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Sobre peces congelados y peces hervidos

Para explicar física a una audiencia de legos en física, las analogías y metáforas son obviamente inestimables. Pero para mí son también herramientas de pensamiento, mis propias herramientas idiosincrásicas. A menudo yo mismo me convenzo de la verdad de algún punto difícil inventando una analogía que trata cuestiones similares en un contexto más habitual.

El principio antrópico ha generado más confusión y paparruchas filosóficas irrelevantes que cualquier otra cosa que haya salido de la ciencia en mucho tiempo. Hay inagotables discusiones sobre su significado, sobre cómo debería utilizarse para explicar y predecir, cuándo es legítimo y cuándo no lo es, cuándo es razonable y cuándo es absurdo. La guía más segura para mí es elaborar una analogía en el mundo más familiar, donde el viejo y sano sentido común puede introducir claridad. Hace más de una década elaboré una parábola para convencerme de que el principio antrópico podía tener sentido.

Un regalo de cumpleaños para Tini.

Una vieja tradición del mundo de la ciencia es la de celebrar el sexagésimo cumpleaños de los científicos famosos con fiestas, pero estas fiestas de cumpleaños consisten normalmente en un par de largos días de continuos seminarios de física… sin música. Yo tuve que dar una conferencia en una de esas fiestas en honor de un viejo amigo, Martinus Veltman. Tini —un pintoresco ogro holandés con larga barba— parecía un cruce entre Orson Welles representando a Macbeth y Sadam Hussein cuando salió de su escondrijo. Tini ganó recientemente el premio Nobel por su trabajo con Gerard’t Hooft en el que desarrollaron las matemáticas de modelo estándar.

Puesto que Tini fue una de las primeras personas en reconocer el problema de la energía del vacío, yo pensé en dar una charla de cumpleaños llamada «Tini y la constante cosmológica». De lo que yo quería hablar era del principio antrópico y del cálculo de Steven Weinberg sobre la formación de galaxias. Pero también quería explicar cómo el principio antrópico podía tener perfecto sentido científico. Así que, como de costumbre, hice una analogía.

En lugar de preguntar por qué la constante cosmológica está ajustada con tanta precisión, la sustituí por una pregunta similar: ¿por qué la temperatura de la Tierra está tan precisamente ajustada para caer en el estrecho rango en el que puede existir agua líquida? Ambas preguntas plantean cómo es posible que vivamos en un ambiente muy improbable que parece perfectamente hecho a medida de nuestra propia existencia. Para responder a mi pregunta yo propuse la siguiente parábola sobre unos peces inteligentes^[56].

Una historia de peces

Erase una vez un planeta completamente cubierto de agua en el que vivía una raza de peces con un gran cerebro. Estos peces sólo podían sobrevivir a cierta profundidad, así que ninguno de ellos había visto nunca la superficie del agua por encima ni el fondo por debajo. Pero sus grandes cerebros los hacían muy inteligentes y también muy curiosos. Con el tiempo sus preguntas sobre la naturaleza del agua y otras cosas se hicieron muy sofisticadas. Los más brillantes entre ellos se llamaban físicos. Los físicos eran maravillosamente inteligentes y en pocas generaciones llegaron a comprender muchas cosas sobre los fenómenos naturales, incluyendo dinámica de fluidos, química, física atómica e incluso los núcleos de los átomos.

Finalmente, algunos de los físicos empezaron a preguntarse por qué las leyes de la Naturaleza son las que son. Su sofisticada tecnología les permitía estudiar el agua en todas sus formas, especialmente hielo, vapor y, por supuesto, el estado líquido. Pero pese a todos sus esfuerzos, todavía quedaba algo ante lo que se sentían perplejos. Con todos los valores posibles desde cero hasta infinito, ¿cómo se podía explicar el hecho de que la temperatura ambiente, T, estaba ajustada para caer en el estrecho rango que permitía que el H₂O existiera en forma líquida? Ensayaron muchas cosas, incluyendo varios tipos de simetrías, mecanismos de relajación dinámica y muchas otras ideas, pero nada podía explicarlo.

En estrecha alianza con los físicos había otro grupo, los cosmólogos, que también estaban estudiando su mundo acuoso. Los cosmólogos estaban menos interesados en las profundidades corrientes, en las que vivían los peces de gran cerebro, que en descubrir si existía un límite superior a su mundo acuático. Los cosmólogos eran perfectamente conscientes de que gran parte del mundo acuático no era habitable, pues la presión no era apropiada para sus cerebros. Viajar aleteando hasta los confines superiores no era en absoluto posible; si se expusieran a las bajas presiones del agua en estas zonas, sus grandes cerebros explotarían. De modo que, en su lugar, especulaban.

Sucedió que una escuela de pensamiento entre los cosmólogos sostenía una idea muy radical (algunos decían ridícula) sobre el ajuste fino de T. Y tenían un nombre para esta idea: el principio ictrópico. El P. I. sostenía que la temperatura estaba en el rango del agua líquida ¡porque sólo en este caso podían existir peces para observarlo!

«¡Basura! —decían los físicos—. Eso no es ciencia. Es religión. Eso es rendirse. Y además, si nos ponemos de acuerdo con vosotros, todos se reirán de nosotros y nos quitarán la financiación».

