Introducción
¿Qué significa a nivel humano que un ingeniero diseñe un producto? En
gran escala, ¿qué significaría decir que el universo es producto de un
diseñador inteligente? ¿Y qué evidencia hay para apoyar esta afirmación?
¿Qué rasgos del universo sugieren que hay un "hogar" que ha sido
elaborado cuidadosamente para nuestro beneficio? William Paley, en su
obra clásica Natural Theology (1802), brindó evidencia tomada
tanto de las ciencias físicas como de las biológicas a favor de un
universo diseñado, pero la fortaleza de su argumento a favor del diseño
estaba limitada por el conocimiento científico de su tiempo, y fue
cuestionada posteriormente por la teoría de la evolución de Darwin. Sin
embargo, los descubrimientos en astronomía y cosmología de la última
mitad de siglo XX han provisto evidencia sumamente convincente a favor
de un universo diseñado. Mi propósito en este artículo es brindar una
indicación clara de lo que significa el diseño y luego resumir la base
objetiva de la cosmología que indica que nuestro universo ciertamente
está diseñado en forma única como un hábitat para la vida en general y
para los humanos en particular.
¿Qué hace un ingeniero cuando diseña algo?
Para lograr entender lo que hacen los ingenieros cuando diseñan
productos para los clientes, déjeme primero darle un ejemplo sencillo de
cómo interactuamos con nuestro mundo cuando configuramos los sucesos
físicos con un propósito. Suponga que quiero arrojar una bomba de agua
desde la torre inclinada de Pisa a un amigo que está caminando en la
plaza abajo (y no a otros turistas). Usando las ecuaciones que descubrió
Newton para el movimiento y la atracción gravitatoria, yo podría
describir el descenso de la bomba de agua hasta la plaza con la
siguiente relación algebraica sencilla:
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H(t) = h0 - (G m / r2 ) t2 /2 - v0 t
|
(1)
|
donde "G" es una constante universal que indica el valor de la fuerza de
atracción gravitatoria, "m" y "r" son la masa y el radio de la tierra
respectivamente, y "h0" y "v0" son la altura de la
torre desde donde voy a arrojar la bomba y la velocidad vertical con la
que la arrojo. Teniendo definidas estas constantes y estas condiciones
iniciales, puedo entonces calcular la altura de la bomba de agua. H(t)
da la altura calculada de la bomba de agua en función del tiempo "t"
desde cuando la arrojé. Esta ecuación puede ser usada para garantizar
que mi bomba llegará a la plaza en el momento justo como para pegarle a
mi amigo. Todo lo que tengo que hacer es determinar en qué instante mi
amigo paseante estará exactamente debajo de mí en la plaza, y entonces
puedo usar la Ec. 1, para determinar la velocidad inicial con la que
necesito arrojar la bomba. Simplemente dejar caer la bomba está bien
también; basta poner v0 = 0 y resolver para obtener el
momento correcto para dejar caer la bomba. La precisión con la que debo
especificar la velocidad de la bomba arrojada depende de la forma
matemática de la Ec. 1, los valores especificados para la constante
universal G y la condición inicial h0. Con la simple forma
matemática de la Ec. 1, la constante de la fuerza de gravedad G y la
altura de la torre inclinada de Pisa, tendría que ser relativamente
fácil pegarle a mi amigo.
Los tres factores que son esenciales para predecir el movimiento de la
bomba de agua desde la torre inclinada hasta la plaza abajo ilustran los
factores que generalmente son necesarios para brindar resultados
determinados en el trabajo de ingeniería: (1) la forma matemática que
asume la naturaleza (como se ilustra en la Ec.1); (2) los valores de las
constantes universales (G en Ec. 1); y (3) las condiciones de borde,
que incluyen la altura "h0" de la torre desde donde arrojo la bomba y la velocidad inicial "v0"
con la cual arrojo la bomba. Los términos "m" y "r" pueden considerarse
como las condiciones de borde adicionales que son propias de la
ubicación de la torre sobre la superficie de la tierra (en vez de algún
otro lugar del universo). El ingeniero no tiene ningún control sobre las
leyes de la naturaleza y las formas matemáticas que asumen. Tampoco
tiene control alguno el ingeniero sobre las constantes universales, como
la constante de la fuerza de gravedad. El ingeniero sólo puede fijar
las condiciones de borde, que se hace mediante dibujos de ingeniería que
especifican exactamente cómo será el artefacto una vez fabricado.
