrofísico Hugh Ross[2] enumera muchos de estos parámetros que tienen que estar finamente ajustados para que la vida sea posible, y hace un cálculo aproximado pero conservador, de que las posibilidades para que un planeta así exista en el universo son de 1 en 10³⁰, es decir, de uno en un quintillón.

2. El equilibrio armónico de la "resonancia" del carbono

La vida requiere de una gran cantidad de carbono que construya moléculas complejas. El carbono se forma ya sea mediante la combinación de tres núcleos de helio o por la combinación de dos núcleos de helio y uno de berilio. El carbono es como el soporte de la rueda en un juguete Tinkertoy: puedes enlazar otros elementos a moléculas más complicadas (vida basada en carbono), pero los enlaces no son tan fuertes como para que no puedan ser rotos de nuevo para hacer alguna otra cosa.

El eminente matemático y astrónomo Fred Hoyle halló que para que esto ocurra, los niveles de energía a nivel nuclear tienen que estar finamente ajustados entre sí. Este fenómeno se denomina "resonancia".

El nivel de resonancia del carbono está determinado por dos constantes: la "fuerza fuerte" y la "fuerza electromagnética". Si alteras dichas fuerzas, aunque fuera muy levemente, perderás el carbono o el oxígeno. Si la variación fuera de más del 1% en cualquier sentido, el universo no podría sostener la vida.

Hoyle confesó más tarde que nada había sacudido tanto su ateísmo como este descubrimiento[3].

3. Equilibrio armónico en la fuerza nuclear fuerte

La "fuerza fuerte" es la fuerza que une a los protones y neutrones en el núcleo del átomo. Si la constante de la fuerza fuerte fuera 2% más fuerte, no habría hidrógeno estable ni estrellas de larga vida, ni tampoco compuestos que contuvieran hidrógeno. Esto debido a que el único protón en el átomo de hidrógeno querría unirse a algo con tanta intensidad, que no habría hidrógeno libre.

Si la constante de fuerza fuerte fuera 5% más débil, no habría estrellas estables y solo habría pocos elementos además del hidrógeno. Esto debido a que no se podría construir el núcleo de los elementos más pesados, que contienen más de un protón.

De modo que si se ajusta la fuerza fuerte hacia arriba o hacia abajo, perdemos las estrellas que sirven como fuente de energía, o perdemos la química compleja que es necesaria para la vida.

4. Relación entre la fuerza nuclear fuerte y la fuerza electromagnética

Si la relación entre la fuerza nuclear fuerte y la fuerza electromagnética fuera distinta a la actual en apenas 1 en 10¹⁶, no se habrían podido formar las estrellas. Si la relación aumentara en solo 1 parte en 10⁴⁰, no podrían existir más que estrellas pequeñas, y si aumentara en la misma proporción, solo existirían estrellas grandes. Es necesario que existan tanto estrellas grandes como pequeñas en el universo. Las grandes producen elementos en sus hornos termonucleares, y solo las pequeñas brillan el tiempo suficiente para sostener la vida en un planeta[4].

Para hacernos una idea de cuánto es 10⁴⁰ (1 con 40 ceros a la derecha), una precisión de una parte en 10³⁰ (un número mucho más pequeño) es como disparar una bala y atinarle a una ameba en el borde del universo observable.

Arno Penzias, un físico estadounidense y premio Nobel es codescubridor de una radiación cósmica de fondo de microondas, que ayudó a establecer la teoría de la Gran Explosión, resume así lo que ve:

"La astronomía nos lleva a un único evento, un universo que fue creado de la nada, con el equilibrio más delicado necesario para proporcionar con exactitud las condiciones precisas que permitan la vida, y uno que tiene un plan subyacente (que uno podría denominar ‘sobrenatural’)"

En primero lugar, los físicos identifican cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza. De menor a mayor fuerza, estas son: la gravedad (G₀), la fuerza débil (10³¹ G₀), la fuerza electromagnética (10³⁷ G₀), y la fuerza nuclear fuerte (10⁴⁰G₀).

Segundo, debido a que los ejemplos extremos de equilibrio armónico manejan números extraordinariamente grandes, tenemos que hacernos una idea de su enorme tamaño. Esto nos dará una perspectiva sobre lo delicado que es el equilibrio armónico:

·       El número promedio de células en el cuerpo humano es 10¹³ (es decir, 10 trillones).

·       La edad del universo es aproximadamente 10¹⁷.

·       El número de partículas subatómicas en todo el universo conocido se estima en 10⁸⁰.