Ahora bien, no todos los cosmólogos entendían lo mismo por el principio ictrópico. De hecho, era difícil encontrar dos que estuvieran de acuerdo. Unos pensaban que significaba que el Pez Cabeza de Ángel había hecho el mundo con el objetivo de acomodar a los peces de gran cerebro. Otros pensaban que la función de onda cuántica del aguaverso era una superposición de todos los valores de T y, sólo al observarla, algún pez ancestral «colapsaba la función de onda».

Un pequeño número de cosmólogos, dirigido por Andrei-el-de-Cerebro-Muy-Grande y Alexander-El-Que-Nada-Profundo, sostenían una idea extraordinaria. Creían que más allá de la frontera superior del agua existía un espacio inmensamente grande. En este inmenso espacio, podían existir muchos otros reinos similares en algún aspecto a su mundo acuático pero diferentes en otros aspectos. Algunos mundos estarían inimaginablemente calientes, tan calientes que incluso los núcleos de hidrógeno podrían fusionarse para formar helio y quizá hacerse todavía más calientes. Otros mundos serían tan fríos que existiría metano congelado. Sólo una minúscula fracción de los mundos estaría a una temperatura favorable para la formación de peces. Entonces no habría ningún misterio en por qué T estaba bien ajustada. Como sabe cualquier pescador, la mayoría de los lugares carecen de peces, pero de vez en cuando se dan las condiciones correctas. Y ahí es donde están los peces.

Pero los físicos suspiraban y decían, «Señor, ahí están de nuevo con sus ideas inverosímiles^[57]. Ignorémoslos». Fin.

La historia fue un completo fracaso. Durante el seminario se oyeron quejas y suspiros ruidosos. Después la gente me evitaba. El propio Tini se mostraba indiferente. El principio antrópico afecta a la mayoría de los físicos teóricos de la misma forma que un camión cargado de turistas en África afecta a un elefante enfadado.

Paisajes antrópicos

Nadie, sabiendo lo que sabemos sobre astronomía, dudaría que los cosmólogos tenían razón. La historia sugiere que hay situaciones en las que una explicación antrópica (o ictrópica) tiene sentido. Pero ¿cuáles son las reglas? ¿Cuándo es apropiado un razonamiento antrópico? ¿Cuando es inapropiado? Necesitamos algunos principios guía.

En primer lugar, hay algo obvio: una explicación antrópica de la proposición X sólo tiene sentido si hay una poderosa razón para creer que la existencia de vida inteligente sería imposible a menos que X fuera cierta. En el caso de los peces de gran cerebro, está claro: demasiado caliente y tenemos sopa de pescado; demasiado frío y tenemos pescado congelado. En el caso de la constante cosmológica, Weinberg proporcionó el razonamiento.

Cuando uno empieza a pensar en lo que se necesita para que la vida sea posible, el paisaje se convierte en un campo de minas de pesadilla. Ya he explicado por qué una gran constante cosmológica habría sido fatal, pero hay otros muchos peligros. Los requisitos que debe satisfacer un universo caen en tres categorías principales: las leyes de la física deben llevar a la química orgánica; deben existir elementos químicos esenciales en abundancia suficiente, y, finalmente, el universo debe evolucionar para crear un ambiente suave, amplio, uniforme y duradero.

La vida es por supuesto un proceso químico. Hay algo en la forma en que los átomos están construidos que los hace adherirse en las más extrañas combinaciones: las gigantes y locas moléculas del mecano de la vida —ADN, ARN, cientos de proteínas y todo lo demás—. Aunque la química es considerada normalmente una rama independiente de la ciencia— tiene sus propios departamentos universitarios y sus propias revistas— es realmente una rama de la física: la rama que trata de los electrones más externos de los átomos. Estos electrones de valencia, saltando de un lado a otro o compartidos entre átomos, dan a los átomos sus sorprendentes capacidades para combinarse en un variado conjunto de moléculas.

¿Cómo es que las leyes de la física permiten estructuras maravillosamente intrincadas como el ADN que las mantiene unidas sin desaparecer, disgregarse o destruirse de alguna otra manera? En cierta medida es suerte.

Como vimos en el capítulo 1, las leyes de la física empiezan con una lista de partículas elementales como electrones, quarks, fotones, neutrinos y demás, cada una de ellas con propiedades especiales tales como masa y carga. Nadie sabe por qué la lista es la que es o por qué las propiedades son exactamente las que son. Un número infinito de listas diferentes es posible. Pero un universo lleno de vida no es en absoluto lo que cabría esperar de una elección al azar de la lista. Eliminar cualquiera de estas partículas (electrones, quarks o fotones) o incluso cambiar mínimamente sus propiedades destruiría la química convencional. Éste es el caso obviamente para electrones y quarks, que constituyen el átomo y su núcleo, pero quizá es menos obvio para el fotón. Los fotones son, por supuesto, los «balines» que constituyen la luz. Ciertamente sin ellos no podríamos ver, pero aún podríamos oír, tocar y oler, de modo que quizá el fotón no sea tan importante. Pensar así, sin embargo, es un gran error: resulta que el fotón es el pegamento que mantiene unidos los átomos.

