Ninguna otra generación ha sido testigo de tantos descubrimientos acerca del Universo. Ninguna otra generación ha presenciado la medición del Cosmos. Para las generaciones anteriores, el Universo permanecía como un misterio profundo. Pero nosotros estamos vivos para poder ver varios de sus misterios resueltos. No sólo podemos medir ciertos aspectos del Universo, sino que en estas mediciones estamos descubriendo algunas de sus características principales. La Astronomía nos ha provisto de nuevas herramientas para sondear la personalidad del Cosmos.
Es asombroso que el Universo provea los bloques constructivos correctos y los procesos naturales correctos para la vida.
Para que la vida sea posible, más de cuarenta elementos diferentes deben tener la capacidad de unirse para formar moléculas. La unión molecular depende de dos factores: la magnitud de la fuerza de electromagnetismo y la relación de la masa del electrón a la masa del protón. Si la fuerza electromagnética fuera significativamente mayor, los átomos atraerían a los electrones tan fuertemente que no sería posible compartir ningún electrón con otros átomos. Pero si la fuerza electromagnética fuera significativamente menor, los átomos no retendrían ningún electrón y, nuevamente, no ocurriría la compartición de electrones entre átomos que permite que existan las moléculas. Si han de existir más de sólo unos pocos tipos de moléculas, la fuerza electromagnética debe estar ajustada aún con más precisión.
El tamaño y la estabilidad de las órbitas de los electrones alrededor de los núcleos de los átomos dependen de la relación de la masa del electrón con la masa del protón. A menos que esta relación esté ajustada estrictamente, las uniones químicas esenciales para la química de la vida nunca podrían tener lugar.
Las moléculas de la vida no pueden construirse a menos que estén disponibles cantidades suficientes de los elementos esenciales para la vida. Esto significa que deben poder formarse átomos de distintos tamaños. Para que esto ocurra, debe existir un estricto equilibrio para cada una de las constantes de la Física que gobiernan la fuerza nuclear fuerte y débil, la gravedad, y también para los estados de energía de base del núcleo (niveles de energía cuánticos que son importantes para la formación de elementos a partir de protones y neutrones) para varios elementos clave.
En el caso de la fuerza nuclear fuerte (la fuerza que gobierna el grado en que los protones y neutrones se unen entre sí en los núcleos atómicos) el equilibrio es fácil de ver. Si esta fuerza fuera demasiado débil, los protones y los neutrones no se mantendrían unidos. En ese caso, existiría un solo elemento en el Universo, hidrógeno, porque el átomo de hidrógeno tiene sólo un protón y ningún neutrón en su núcleo. Por otro lado, si la fuerza nuclear fuerte fuera de una intensidad ligeramente mayor que la que observamos en el Cosmos, los protones y los neutrones tendrían tal afinidad los unos por los otros que ninguno quedaría solo. Todos se encontrarían unidos a muchos otros protones y neutrones. En tal Universo no habría nada de hidrógeno, sino sólo elementos pesados. La química de la vida es imposible sin hidrógeno, pero también es imposible si el hidrógeno es el único elemento.
Si la fuerza nuclear fuerte fuera tan sólo un 2% más débil o un 0,3% más fuerte de lo que es en la actualidad, la vida sería imposible en cualquier tiempo y lugar dentro del Universo.¿Estamos considerando solamente la vida como la conocemos? No, estamos hablando de cualquier tipo de química de la vida concebible en toda la extensión del cosmos. Esta condición debe ser cumplida universalmente.
En el caso de la fuerza nuclear débil (la fuerza que gobierna, entre otras cosas, la velocidad de la descomposición radioactiva), si fuera mucho más fuerte de la que observamos, la materia en el Universo sería convertida rápidamente en elementos pesados. Pero si fuera mucho más débil, la materia en el Universo permanecería en la forma de los elementos más livianos exclusivamente. De una u otra forma, los elementos esenciales para la química de la vida (como el carbono, el oxígeno, el nitrógeno o el fósforo) no existirían o existirían en cantidades muy por debajo de las que se requieren para que se puedan formar todas las sustancias químicas esenciales para la vida. Más aún, a menos que la fuerza nuclear débil estuviera ajustada con enorme precisión, aquellos elementos esenciales para la vida que son producidos sólo en el núcleo de las estrellas supergigantes nunca escaparían de las fronteras de esos núcleos (las explosiones de supernovas se volverían imposibles).