Con estos números en mente, consideremos los siguientes tres ejemplos de equilibrio armónico (fine-tuning):

1. Fuerza nuclear débil

Una de ellas es la "fuerza nuclear débil", que trabaja en el interior del núcleo del átomo, y es tan sensible (está tan armónicamente equilibrada) que incluso una alteración de una parte en 10¹⁰⁰haría imposible la vida en el universo[1].

2. Constante cosmológica

La constante cosmológica es un término en la teoría de la gravedad de Einstein que tiene que ver con la aceleración de la expansión del universo. Es descrita como la propiedad del espacio (o más exactamente, del espacio tiempo) de estirarse a sí mismo^[2]. A menos que esta se encuentre en un rango muy estrecho alrededor del cero, el universo colapsaría o se expandiría demasiado rápido para que las galaxias o las estrellas pudieran formarse. La constante cosmológica está afinada con un grado de precisión inimaginable. Si fuera alterada en algo tan ínfimo como una parte en 10¹²⁰, el universo no tendría vida[3].

3. El Número de Penrose: el ejemplo más extremo de equilibrio armónico

Eso no es todo. Según el modelo cosmológico estándar, que es el modelo de universo aceptado en la actualidad, si fuéramos a regresar unos 14.000 millones de años en el tiempo, podríamos imaginar el universo condensado a menos del tamaño de una pelota de golf. El estado inicial del espacio tiempo y, por lo tanto, de la gravedad del universo primitivo, tuvo una entropía muy baja[4]. Esta baja entropía es un requisito para un universo habitable en el cual se forman estructuras altamente entrópicas, como las estrellas. La "masa-energía" del universo inicial tuvo que ser precisa para obtener galaxias, planetas y para que nosotros existamos. El ejemplo más extremo de equilibrio armónico tiene que ver con la distribución de la masa-energía en ese momento.

¿Qué tan preciso?

Roger Penrose de la Universidad de Oxford, y uno de los cosmólogos y físicos teóricos líderes de Gran Bretaña, ha calculado que las probabilidades de que existiera un estado de baja entropía por mero azar son de uno en 10^{10^123} (el Número de Penrose). Él escribió en su libro El camino hacia la realidad: "¡La creación del universo es una descripción de fantasía! El perno del Creador tiene que encontrar una cajita de apenas 1 parte en 10^{10^123} de todo el volumen fase-espacio, a fin de crear un universo con una Gran Explosión tan especial, que es justamente lo que encontramos"[5].

En su otro libro, La nueva mente del emperador, él afirmó: "A fin de producir un universo semejante a este en el que vivimos, el Creador tendría que aspirar a un volumen absurdamente pequeño del espacio fase de posibles universos –alrededor de 1/10^{10^123} del volumen total, para la situación en cuestión"[6].

Tratemos de hacernos a una idea de qué tipo de número estamos hablando.

¡No tenemos suficientes partículas en el universo (hasta donde sabemos) para escribir todos los ceros! Es como un diez elevado a la potencia de:

10000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000


0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000.

Este número es tan grande, que si cada cero se escribiera en fuente de tamaño 10, llenaría una gran porción de nuestro universo[7].

Por esto, vamos a explicarlo con cuatro ejemplos.

Primero, poner mil millones de lápices simultáneamente en equilibrio sobre sus puntas afiladas en una superficie lisa de vidrio sin soportes verticales, ni siquiera llega a acercarse a describir una precisión de una parte en 10⁶⁰.[8]

Segundo, estamos hablando de una precisión mayor que la que se necesitaría para disparar un dardo desde un extremo del universo y atinarle a una moneda de un centavo al otro lado del universo[9].

Un tercer ejemplo, sugerido por el astrofísico Hugh Ross[10], puede ser de ayuda. Cubramos a todo el continente americano con columnas de monedas, cada una de las cuales de una altura suficiente para llegar hasta la Luna (380.000 Km), luego hagamos lo mismo con mil millones de continentes del mismo tamaño de América. Pintemos una sola moneda de color rojo y pongámosla en un lugar, al azar, de cualquier pila de esos mil millones de pilas de monedas. Finalmente, vendemos los ojos de un amigo y pidámosle que agarre la moneda roja. Las posibilidades de que logre tomarla son de 1 en 10³⁷.

Todos estos números son demasiado pequeños si los comparamos con la afinación tan precisa del número de Penrose, el ejemplo más extremo de equilibrio armónico que conocemos.

En resumen, el equilibrio armónico de muchas constantes de la física debe caer en un rango extremadamente reducido de valores para que la vida pueda existir. Si tuvieran valores ligeramente distintos, no podría existir ningún sistema material complejo. Este es un hecho ampliamente reconocido.