¿Qué mantiene a los electrones de valencia en órbita alrededor del núcleo central del átomo? ¿Por qué no salen despedidos y dicen adiós a los protones y neutrones? La respuesta es la atracción eléctrica entre los electrones y los núcleos atómicos con carga opuesta. La atracción eléctrica es diferente de la atracción entre una mosca y una tira de papel matamoscas. El papel matamoscas puede ser muy pegajoso y sujetar con fuerza, pero en cuanto separamos un poco la mosca, el papel la suelta inmediatamente. La mosca escapa y, a menos que sea lo bastante estúpida como para volver, está completamente libre. En la jerga de la física el papel matamoscas es fuerte pero de corto alcance: su influencia no se extiende a grandes distancias.

Una fuerza de corto alcance del tipo del papel matamoscas sería inútil para ligar los electrones a los núcleos. El átomo es un sistema solar en miniatura y los importantes electrones de valencia son los planetas más alejados: los Plutones y Neptunos del átomo. Sólo una fuerza que se extienda a grandes distancias puede impedir que escapen al «espacio exterior» más allá de las fronteras del átomo.

Las fuerzas de largo alcance, del tipo de las que atrapan a distancia, son poco comunes. De los muchos tipos diferentes de fuerzas en la Naturaleza, sólo dos son de largo alcance. Las dos son familiares, siendo la gravedad la más conocida. Cuando damos un salto en la Tierra, la gravedad nos atrae de nuevo al suelo. Se extiende a centenares de millones de kilómetros para mantener a los planetas en sus órbitas alrededor del Sol y a decenas de miles de años luz para mantener a las estrellas confinadas dentro de las galaxias. Una fuerza del mismo tipo se necesita para ligar los electrones externos al núcleo central. Por supuesto no es la gravedad la que mantiene unido al átomo: es demasiado débil.

Otra fuerza familiar de largo alcance actúa entre un imán y un clip de papel de hierro. El imán no tiene que estar en contacto directo con el clip para atraerlo. Un imán potente tira del clip incluso desde una gran distancia. Pero más relevante para el átomo es que el pariente eléctrico de la fuerza magnética es una fuerza de largo alcance que actúa entre partículas eléctricamente cargadas. Muy similar a la fuerza gravitatoria, salvo que inmensamente más fuerte, la fuerza eléctrica liga a los electrones de valencia de la misma forma que la gravedad liga Plutón al Sol.

Como expliqué en el capítulo 1, las fuerzas eléctricas entre partículas cargadas están causadas por fotones que se intercambian entre las cargas^[58]. Los fotones ultraligeros (recordemos que no tienen masa) son capaces de saltar grandes distancias para crear fuerzas de largo alcance que ligan los lejanos electrones de valencia al núcleo. Eliminemos el fotón de la lista y no habrá nada que mantenga unido al átomo.

El fotón es muy excepcional. Es la única partícula elemental, aparte del gravitón, que no tiene masa. ¿Qué pasaría si fuera menos excepcional y tuviera masa? La teoría de Feynman nos dice cómo calcular la fuerza cuando un hipotético fotón masivo salta entre núcleo y electrón. Lo que se encuentra es que cuanto más pesado es el fotón, a menos distancia es capaz de saltar. Si la masa del fotón fuera siquiera una minúscula fracción de la masa del electrón, las interacciones eléctricas, en lugar de ser una fuerza de largo alcance, se convertirían en «fuerzas de papel matamoscas» de corto alcance, totalmente incapaces de sujetar a los electrones de valencia lejanos. Átomos, moléculas y vida son totalmente dependientes del hecho curioso de que el fotón no tiene masa.

El alcance de la fuerza eléctrica no es la única característica esencial para que los átomos funcionen correctamente. La intensidad de la fuerza (cuánto tira de los electrones) es crucial. La fuerza que liga el electrón al núcleo no es muy grande para los patrones de la experiencia humana ordinaria. Se mide en milmillonésimas de kilogramo. ¿Qué es lo que determina la intensidad de las fuerzas eléctricas entre partículas cargadas? Una vez más, nos lo dice la teoría de Feynman. Los otros ingredientes en un diagrama de Feynman, además de las partículas, son diagramas de vértice. Recordemos que cada diagrama de vértice tiene un valor numérico —la constante de acoplamiento— y para la emisión del fotón la constante de acoplamiento es la constante de estructura fina a, un número aproximadamente igual a 1/137. La pequeñez de a es la razón matemática última por la que las fuerzas eléctricas son mucho más débiles que sus homologas nucleares.

¿Qué pasaría si la constante de estructura fina fuera más grande, digamos aproximadamente uno? Esto provocaría varios desastres, uno de los cuales sería poner en peligro al núcleo. La fuerza nuclear que mantiene unidos a los nucleones (protones y neutrones) es una fuerza de papel matamoscas: de corto alcance e intensa. El propio núcleo es como una bola de moscas pegadas. Cada nucleón está pegado a sus vecinos más próximos, pero sólo con que pueda separarse de los otros en una cantidad minúscula, queda libre para escapar.