Ilustremos este proceso de diseño con los requisitos (o condiciones de
borde) que deben especificarse cuando un ingeniero diseña un automóvil.
Debe determinar cuidadosamente las condiciones bajo las cuales la
energía química en la gasolina será liberada y convertida en momento de
torsión en las ruedas del auto. Cada dimensión de cada pieza del motor,
por ejemplo, es crítica para que las piezas trabajen en conjunto en
forma armoniosa. El tamaño absoluto y la forma de las piezas (a
diferencia del tamaño relativo para que encajen unas con otras) depende
de las fuerzas a ser desarrolladas y transmitidas, que a su vez dependen
del peso del auto y la velocidad que alcanzará cuando esté funcionando.
El peso depende del tamaño, que a su vez depende de la cantidad de
pasajeros y equipaje que llevará el auto. Estos factores luego
determinan el tamaño de los cilindros y los pistones a ser usados en el
motor y la proporción de gasolina inyectada en estos cilindros. Los
sistemas de frenos y de suspensión tienen que ser dimensionados
independientemente para que coincidan con los requisitos de peso, así
como las especificaciones de las cubiertas. Note cuántas
especificaciones están relacionadas entre sí y, por lo tanto, no pueden
ser asignadas independientemente. Cuanto mayor es esta interdependencia
de las condiciones de borde, más complejos y exigentes son los
requisitos de diseño. Pequeños errores en la especificación de
cualquiera de estos requisitos producirán un auto con un desempeño muy
inferior o, peor aún, un auto que no funciona para nada.
En las próximas secciones vamos a analizar si el universo tiene estas
características esenciales que asociamos con el diseño. Los resultados
determinados en el mundo natural dependen de (1) la forma matemática que
asume la naturaleza; (2) los valores de las constantes universales; y
(3) las condiciones iniciales, o condiciones de borde. Mientras los
ingenieros sólo pueden fijar las condiciones de borde, la aptitud de
universo como un hábitat para la vida en general y para los seres
humanos en particular depende de las tres características. Por lo tanto,
consideraremos cómo cada uno de estos requisitos aparece como esencial
para la creación de un hábitat natural adecuado para la vida.
La asombrosa forma matemática que asume la naturaleza
La matemática es una actividad intelectual abstracta que comenzó en
Grecia en el siglo VI a.C con Pitágoras y fue desarrollada por Euclides y
Aristóteles. Sus estudios comenzaron con línea rectas y círculos y se
extendieron a elipses, creadas por el seccionamiento de conos. En el
siglo III a.C., Apolonias de Perga escribió ocho tomos monumentales
dedicados a estas curvas, describiendo sus propiedades como
"milagrosas." Sin embargo, nunca se les ocurrió a estos matemáticos que
estas formas abstractas hermosas de la matemática eran en realidad
descripciones de fenómenos del mundo real. Imagine el alborozo de
Johannas Kepler (1571-1630) unos dieciocho siglos después, cuando
descubrió que las órbitas de los planetas alrededor del sol se ajustaban
a estas mismas formas matemáticas hermosas pero abstractas. Kepler
señaló:
"El principal objetivo de todas las investigaciones del mundo exterior
debería ser descubrir el orden racional y la armonía que le ha sido
impuesto por Dios y que Él nos ha revelado en el lenguaje de la
matemática."
Galileo Galilei (1564-1642) señaló que "las leyes de la naturaleza están
escritas con la mano de Dios en el lenguaje de la matemática." Morris
Kline, en su libro Mathematics: The Loss of Certainty (La matemática: la pérdida de la certeza -
1980) señala que los matemáticos religiosos del siglo XVI y XVII,
incluyendo a Newton, Galileo, Kepler y Copérnico, creían que el universo
era ordenado y, por lo tanto, estaba descrito por la matemática, porque
un Dios racional lo construyó así. Kline dice que estos
científicos/matemáticos creían que:
"Dios había diseñado el universo, y era de esperar que todos los
fenómenos de la naturaleza siguieran un plan maestro. Una mente que
diseñara un universo seguramente habría empleado un conjunto de
principios básicos para regir todos los fenómenos relacionados."