El valor de la fuerza de la gravedad determina cómo arderán los hornos nucleares en los núcleos de las estrellas. Si la fuerza gravitatoria fuera mayor, las estrellas serían tan calientes que se consumirían en forma relativamente rápida; demasiado rápidamente y demasiado erráticamente para la vida. Además, un planeta capaz de sustentar vida debe ser apoyado por una estrella que sea estable y de combustión prolongada a la vez. Sin embargo, si la fuerza gravitatoria fuera menor, las estrellas nunca se volverían lo suficientemente calientes como para poner en marcha la fusión nuclear. En tal Universo no se produciría ningún elemento más pesado que el hidrógeno y el helio.
A fines de la década de 1970 y a principios de la década de 1980, Fred Hoyle descubrió que era necesario un ajuste increíblemente fino de los estados de energías de base del núcleo para el helio, el berilio, el carbono y el oxígeno para que exista cualquier tipo de vida. Los estados de energía de base para estos elementos no pueden ser mayores o menores respecto de cada uno de ellos en más de un 4% sin producir un Universo con cantidades insuficientes de oxígeno y carbono para la vida. Hoyle concluyó, basándose en este cuádruple ajuste fino, que "un superintelecto ha estado ‘jugando’ con la Física, además de la Química y la Biología."
En los primeros instantes de la creación, el universo contenía alrededor de diez mil millones y un nucleones por cada diez mil millones de antinucleones. Los diez mil millones de antinucleones aniquilaron los diez mil millones de nucleones, generando una cantidad enorme de energía. Todas las galaxias y estrellas que constituyen el Universo de hoy fueron formadas a partir de los nucleones que sobraron. Si el exceso inicial de nucleones sobre los antinucleones hubiera sido algo menor, no habría habido suficiente materia para que se formen las galaxias, las estrellas y los elementos pesados. Si el exceso hubiera sido algo mayor, las galaxias se hubieran formado, pero se habrían condensado y habrían atrapado la radiación tan eficientemente que ninguna de ellas se habría fragmentado para formar las estrellas y los planetas.
El neutrón es un 0,138% más masivo que el protón. Debido a esta masa adicional, los neutrones requieren apenas algo más de energía para formarse que los protones. Así que, al enfriarse el Universo tras del Big Bang, produjo más protones que neutrones, unas siete veces más.
Si el neutrón fuera sólo un 0,1% más masivo, quedarían tan pocos neutrones del enfriamiento del Big Bang que no habría suficiente cantidad como para formar los núcleos de todos los elementos pesados esenciales para la vida. Esta masa adicional del neutrón respecto del protón también determina la velocidad a la que los neutrones se descomponen en protones y los protones en neutrones. Si el neutrón fuera un 0,1% menos masivo, se acumularían tantos protones para formar neutrones que todas las estrellas del Universo se habrían colapsado rápidamente, formando estrellas de neutrones o agujeros negros. En consecuencia, para que la vida fuera posible en el Universo, la masa del neutrón debe tener un ajuste fino mejor que el 0,1%.
Hay otro proceso de descomposición que involucra protones que debe tener un ajuste fino para que exista la vida. Se cree que los protones se descomponen para formar mesones (un tipo de partícula fundamental), aunque la velocidad de descomposición es tan lenta que los experimentos aún no han registrado un solo evento de descomposición (el tiempo de descomposición promedio para un único protón supera los 4 • 1032 años). No obstante, los teóricos están convencidos de que los protones deben descomponerse para formar mesones, y a una velocidad bastante cercana a los límites experimentales actuales. Si los protones se descompusieran más lentamente para formar mesones, el Universo hoy no tendría una cantidad suficiente de nucleones para formar las galaxias, estrellas y planetas. Esto se debe a que los factores que determinan esta velocidad de descomposición también determinan la proporción entre nucleones y antinucleones en el momento del Big Bang. Por lo tanto, si la velocidad de descomposición fuera menor, la cantidad de nucleones habría sido ajustada demasiado estrechamente por la cantidad de antinucleones, lo cual, después del aniquilamiento, habría dejado demasiados pocos nucleones.