Hay algo que trabaja en contra de la fuerza nuclear, compitiendo con ella, para que los protones se repelan mutuamente. Los protones tienen carga eléctrica. Atraen a los electrones negativos porque tienen carga opuesta (cargas opuestas se atraen, cargas iguales se repelen). Los neutrones son eléctricamente neutros y, por consiguiente, no desempeñan un papel en el equilibrio de las fuerzas eléctricas. Los protones, por el contrario, están positivamente cargados y se repelen eléctricamente unos a otros. De hecho, si un núcleo tiene más de unos cien protones, las fuerzas eléctricas repulsivas de largo alcance son suficientes para separarlos.

¿Qué sucedería si la fuerza eléctrica fuera tan fuerte como la fuerza nuclear? En ese caso, todos los núcleos complejos serían inestables. De hecho, la fuerza eléctrica podría ser mucho más débil que la fuerza nuclear y todavía pondría en peligro núcleos como los del carbono y el oxígeno. ¿Por qué es pequeña la constante de estructura fina? Nadie lo sabe, pero si fuera grande no habría nadie para plantear la pregunta.

Los protones y los neutrones ya no se consideran partículas elementales. Cada uno está compuesto de tres quarks. Como se discutió en el capítulo 1, hay varias especies diferentes de quarks etiquetados up, down, extraño, encantado, fondo y cima. Aunque los nombres carecen de significado, las diferencias entre los tipos de quarks son importantes. Una rápida mirada a la lista de masas de partículas en el capítulo 3 revela que las masas de los quarks varían sobre un rango enorme que va desde aproximadamente diez masas electrónicas para los quarks-up y down hasta 344 000 masas electrónicas para el quark-cima. Durante algún tiempo los físicos se preguntaron por qué el quark-cima era tan pesado, pero recientemente hemos llegado a entender que no es el quark-cima el que es anormal sino que son los quarks-up y down los que son absurdamente ligeros. Lo que necesita una explicación es el hecho de que sean aproximadamente veinte mil veces más ligeros que partículas como el bosón Z y el bosón W. El modelo estándar no ha ofrecido una.

Por ello, podemos preguntar cómo sería el mundo si los quarks-up y down fueran mucho más pesados de lo que son. Una vez más, ¡el desastre! Protones y neutrones están hechos de quarks-up y down. (Las partículas hechas de quarks extraño, encantado, fondo y cima no desempeñan ningún papel en la física y la química ordinarias; son de interés principalmente para los físicos de altas energías). Según la teoría de quarks de los protones y neutrones, la fuerza nuclear (fuerza entre nucleones) puede rastrearse hasta los quarks que saltan de un lado a otro entre dichos nucleones^[59]. Si los quarks fueran mucho más pesados, sería mucho más difícil intercambiarlos y la fuerza nuclear desaparecería prácticamente. Sin una fuerza de papel matamoscas pegajoso que mantenga unido al núcleo, no podría haber química. La suerte está de nuevo con nosotros.

Recordemos que, en términos del paisaje, nuestro universo descansa en un valle donde se dan todas las coincidencias afortunadas. Pero en regiones genéricas del paisaje, las cosas pueden ser muy diferentes. La constante de estructura fina podría ser mayor, el fotón masivo, los quarks más pesados o, incluso peor, en la lista podrían faltar electrones, fotones o quarks. Cualquiera de estos casos sería suficiente para eliminar nuestra presencia.

Incluso si todas las partículas estándar existieran con la masa correcta y las fuerzas correctas, la química podría seguir fallando. Se necesita algo más: los electrones deben ser fermiones. El hecho de que los fermiones sean tan excluyentes —no se puede poner más de uno en un estado cuántico— es esencial para la química. Sin el principio de exclusión de Pauli, todos los electrones en un átomo se hundirían hasta las órbitas atómicas más bajas, de donde serían mucho más difíciles de desalojar. Si los electrones se convirtieran repentinamente en los más sociables bosones, la vida basada en la química del carbono desaparecería. Ya ve usted que un mundo con química ordinaria no es ni mucho menos genérico.

Los físicos suelen utilizar palabras de forma diferente de como se utilizan a diario. Cuando se dice que algo existe, probablemente se quiere decir que puede encontrarse en algún lugar en el universo. Por ejemplo, si yo le dijera que existen los agujeros negros, usted podría preguntarme dónde puede encontrar uno. Los agujeros negros existen en el sentido corriente: son objetos astronómicos reales que se encuentran, por ejemplo, en los centros de las galaxias. Pero supongamos que yo le dijera que existen minúsculos agujeros negros no más grandes que una mota de polvo. De nuevo, usted podría preguntar dónde se encuentran. Esta vez yo le respondería que no hay ninguno; se necesita una enorme cantidad de masa comprimida en un agujero negro. Sin duda usted se disgustaría y diría: «¡Deje de marear la perdiz! ¡Usted me dijo que existen!».

Lo que los físicos (especialmente los teóricos) entienden por el término existe es que el objeto en cuestión puede existir en teoría. En otras palabras, el objeto existe como una solución de las ecuaciones de la teoría. Por ese criterio, existen diamantes perfectamente tallados de cientos de kilómetros de diámetro. También existen planetas hechos de oro puro. Pueden o no pueden encontrarse realmente en algún lugar, pero son objetos posibles compatibles con las leyes de la física.