Aun estos cristianos devotos se hubieran sorprendido indudablemente de
saber que todos los fenómenos increíblemente variados que vemos en la
naturaleza son el resultado de una cantidad tan pequeña de leyes
físicas-cada una de las cuales asume una forma matemática sencilla-que
pueden ser escritas todas en un lado de una hoja, como vemos en la Tabla
1.
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Tabla 1: Leyes fundamentales de la naturaleza
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Mecánica (ecuaciones de Hamilton)
Electrodinámica (ecuaciones de Maxwell)
Mecánica estadística (ecuaciones de Boltzmann)
Mecánica cuántica (ecuaciones de Schrödinger)
Relatividad general (ecuación de Einstein)
El físico Eugene Wigner, en un ensayo ampliamente citado titulado The
Unreasonable Effectiveness of Mathematics in the Physical Sciences (La
efectividad irrazonable de la matemática en las ciencias físicas - Comm. Pure and Appl. Math,
1960) señala que los científicos en general dan por sentado la
efectividad notable y aun milagrosa de la matemática para describir el
mundo real. En palabras de Wigner:
"La tremenda utilidad de la matemática es algo que bordea lo
misterioso... No hay ninguna explicación racional para esto... El
milagro de lo adecuado del lenguaje de la matemática para la formulación
de las leyes de la física es un regalo asombroso que ni entendemos ni
merecemos..."
Albert Einstein, en una carta a un amigo (1956, Lettres a Maurice Solovine), al comentar acerca de la comprensibilidad matemática del mundo, señaló:
"Tal vez le parezca extraño que yo considere la comprensibilidad del
mundo al punto que podemos hablar de esta comprensibilidad como un
milagro o un misterio eterno. Bueno, a priori uno debería esperar un
mundo caótico, que no pueda ser comprendido de ninguna forma mediante el
pensamiento... El tipo de orden creado, por ejemplo, por la teoría de
la gravedad de Newton es de una especie bastante diferente. Si bien los
axiomas de la teoría son postulados por un ser humano, el éxito de una
empresa tal presupone un orden en el mundo objetivo de un alto grado,
que a priori uno no tiene ningún derecho de esperar. Ese es el milagro
que se vuelve cada vez más persuasivo con el desarrollo creciente del
conocimiento."
A diferencia de Einstein y Wigner, pero de acuerdo con Newton y sus
contemporáneos, muchos físicos modernos consideran que la forma
matemática asombrosa que asume la naturaleza es una evidencia de un
diseñador/creador inteligente-es decir Dios más que un misterio. Por
ejemplo, el distinguido físico ruso, Alexander Polykov, señala que:
"Sabemos que la naturaleza está descrita por la mejor matemática posible
porque Dios la creó." El astrofísico australiano, Paul Davies, dice:
"Las ecuaciones de la física tienen en ellas una simplicidad, una
elegancia y una belleza increíbles. Eso en sí mismo es suficiente para
probarme a mí que debe haber un Dios que es responsable de estas leyes y
responsable del universo."
Pero la forma matemática por sí sola es insuficiente para garantizar un
universo que sea un hábitat adecuado. La forma matemática particular
también es crítica. Por ejemplo, es esencial que la forma matemática
provea sistemas estables al nivel atómico o cósmico. Las soluciones de
las ecuaciones de Hamilton para la mecánica no relativista newtoniana y
para la teoría general de la relatividad de Einstein en la Tabla 1 para
un sol con planetas sería inestable, a menos que la energía potencial
gravitatoria sea proporcional a r-1, un requisito que sólo se
cumple para un universo con tres dimensiones espaciales. Para que la
solución de la ecuación de Schrödinger (Tabla 1) para el átomo de
hidrógeno dé niveles de energía estables y limitados, nuevamente se
requiere un universo con tres (o menos) dimensiones espaciales. Las
ecuaciones de Maxwell (Tabla 1) también sólo son válidas para un
universo de tres dimensiones espaciales. Además, Courant y Hilbert
(1962, Methods of Mathematical Physics - Métodos de la física matemática)
han encontrado que la transmisión de señales electromagnéticas o
acústicas de alta fidelidad están optimizadas en nuestro universo
tridimensional, al decir:
"...este mundo nuestro, en el cual las señales acústicas o
electromagnéticas son la base de la comunicación, parece haber sido
escogido entre los modelos matemáticamente concebibles por su
simplicidad y armonía."