Sin embargo, si la velocidad de descomposición de los protones para convertirse en mesones hubiera sido mayor, además del problema de una proporción demasiado grande entre nucleones y antinucleones, también habría el problema adicional desde el punto de vista de mantener la vida. Debido a la tremenda cantidad de energía que se libera en este proceso de descomposición específico, la velocidad de descomposición destruiría o dañaría la vida. Por lo tanto, la velocidad de descomposición no puede ser mayor que la actual.
No sólo debe tener el Universo un ajuste fino para tener suficientes nucleones, sino que debe existir un número exacto de electrones. A menos que la cantidad de electrones sea equivalente a la cantidad de protones con una precisión de una parte en 1037, las fuerzas electromagnéticas en el Universo habrían superado las fuerzas gravitatorias de tal forma que las galaxias, estrellas y planetas jamás se hubieran formado.
Cualquiera sea el nivel en el que examinemos los bloques constructivos de la vida (electrones, nucleones, átomos o moléculas), la Física del Universo debe tener un ajuste fino meticuloso. El Universo debe estar construido exactamente para crear los electrones necesarios. Debe ser modelado exquisitamente para producir los protones y los neutrones requeridos. Debe ser fabricado cuidadosamente a fin de obtener los átomos necesarios. A menos que esté diseñado hábilmente, los átomos no podrán ser ensamblados en moléculas lo suficientemente complejas. Un equilibrio tan preciso de todos estos factores está realmente más allá de nuestras capacidades de comprensión. No obstante, con la medición del Universo se vuelven aparentes hechos aún más asombrosos.
El primer parámetro del Universo que fue medido fue la velocidad de su expansión. Al comparar esta velocidad con la Física de formación de las galaxias y las estrellas, los astrofísicos encontraron algo extraordinario. Si el Universo se expandiera demasiado rápido, la materia se dispersaría tan eficientemente que nada de ella se aglomeraría suficientemente como para formar galaxias. Si no se forma ninguna galaxia, no se forma ninguna estrella. Si no se forma ninguna estrella, no se forma ningún planeta. Si no se forma ningún planeta, no hay lugar para la vida. Por otro lado, si el Universo se expandiera demasiado lentamente, la materia se aglomeraría tan eficientemente que toda ella, de hecho todo el Universo, colapsaría para formar una masa muy densa antes que ninguna estrella del tipo solar se pudiera formar. Lo que es aún más asombroso es lo ajustada que debe estar esa velocidad de expansión para que exista la vida. No puede diferir de la velocidad real en más de una parte en 1055.
El modelo del Big Bang inflacionario para el Universo ofrece una explicación física de por qué el Universo está inmerso en un equilibrio tan exacto en su velocidad de expansión. A medida que las cuatro fuerzas fundamentales de la Física (las fuerzas de gravedad, la nuclear fuerte, la nuclear débil y la electromagnética) se separaron una de otra durante la primera fracción de segundo después del Big Bang, es posible tener un breve instante de hiperinflación (que dure sólo 10–34 segundos) que prácticamente garantiza que el Universo se expandirá más tarde a la velocidad que permita que exista la vida. Por supuesto, lo que hace eso es intercambiar un equilibrio exquisito (la velocidad de expansión del cosmos) por otro (los valores de un conjunto de varias constantes de la Física).
Además de requerir un ajuste fino de las fuerzas y de las constantes de la Física, la existencia de la vida exige aún más. Exige que las partículas fundamentales, la energía y las dimensiones del espacio-tiempo del Universo permitan que el efecto túnel cuántico y la Relatividad Especial operen exactamente como lo hacen. El efecto túnel cuántico debe funcionar ni más ni menos eficientemente que lo que observamos para que la hemoglobina transporte la cantidad correcta de oxígeno a las células de todas las especies de vertebrados y la mayoría de las especies de invertebrados. De la misma forma, las correcciones relativísticas, ni demasiado grandes ni demasiado pequeñas, son esenciales para que el cobre y el vanadio cumplan sus papeles críticos en el funcionamiento del sistema nervioso y en el desarrollo de los huesos de todos los animales superiores.