Fuerzas débiles de largo alcance y fuerzas fuertes de corto alcance, actuando entre fermiones, llevan a la existencia de átomos complejos como carbono, oxígeno y hierro. Esto está bien, pero yo lo entiendo en el sentido teórico. «¿Qué más se necesita —podría usted preguntar— para garantizar que existen átomos complejos en mi sentido corriente? ¿Qué se requiere para producir realmente dichos átomos y hacerlos abundantes en el universo?». La respuesta no es tan simple. No es probable que núcleos atómicos complejos sean resultado de colisiones aleatorias de partículas, ni siquiera en el universo caliente primitivo.

En los primeros minutos después del big bang no había átomos o siquiera núcleos. Un plasma caliente compuesto de protones, neutrones y electrones llenaba todo el espacio. La alta temperatura impedía que los nucleones se adhirieran para formar núcleos. Conforme el universo se enfrió, protones y neutrones se adhirieron y formaron los elementos primordiales^[60]. Pero, aparte de trazas minúsculas de otros elementos, sólo se formaron los núcleos más simples: hidrógeno y helio.

Además, como descubrieron los alquimistas medievales, no es fácil transmutar un elemento en otro. Entonces, ¿de dónde proceden todo el carbono, el oxígeno, el nitrógeno, el silicio, el azufre, el hierro y otros elementos químicos familiares? La respuesta es que el horno nuclear intensamente caliente de una estrella puede hacer lo que los alquimistas nunca pudieron: transformar unos elementos en otros. El proceso de cocinado es la fusión nuclear, el mismo tipo de fusión que da su potencia a las armas nucleares. La fusión combina los núcleos de hidrógeno en todo tipo de permutaciones y combinaciones. Los resultados de estas reacciones nucleares fueron los elementos familiares.

La cadena de reacciones nucleares en las estrellas que empieza en los elementos más ligeros y lleva al hierro es complicada. Un par de ejemplos ilustrarán este punto. El ejemplo más familiar es la reacción de fusión que empieza con hidrógeno y produce helio. Aquí es donde intervienen las interacciones débiles (diagramas con bosones W y Z). El primer paso es la colisión de dos protones^[61]. Muchas cosas pueden suceder cuando colisionan dos protones, pero si se conocen los diagramas de Feynman para el modelo estándar se puede encontrar uno que termina con un protón, un neutrón, un positrón y un neutrino.

El positrón encuentra a un electrón deambulante en la estrella y juntos se autodestruyen, dando fotones que con el tiempo se convierten en la energía térmica (calor) de la estrella. El neutrino simplemente sale disparado y desaparece a casi la velocidad de la luz. Esto deja un protón pegajoso y un neutrón pegajoso que se adhieren para formar un isótopo del hidrógeno llamado deuterio.

A continuación, un tercer protón choca con el núcleo de deuterio y se adhiere a él. El núcleo con dos protones y un neutrón es una forma de helio llamada helio-tres (³ He), pero no es el tipo estable de helio con el que solemos hinchar los globos. Este material se denomina helio-cuatro (⁴ He).

La historia continúa: dos núcleos ³ He colisionan En total, eso significa cuatro protones y dos neutrones. Pero no todos se quedan adheridos. Dos de los protones escapan y dejan un núcleo con dos protones y dos neutrones. Ése es un núcleo ⁴ He corriente. Usted no necesita recordar todo esto. Muy pocos físicos lo hacen.

La mayoría de las reacciones nucleares que tienen lugar en las estrellas consisten en un simple protón que colisiona con un núcleo ya presente y aumenta su peso atómico en una unidad. A veces el protón se convierte en un neutrón cediendo un positrón y un neutrino. A veces un neutrón se convertirá en un protón, un electrón y un antineutrino. En cualquier caso, en el interior de la estrella los núcleos de hidrógeno y helio originales se convierten, paso a paso, en elementos más pesados.

Pero ¿qué tienen de bueno los elementos complejos encerrados dentro de las estrellas? Las historias de ciencia-ficción podrían proponer formas extrañas de vida hechas de plasma caliente giratorio que crecen a millones de grados, pero la vida real necesita un ambiente más frío. Por desgracia, el carbono y el oxígeno quedaban prisioneros en el interior de la estrella a lo largo de la vida de la estrella.

Pero las estrellas no viven para siempre.

Con el tiempo todas las estrellas, nuestro Sol incluido, agotarán su combustible. En ese momento una estrella colapsa bajo su propio peso. Antes de que se agote el combustible, las estrellas se mantienen en equilibrio por el calor y la presión generados por reacciones nucleares. Hay dos tendencias en competición en la estrella. Como una bomba nuclear, quiere explotar, aunque al mismo tiempo la gravedad está tratando de aplastarla bajo su enorme peso. Estas dos tendencias, explotar e implotar, se mantienen en equilibrio mientras haya combustible que quemar. Pero una vez que se agota el combustible, no hay nada que resista la atracción de la gravedad y la estrella implosiona.