En resumen, está claro que el carácter matemático específico de nuestro
universo es esencial para que sea un hábitat adecuado para la vida; sin
embargo, la razón por la que la naturaleza tiene esta forma matemática
es problemática desde una metafísica naturalista.
El misterio de las constantes cosmológicas
Hay ciertas constantes universales que son una parte esencial de nuestra
descripción matemática del universo. Encontramos una lista parcial en
la Tabla 2, e incluye la contante de Planck (h), la velocidad de la luz
(c), la constante de la fuerza de la gravedad (G), la masa del protón,
del electrón, del neutrón, la carga unitaria del electrón o del protón,
las constantes de la fuerza débil, de la fuerza nuclear fuerte y de
acople electromagnético, y la constante de Boltzmann (k). Cuando se
desarrollaron los modelos cosmológicos por primera vez a mediados del
siglo XX, se suponía ingenuamente que la selección de un conjunto dado
de constantes no era crítica para la formación de un hábitat adecuado
para la vida. Los estudios posteriores de los parámetros que hicieron
variar las constantes en forma sistemática han demostrado que cambios en
cualquiera de las constantes produciría un universo dramáticamente
diferente que no sería adecuado para la vida en ninguna forma
imaginable.
Se han escrito mucho libros en los últimos diez años para detallar esta
característica asombrosa de nuestro universo, a saber, que las
constantes universales tienen que estar "justo a punto" para tener un
universo apto para la vida. Una lista parcial incluye The Anthropic Cosmological Principle (El principio cosmológico antrópico) de Barrow y Tipler (1986), Universes (Universos) de John Leslie (1989), The Accidental Universe (El universo accidental) (1982), Superforce (Superfuerza) (1984) y The Cosmic Blueprint (El plano cósmico) (1988) de Davies, Cosmic Coincidences (Coincidencias cósmicas) de Gribbin y Rees, The Anthropic Principle (El principio antrópico) de Reinhard Breuer (1991), Universal Constants in Physics (Constantes universales de la física) de Gilles Cohen-Tannoudji (1993), The Creation Hypothesis (La hipótesis de la creación) editado por J.P. Moreland (1994) y Mere Creation (Mera creación)
editado por William Dembski (1998). Voy a ilustrar este requisito de
estar "justo a punto" para las diversas constantes universales y
propiedades de la materia mediante varios ejemplos.
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Tabla 2: Constantes universales
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Constantes universales
Masa de las partículas elementales
Constantes de la estructura fina
| Constantes universales |
Boltzman's constant
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Constante de Boltzman
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Planck's constant
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Constante de Planck
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Speed of light
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Velocidad de la luz
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Gravitational constant
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Constante gravitacional
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Masa de las partículas elementales
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Pion rest mass/energy
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Masa/energía del pión en reposo
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Neutron rest mass/energy
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Masa/energía del neutrón en reposo
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Electron rest mass
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Masa del electrón en reposo
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Proton rest mass
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Masa del protón en reposo
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Unit charge
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Carga unitaria
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Mass-energy relation
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Relación masa-energía
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Constantes de la estructura fina
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Gravitation fine structure constant
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Constante de la estructura fina gravitatoria ("Alfa-S")
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Fine structure constant of the weak interaction
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Constante de la estructura fina de la interacción débil ("Alfa-W")
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Electromagnetic fine structure constant
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Constante de la estructura fina electromagnética ("Alfa-E")
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Fine structure constant of the strong interaction
|
Constante de la estructura fina de la interacción fuerte ("Alfa-S")
|
Constantes de la estructura fina-Cada una de
las cuatro fuerzas de la naturaleza puede ser expresada
adimensionalmente a fin de poder expresar sus fuerzas relativas según
actúan en la naturaleza de una forma que facilite la comparación. Estas
se resumen en la Tabla 2, y puede verse que varían en 1041, o
41 órdenes de magnitud (10 con 40 ceros adicionales después). Sin
embargo, un cambio mínimo en cualquiera de estas constantes produce
cambios dramáticos en el universo que lo convierten en inadecuado para
la vida. Hay varios ejemplos que ilustran esta naturaleza de "ajuste
fino" de nuestro universo.