El segundo parámetro del Universo que fue medido fue su edad. La vida no podría ocurrir más temprano en el Universo de lo que lo hizo sobre la Tierra. Ni tampoco podría ocurrir mucho más tarde. A medida que el Universo envejece, las estrellas como el Sol, ubicada en la parte correcta de la galaxia para la vida y en una fase de combustión nuclear estable, se vuelven más y más excepcionales. Si el Universo fuera sólo unos pocos miles de millones de años más antiguo, tales estrellas ya no existirían.
Un tercer parámetro es la entropía, la degradación de la energía. El Universo posee una cantidad extrema de entropía específica. Este alto nivel de entropía es esencial para la vida. Sin este nivel, los sistemas tan pequeños como las estrellas y los planetas nunca se formarían. Pero si bien la entropía del Universo es extremadamente alta, no podría ser mayor. Si fuera mayor, los sistemas tan grandes como las galaxias nunca se formarían. Las estrellas y los planetas no pueden formarse sin las galaxias.
Un cuarto parámetro es la relación entre la constante de la fuerza electromagnética y la constante de la fuerza gravitatoria. Si la fuerza electromagnética relativa a la fuerza de gravedad fuera incrementada en sólo una parte en 1040, sólo se formarían estrellas pequeñas. Y si fuera disminuida en sólo una parte en 1040, sólo se formarían estrellas grandes. Pero para que la vida sea posible en el Universo deben existir tanto las estrellas grandes como las pequeñas. Las estrellas grandes deben existir porque sólo en sus hornos termonucleares se producen la mayoría de los elementos esenciales para la vida. Las estrellas pequeñas, como el Sol, deben existir porque sólo las estrellas pequeñas arden durante el tiempo suficiente y en la forma suficientemente estable como para sostener un planeta con vida.
A finales de la década de 1980 y a principios de la década de 1990, otras características fueron medidas con éxito. Cada una de ellas también indicaron un ajuste fino cuidadoso para soportar la vida. Actualmente los investigadores han descubierto veintiséis características que deben tomar valores definidos muy estrechamente para que exista la vida de cualquier tipo. La lista de las características de ajuste fino para el Universo sigue creciendo. Cuanto más precisa y extensamente los astrónomos miden el Universo, más ajuste fino descubren en él. Por ejemplo, tal vez la mejor máquina construida jamás por el hombre sea un flamante detector de ondas de gravedad diseñado por físicos del California Institute of Technology para hacer mediciones con una precisión de una parte en 1023. En comparación, tres diferentes características del Universo deben tener un ajuste fino mejor que una parte en 1037 para que exista vida de cualquier tipo.
Estos son los parámetros del Universo que tienen que tener valores que caen dentro de rangos definidos estrechamente para que exista vida de cualquier tipo.
La densidad de masa del Universo, con toda su enormidad, parece estar centrada en las necesidades de los humanos. ¿Cómo? La densidad de masa determina cuán eficientemente opera la fusión nuclear en el Cosmos. La densidad de masa que medimos se traduce en unos cien mil trillones de estrellas para el Universo observable. Si la densidad de masa fuera demasiado grande se formaría demasiado deuterio (un isótopo de hidrógeno con un protón y un neutrón en el núcleo) en los primeros minutos de la existencia del Universo. Este deuterio adicional haría que las estrellas ardan en forma demasiado rápida y errática como para que alguna de ellas pudiera soportar un planeta con vida. Por otro lado, si la densidad de masa fuera demasiado pequeña, se formaría tan poco deuterio y helio en los primeros minutos que los elementos más pesados necesarios para la vida nunca se formarían en las estrellas. Esto significa que las aproximadamente cien mil trillones de estrellas que observamos en el Universo, ni más ni menos, son necesarias para que sea posible esa maravilla que nos rodea y que tal vez no sepamos apreciar: LA VIDA
© 2000 Javier de Lucas