Hay tres posibles puntos finales para la implosión. Una estrella como nuestro Sol es relativamente ligera y sólo colapsará hasta que forme una enana blanca. Una enana blanca está hecha de material más o menos corriente —protones, neutrones y electrones— pero los electrones están comprimidos unos contra otros en un grado mucho mayor que en los materiales corrientes. Es el principio de exclusión de Pauli el que impide que los electrones colapsen aún más. Si todas las estrellas terminasen como enanas blancas, los elementos recién cocinados permanecerían aprisionados en su interior.

Por el contrario, si la estrella es muchas veces más pesada que el Sol, la fuerza de la gravedad será irresistible. El inevitable colapso desastroso terminará en el proceso más violento imaginable: la formación de un agujero negro. Los elementos atrapados en agujeros negros estarían incluso menos disponibles que los que están atrapados en enanas blancas.

Pero hay un término medio. Las estrellas dentro de un cierto rango de masas colapsan hasta una fase que supera a las enanas blancas pero no llega a un agujero negro. En estas estrellas los electrones, en cierto sentido, son exprimidos, mientras que los protones se convierten en neutrones y el resultado es una bola sólida de materia neutrónica increíblemente densa: una estrella de neutrones. Sorprendentemente, las interacciones débiles desempeñan un papel indispensable. Cada protón, cuando se convierte en un neutrón, libera dos partículas, un positrón y un neutrino. Los positrones se combinan rápidamente con los electrones en la estrella y desaparecen.

Este suceso, llamado supernova, no es suave. Una supernova puede superar en brillo a una galaxia entera con cien mil millones de estrellas.

En la física y la química cotidianas los neutrinos no tienen ninguna importancia. Pueden atravesar años luz de plomo sin perturbarlo en lo más mínimo. Los neutrinos procedentes del Sol están atravesando continuamente la Tierra, nuestros alimentos y bebidas y nuestros cuerpos sin tener ningún efecto. Pero nuestra existencia depende por completo de ellos. Los neutrinos que salen de la explosión de supernova son tan numerosos que, pese a su debilidad, crean una enorme presión que empuja a la materia que tienen delante. La presión ejercida por los neutrinos expulsa las capas exteriores de la estrella que colapsa y, con ello, dispersa los núcleos complejos que fueron cocinados antes de que colapsara la estrella. De modo que, como acto final, la estrella en sus estertores de muerte dona sus núcleos complejos para llenar de materia el universo.

Nuestro Sol es joven. El universo tiene unos catorce mil millones de años, pero el Sol nació en una época tardía de su historia, hace sólo cinco mil millones de años. Para entonces se habían formado y muerto generaciones de estrellas y ya había suficientes elementos pesados para formar el Sistema Solar. Somos afortunados, en efecto, porque el fantasmal neutrino existe en el sentido corriente de la palabra.

La Nebulosa del Cangrejo es el residuo de una explosión de supernova. La explosión se vio en la Tierra en 1054.

Hay muchas maneras de que las cosas pudieran salir mal en el cocinado nuclear. Si no hubiera interacciones débiles o si los neutrinos fueran demasiado pesados, los protones no podrían convertirse en neutrones durante el cocinado. El cocinado del carbono es sensible a los detalles del núcleo de carbono. Uno de los grandes éxitos científicos del siglo XX tuvo lugar cuando el cosmólogo Fred Hoyle fue capaz de predecir uno de estos detalles a partir tan sólo del hecho de que nosotros estamos aquí. A comienzos de los años cincuenta del siglo pasado, Hoyle argumentó que había un «cuello de botella» en el cocinado de elementos en las estrellas como el Sol. Parecía que no había ninguna manera de que el cocinado llegase mas allá del elemento químico número 4: el helio. Normalmente el cocinado nuclear añade protones de uno en uno para formar un elemento más pesado, pero no hay núcleo estable con número atómico 5, de modo que no hay una manera fácil de pasar del helio.

Hay una vía de escape. Dos núcleos de helio pueden colisionar y adherirse para formar un núcleo con número atómico 8. Dicho núcleo sería el isótopo de berilio 8. Más tarde, otro núcleo de helio podría colisionar con el berilio y formar un núcleo con número atómico 12: el viejo carbono 12, la materia de la química orgánica. Pero hay un inconveniente.

El berilio 8 es un isótopo muy inestable. Se desintegra tan rápidamente que no hay tiempo suficiente para que el tercer núcleo de helio colisione antes de que desaparezca el berilio… a menos que se de una coincidencia improbable. Si por azar hubiera un estado excitado —una denominada resonancia— del núcleo de carbono con las propiedades correctas, la probabilidad de que el berilio capture un núcleo de helio sería mucho más probable de lo esperado. La probabilidad de tal coincidencia es muy pequeña, pero cuando Hoyle sugirió que tal coincidencia podría resolver el problema de cocinar los elementos pesados, los físicos nucleares experimentales se pusieron a la tarea. Y ¡BINGO!, se descubrió el estado excitado con las propiedades correctas que Hoyle había conjeturado. Tan sólo un pequeño aumento o disminución en la energía del núcleo de carbono excitado y todo el trabajo de hacer galaxias y estrellas habría sido en vano; pero tal como es, los átomos de carbono —y con ello la vida— pueden existir.