Se ha encontrado que la magnitud relativa entre la fuerza de gravedad y la fuerza electromagnética es crucial por múltiples razones. Note en la Tabla 2 que la fuerza electromagnética es 1038
veces mayor que la fuerza de la gravedad. Es la fuerza de gravedad la
que junta a los protones en las estrellas haciendo que se fusionen entre
sí con la consiguiente liberación de energía. La fuerza
electromagnética hace que se rechacen. Debido a que la fuerza de
gravedad es tan débil en comparación con la fuerza electromagnética, la
velocidad a la cual las estrellas "arden" por fusión es muy lenta, lo
que permite que las estrellas provean una fuente de energía estable
durante un período muy largo. Si esta relación hubiera sido de 1032 en vez de 1038
(es decir, la gravedad fuera mucho mayor), las estrellas serían mil
millones de veces menos grandes, y arderían un millón de veces más
rápido.
La distribución de frecuencia de la radiación electromagnética producida
por el sol también es crítica, ya que necesita estar sintonizada con
las energías de los enlaces químicos en la tierra. Si los fotones de la
radiación fueran demasiado energéticos (demasiada radiación
ultravioleta), entonces los enlaces químicos se destruirían y las
moléculas serían inestables; si los fotones fueran demasiado débiles
(demasiada radiación infrarroja), entonces las reacciones químicas
serían demasiado lentas. La radiación producida depende de un equilibrio
delicado entre la fuerza electromagnética (alfa-E) y la fuerza de gravedad (alfa-G), con la relación matemática que incluye (alfa-E)12,
lo que hace que la especificación de la fuerza electromagnética sea
especialmente crítica. Por otro lado, la energía de enlace químico
proviene de cálculos mecánicos cuánticos que incluyen la fuerza
electromagnética, la masa del electrón y la constante de Planck. Por lo
tanto, todas estas constantes tienen que ser dimensionadas en su
relación mutua a fin de ofrecer un universo en el cual la radiación esté
sintonizada con las reacciones químicas necesarias que son esenciales
para la vida.
Otra coincidencia interesante de ajuste fino es que el espectro de
emisión para el sol no sólo tiene un pico en un nivel de energía que es
ideal para facilitar la reacción química sino que también tiene un pico
en la ventana óptica para el agua. El agua es 107 veces más
opaco a la radiación ultravioleta e infrarroja que a la radiación en el
espectro visible (lo que llamamos luz). Dado que el tejido vivo en
general y los ojos en particular están compuestos mayormente por agua,
la comunicación por la vista sería imposible si no fuera por el hecho
que esta ventana única de la transmisión de la luz por el agua concuerda
con la radiación del sol. Sin embargo, esta concordancia requiere una
determinación cuidadosa de los valores de las constantes de la fuerza de
gravedad y la fuerza electromagnética, además de la constante de Planck
y la masa del electrón.
A continuación, considere el valor de la fuerza nuclear fuerte.