Las propiedades de la resonancia del carbono de Hoyle son sensibles a varias constantes de la naturaleza, incluyendo la importantísima constante de estructura fina. Un cambió de tan solo unos pocos por ciento en su valor y no habría carbono ni habría vida^[62]. Esto es lo que Hoyle quería decir cuando afirmaba que «parece como si un superintelecto hubiera jugado con la física tanto como con la química y la biología».

Pero, una vez más, de nada serviría que la física nuclear sea «la adecuada» si el universo no tuviera estrellas. Recordemos que un universo perfectamente homogéneo nunca daría nacimiento a estos objetos. Estrellas, galaxias y planetas son el resultado de la ligera grumosidad inicial. Al principio, el contraste de densidad era de una magnitud de 10⁻⁵, pero ¿qué pasaría si hubiera sido algo menor o algo mayor? Si la grumosidad en el universo primitivo hubiera sido mucho menor, digamos 10⁻⁶, las galaxias serían pequeñas y las estrellas estarían muy dispersas. No habrían tenido gravedad suficiente para atraer a los átomos complejos que fueron escupidos por las supernovas; estos átomos no habrían estado disponibles para las siguientes generaciones de estrellas. Hagamos el contraste de densidad un poco menor que eso y no se formarían galaxias ni estrellas.

¿Qué sucedería si la grumosidad fuera mayor que 10⁻⁵? Un factor de cien mayor y el universo estaría lleno de monstruos voraces y violentos que engullirían y digerirían galaxias antes de que hubieran terminado de formarse. No se preocupe, no me he vuelto loco. Los «megamonstruos» son enormes agujeros negros. Recordemos que la gravedad es el agente que actúa en las regiones con ligero exceso de densidad de masa y las atrae para formar galaxias. Pero si las sobredensidades fueran demasiado grandes, la gravedad actuaría con demasiada rapidez. El colapso gravitatorio de estas regiones superaría el estado de galaxia y evolucionaría hasta agujeros negros. Toda la materia sería engullida y destruida en la violenta singularidad central del agujero negro. Incluso contrastes de densidad de un factor diez veces mayor pondrían en peligro la vida al crear demasiadas colisiones entre objetos celestes en el Sistema Solar.

Una grumosidad de aproximadamente 10⁻⁵ es esencial para que tenga comienzo la vida. Pero ¿es fácil conseguir esta cantidad de contraste de energía? La respuesta es decididamente no. Los diversos parámetros que gobiernan la inflación del universo deben escogerse con gran cuidado para obtener el resultado deseado. ¿Más diabluras de Hoyle?

Hay mucho más. Las leyes de la física de partículas incluyen el requisito de que cada partícula tenga una antipartícula. ¿Qué hizo entonces el universo para tener una preponderancia tan grande de materia sobre antimateria?

Esto es lo que pensamos que sucedió. Cuando el universo era muy joven y caliente, estaba lleno de plasma que contenía casi exactamente las mismas cantidades de materia y antimateria. El desequilibrio era extraordinariamente pequeño. Por cada cien millones de antiprotones había cien millones y un protones. Luego, conforme el universo se enfrió, partículas y antipartículas se combinaron en pares y se aniquilaron dando fotones. Cien millones de antiprotones encontraron con cien millones de compañeros y juntos se suicidaron, dejando doscientos millones de fotones y tan solo un protón residual. Estos residuos son la materia de la que estamos hechos. Hoy, si tomamos un metro cúbico de espacio intergaláctico, éste contendrá aproximadamente un protón y doscientos millones de fotones. Sin el ligero desequilibrio inicial, yo no estaría aquí para contarle estas cosas a usted (que no estaría aquí para leerlas).

Otro requisito esencial para la vida es que la gravedad sea extremadamente débil. En la vida ordinaria la gravedad apenas parece débil. De hecho, a medida que envejecemos la perspectiva diaria de combatir la gravedad se hace cada vez más temible. Aún puedo oír a mi abuela diciendo, «Oh, vaya. Me siento como si pesara media tonelada». Pero no recuerdo haberla oído quejarse de las fuerzas eléctricas o las fuerzas nucleares. De todas formas, si comparamos la fuerza eléctrica entre el núcleo y un electrón atómico con la fuerza gravitatoria, encontraremos que la fuerza eléctrica es unas 10 veces mayor. ¿De dónde sale una razón tan enorme? Los físicos tienen algunas ideas, pero lo cierto es que en realidad no sabemos el origen de la enorme discrepancia entre electricidad y gravedad pese al hecho de que es tan fundamental para nuestra existencia. Pero podemos preguntar qué habría sucedido si la gravedad hubiera sido un poco más fuerte de lo que es. Una vez más, la respuesta es que no estaríamos aquí para hablar de ello. La presión aumentada debida a la gravedad más intensa haría que las estrellas se quemaran con demasiada rapidez —tanta rapidez que la vida no tendría oportunidad de evolucionar—. Aún peor, los agujeros negros lo habrían consumido todo, condenando la vida mucho antes de que empezara. La gran atracción gravitatoria podría incluso haber abortado la expansión de Hubble y provocado un big crunch muy poco después del big bang.