El elemento más crítico de la naturaleza para el desarrollo de la vida
es el carbono. Sin embargo, ha resultado aparente recientemente que la
abundancia del carbono en la naturaleza es el resultado de un equilibrio
muy preciso de la fuerza nuclear fuerte y la fuerza electromagnética,
que determina los niveles de energía cuánticos de los núcleos. Sólo
están permitidos ciertos niveles de energía para los núcleos y estos
pueden considerarse como escalones de una escalera. Si la masa-energía
de dos partículas que chocan da como resultado una masa-energía
combinada que es igual o ligeramente menor que un nivel
de energía permisible en la "escalera cuántica," entonces los dos
núcleos se adherirán fácilmente o se fusionarán en la colisión, y la
diferencia de energía necesaria para alcanzar el escalón será provista
por la energía cinética de las partículas que chocan. Si este nivel de
masa-energía para las partículas que se combinan es exactamente el
correcto, o "justo a punto," entonces se dice que las colisiones tienen
resonancia, lo cual significa una alta eficiencia de las colisiones que
generan la fusión de la partículas que chocan. Si la masa-energía
combinada da como resultado un valor que es ligeramente mayor
que uno de los niveles de energía permisibles en la "escalera de
energía," entonces las partículas simplemente rebotarán entre sí en vez
de adherirse o fusionarse. Hoyle (1970) predijo la existencia del nivel
de energía de resonancia desconocido del carbono, y posteriormente se
encontró que existía. La fusión del helio y el berilio arroja un valor
de masa-energía que es 4% menor que la energía de resonancia del
carbono, que es compensado fácilmente por la energía cinética. De igual
importancia fue el descubrimiento de que la masa-energía para la fusión
del carbono con el helio era 1% mayor que el nivel de energía cuántico
en la "escalera de energía" para el oxígeno, lo cual hace que esta
reacción sea bastante desfavorable. Por lo tanto, casi todo el berilio
se convierte en carbono, pero sólo una pequeña fracción del carbono es
convertida inmediatamente a oxígeno. Estos dos resultados exigen la
especificación del valor relativo de la fuerza nuclear fuerte y la
fuerza electromagnética dentro de ~1%, lo cual es verdaderamente
asombroso teniendo en cuenta su grandes valores absolutos y su
diferencia en un factor de 100X, como vemos en la Tabla 2.
En forma más general, un aumento del 2% de la fuerza nuclear fuerte con relación a la fuerza electromagnética
dejaría al universo sin hidrógeno, sin estrellas de larga duración que
consumen hidrógeno y sin agua (que es una molécula compuesta por dos
átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno), el solvente último para la
vida. Una disminución de sólo 5% de la fuerza nuclear fuerte con
relación a la fuerza electromagnética impediría la formación de deutones
a partir de la combinación de protones y neutrones, lo que a su vez
impediría la formación de todos los núcleos más pesados a través de la
fusión de deutones para formar helio, la fusión del helio con el helio
para formar berilio, y así sucesivamente. Rozental (1980) estima que la
fuerza nuclear fuerte tuvo que ser entre 0,8 y 1,2 veces su valor actual
para que hubiera deutones y todos los elementos de peso atómico 4 o
superior.
Si la constante de acople de la fuerza débil (ver Tabla
2) fuera ligeramente mayor, los neutrones se descompondrían más
rápidamente, reduciendo la producción de deutones y, por lo tanto, de
helio y de elementos con núcleos más pesados. Por otra parte, si la
constante de acople de la fuerza débil fuera ligeramente menor, el big
bang habría consumido casi todo el hidrógeno convirtiéndolo en helio con
el resultado final de un universo con poco o nada de hidrógeno y en
cambio muchos elementos pesados. Esto no habría dejado ninguna estrella
de larga duración y ningún elemento compuesto que contenga hidrógeno,
especialmente agua. Breuer (1991) señala que la mezcla aproximada de
hidrógeno y helio para proveer elementos compuestos que contengan
hidrógeno, estrellas de larga duración y elementos más pesados es de
aproximadamente 75% hidrógeno y 25% helio, que es justamente lo que
encontramos en nuestro universo. Este equilibrio exige que la constante
de acople de la fuerza débil (alfa-W) sea proporcional a la constante de
acople de la fuerza de gravedad (alfa-G) en la siguiente proporción:
(alfa-W)4 ~ (alfa-G), que podemos ver en la Tabla 2 que se cumple en la realidad.
Esta es sólo una lista ilustrativa pero no exhaustiva de ejemplos de
coincidencias cósmicas que claramente demuestran que las cuatro fuerzas
de la naturaleza han sido dimensionadas cuidadosamente para dar un
universo que provee fuentes de energía de larga duración y una variedad
de bloques constructivos atómicos que son necesarios para la vida. Se
detallan muchos otros ejemplos en los libros citados, algunos de los
cuales son bastante cómicos. Por ejemplo un valor más grande de la
gravedad haría más probable que al caer nos quebremos debido a la fuerza
de gravedad mucho mayor. Pero ¿qué deberíamos pensar acerca de
partículas elementales y otras constantes universales como la velocidad
de la luz y la constante de Planck? ¿Acaso también tiene que estar
especificados muy precisamente?
Las masas de las partículas elementales y otras constantes universales-Ha
sido sorprendente saber que las masas de las partículas elementales
también deben ser especificadas muy cuidadosamente en su relación mutua y
también con relación a las fuerzas de la naturaleza. Por ejemplo,
Stephen Hawking (1980) ha señalado que la diferencia entre la masa del
neutrón y la masa del protón debe ser aproximadamente dos veces la masa
del electrón. La masa-energía del protón es de 938,28MeV, la
masa-energía del electrón es de 0,51MeV, y el neutrón pesa 939,57 MeV.
Si la masa-energía del protón más la masa-energía del electrón no fuera
levemente menor que la masa-energía del neutrón, entonces los electrones
se combinarían con los protones para formar neutrones, y toda la
estructura atómica colapsaría, dejando un mundo de neutrones solamente.
Si esta diferencia fuere mucho mayor, entonces todos los neutrones se
descompondrían en protones y electrones, dejando un mundo de hidrógeno
solamente, ya que los neutrones son necesarios para permitir que los
protones se combinen para construir núcleos más pesados y los elementos
asociados. Como están las cosas, el neutrón tiene justo el peso
suficiente como para asegurar que el big bang haya generado un neutrón
por cada siete protones, permitiendo una provisión abundante de
hidrógeno como combustible para las estrellas y suficientes neutrones
como para construir los elementos más pesados del universo. De nuevo,
los valores relativos precisos para las masas de estas partículas
elementales son considerados críticos para proveer un universo con
fuentes de energía de larga duración y diversidad de elementos.
Brandon Carter (1970) ha provisto ejemplos de otras relaciones
esenciales de las masas de partículas elementales a fin de permitir la
formación de elementos más pesados en la naturaleza: la fuerza fuerte
debe estar relacionada con la masa del neutrón y la masa del pión por
(alfa-S)2 ~ 2 (masa del neutrón/masa del pión); la constante
de la estructura fina electromagnética (alfa-E) ~ [(masa del neutrón) -
(masa del protón)] / (masa del pión); y la estructura fina de la fuerza
nuclear fuerte debe obedecer (alfa-S)2 ~ 1 / (9 alfa-E). La
Tabla 2 puede ser usada para mostrar que cada uno de estos requisitos se
cumple en la realidad. Es notable que se satisfagan todos estos
requisitos, a pesar del hecho que estas masas y fuerzas parecen ser
independientes en su asignación y no están conectados causalmente.
Podrían afirmarse también requisitos adicionales para h, k, c y otras
constantes.
Concluiremos esta sección sobre las coincidencias cosmológicas
permitiendo que varios científicos distinguidos den su opinión acerca de
las observaciones reseñadas más arriba. Por ejemplo, Freeman J. Dyson
dice:
"Cuando miramos afuera hacia el universo e identificamos los muchos
accidentes de la física y la astronomía que han resultado en nuestro
beneficio, casi parece como si el universo debe haber sabido en alguna
forma que estábamos llegando nosotros."
El ganador del premio Nobel, Arno Penzias, hace esta observación acerca del carácter enigmático del universo:
"La astronomía nos lleva a este evento único, un universo que fue creado
de la nada y que está equilibrado delicadamente para proveer
exactamente las condiciones requeridas para sustentar la vida. En la
ausencia de un accidente absurdamente improbable, las observaciones de
la ciencia moderna parecen sugerir un plan subyacente que podríamos
llamar sobrenatural."
Sir Fred Hoyle, el famoso astrónomo británico que al principio (1951)
argumentaba que las coincidencias eran sólo eso, coincidencias, para
1984 había cambiado de opinión, según se desprende de esta cita:
"Estas propiedades parecer atravesar la trama del mundo natural como una
hebra de felices coincidencias. Pero hay tantas coincidencias extrañas
esenciales para la vida que parecen exigir alguna explicación para
justificarlas."
Los requisitos asombrosos para las condiciones iniciales
La forma matemática específica que asume la naturaleza y los valores
altamente específicos de las diversas constantes universales y las masas
de las partículas elementales no puede explicar por sí solos nuestro
hábitat y la vida. Todo esto podría haber sido hecho de forma elegante,
como ocurrió y explicamos arriba, y aun así la vida no hubiera ocurrido
si las condiciones de borde en ciertos puntos críticos no hubieran sido
fijados adecuadamente. En esta sección, discutiremos las condiciones
iniciales para el big bang. Existe un problema similar para el origen de
la vida y para la explosión del Cámbrico, pero dejaremos la discusión
de estos temas para artículos más detallados en otra parte de esta
edición especial.
El problema de valores de borde (o condiciones iniciales) fundamental
con el big bang es el carácter crítico de la velocidad inicial. Si esta
velocidad hubiera sido demasiado grande, la materia en el universo se
habría expandido demasiado rápidamente y nunca se habrían formando los
planetas, las estrellas y las galaxias. Si la velocidad inicial hubiera
sido demasiado baja, el universo se habría expandido sólo por un tiempo
breve y luego habría colapsado rápidamente bajo la influencia de la
gravedad. Los modelos cosmológicos bien aceptados nos dicen que la
velocidad inicial debe estar especificada con una precisión de 1 / 1055.
Este requisito parece superar largamente a la casualidad y ha sido el
impulso para alternativas creativas, más recientemente el modelo
inflacionario del big bang. Sin embargo, la inflación misma parece
exigir un ajuste fino para que ocurra y para que arroje irregularidades
ni demasiado pequeñas ni demasiado grandes para que se formen las
galaxias. Inicialmente, se estimaba que dos componentes de una constante
cosmológica impulsora de la expansión debían cancelarse entre sí con
una precisión mejor que 1 parte en 1050. Más recientemente, en Scientific American (enero de 1999), se afirma que la precisión requerida es de 1 parte en 10123.
Además, la relación entre la energía gravitatoria y la energía cinética
debe ser igual a 1,000000 con una variación de 1 parte en 100.000. Esta
es un área de investigación activa en este momento y estos valores
podrían cambiar con el tiempo. Sin embargo, parece que los requisitos
esenciales de las condiciones de borde altamente especificadas estarán
presentes para cualquier modelo que sea confirmado finalmente para el
origen de big bang del universo.
Resumen
Mi ejemplo inicial de diseño era uno muy sencillo que involucraba una
sola ley física, una constante universal y dos condiciones iniciales que
podían ser determinadas de forma tal que mi bomba de agua llegara sobre
la plaza de la torre inclinada de Pisa en el momento justo como para
pegar a mi amigo paseante. Este es un problema de diseño relativamente
sencillo. Sin embargo, para que el universo tuviera estrellas que
generaran una diversidad de elementos, que proveyeran fuentes de energía
a largo plazo con una radiación de longitud de onda adecuada para
facilitar las reacciones químicas, y satisfacer muchos otros requisitos
de un hábitat adecuado para la vida y para el origen de la vida, la
forma matemática de las leyes de la naturaleza, las 19 constantes
universales (no todas listadas en la Tabla 2), y muchas condiciones
iniciales deben estar "JUSTO A PUNTO." Muchos
de estos requisitos están interrelacionados. Por ejemplo, el requisito
de la velocidad inicial está relacionado con el valor de la fuerza de
gravedad. Hay tantos requisitos distintos interrelacionados que parece
difícil imaginar cómo todos estos resultaron "accidentalmente" como
necesitaban ser. Debido a los muchos requisitos cruzados, parece
improbable que haya un conjunto alternativo de valores para estas
constantes que "funcione." Además, los valores necesarios abarcan
treinta órdenes de magnitud (1030), lo cual hace que su
"selección" correcta accidental sea mucho más notable. Es bastante fácil
comprender por qué tantos científicos han cambiado de opinión en los
últimos 30 años, y están de acuerdo en que se requiere una gran dosis de
fe para creer que el universo puede ser explicado como nada más que un
accidente cósmico fortuito. La evidencia a favor de un diseñador
inteligente se vuelve más convincente cuanto más comprendemos acerca de
nuestro hábitat cuidadosamente fabricado.