¿Hasta qué punto debemos tomar en serio esta colección de felices coincidencias? ¿Realmente constituyen un alegato a favor de algún tipo de principio antrópico? Mi sensación es que son muy convincentes, pero no tan convincentes como para haberme empujado a rebasar el punto crítico y abrazar una explicación antrópica. Ninguna de estas afortunadas casualidades, con la excepción de la extraordinaria debilidad de la gravedad, implica una precisión extraordinariamente alta (precisión con muchas cifras decimales) en el ajuste fino. E incluso la debilidad de la gravedad tiene una posible explicación que apela a la magia de la supersimetría. En conjunto, estas coincidencias parecen un racimo poco probable de accidentes pero, después de todo, los accidentes ocurren.

Sin embargo, la pequeñez de la constante cosmológica es otro cantar. Es prácticamente seguro que el que sean cero las 119 primera cifras decimales de la energía del vacío no es un accidente. Pero no es sólo que la constante cosmológica sea muy pequeña. Si hubiera sido aún más pequeña que eso, si hubiera seguido siendo cero dentro del nivel de precisión actual, se podría haber llegado a creer que un desconocido principio matemático haría que fuera exactamente cero. Lo que nos cayó como la losa proverbial fue el hecho de que en la cifra decimal 120 la respuesta no era cero. Ninguna magia matemática aún desconocida va a explicar eso.

Pero, para mí, ni siquiera la constante cosmológica habría sido suficiente para inclinar la balanza. Para mí el punto decisivo vino con el descubrimiento del inmenso paisaje al que parece obligarnos la teoría de cuerdas.

¿Cuándo tienen sentido las explicaciones antrópicas?

Supongamos que usted y yo fuéramos socios en el negocio de crear universos favorables para la vida. Su trabajo consiste en considerar todos los ingredientes necesarios y elaborar un diseño. Mi trabajo consiste en buscar en el paisaje una localización que satisfaga sus requisitos. Usted elaboraría un diseño. Entonces yo iría y lo buscaría en el paisaje. Si el paisaje tuviera sólo un puñado de valles, estoy casi seguro de que yo no encontraría lo que usted estaba buscando. Le diría que su encargo era una locura porque lo que estaba buscando es increíblemente improbable.

Pero si usted supiera algo sobre teoría de cuerdas, podría cuestionar mi valoración: «¿Está usted seguro de que ha mirado en todas partes: en cada rincón y cada grieta, en cada valle? Hay 10⁵⁰⁰ de ellos, ya sabe. Seguro que con este número debe ser posible encontrar lo que estamos buscando. ¡Ah!, y no se moleste en buscar en los valles medios. Busque en los excepcionales».

Esto sugiere un segundo criterio para una explicación antrópica aceptable. El número de posibilidades matemáticamente compatibles debe ser tan grande que incluso requisitos muy improbables se satisfarán al menos en algunos valles.

Este segundo requisito tiene fuerza real sólo en el contexto de una teoría precisa del paisaje. Para dar un ejemplo, los peces cosmólogos de nuestra parábola podían apelar a la teoría de la gravedad de Newton y argumentar que las ecuaciones permiten órbitas planetarias circulares a cualquier distancia de una estrella. Las órbitas muy lejanas tienen planetas congelados, donde el agua, e incluso el metano, se hielan. Las órbitas que están próximas a la estrella tienen planetas calientes, donde el agua hierve instantáneamente. Pero en algún lugar intermedio debe existir un punto donde la temperatura es la adecuada para el H₂O líquida. La teoría tiene tantas soluciones que entre ellas debe haber alguna que sea la correcta.

Estrictamente hablando, un planeta no puede orbitar a cualquier distancia. Los sistemas solares se parecen mucho a los átomos, con el sol y los planetas en lugar de los núcleos atómicos y los electrones. Como Niels Bohr entendió por primera vez, los electrones sólo pueden orbitar en órbitas cuantizadas definidas. El mismo razonamiento se aplica a los planetas. Pero, por desgracia, las órbitas posibles son tan numerosas y están tan densamente apretadas que a efectos prácticos cualquier distancia es posible.

No era suficiente para los peces cosmólogos saber que los requisitos para la vida son matemáticamente consistentes. También necesitaban un universo que fuera tan grande y diverso que realmente contuviera casi todo lo que puede existir. El universo conocido tiene 10¹¹ galaxias, cada una con 10¹¹ planetas, con un total de 10²² oportunidades para satisfacer el requisito especial del agua líquida. Con tantos planetas hay casi certeza de que muchos serán habitables.

A continuación se exponen los requisitos:

Para explicar antrópicamente la proposición X deberíamos ante todo creer que no-X sería fatal para la existencia de nuestro tipo de vida. En el caso de la constante cosmológica, esto es exactamente lo que Weinberg encontró.

Incluso si la probabilidad de X parece despreciable, un paisaje suficientemente rico con suficientes valles podrá compensarla. Aquí es donde las propiedades de la teoría de cuerdas empiezan a tener un impacto. La exploración del Paisaje ha empezado en unas pocas universidades en Estados Unidos y en Europa. Como veremos, todos los indicios apuntan a una inimaginable diversidad de valles, quizá más de 10⁵⁰⁰ de ellos.

Y finalmente, pero ciertamente no menos importante, la cosmología implicada por la teoría debería llevar de forma natural a un supermegaverso, tan grande que todas las regiones del paisaje estarán representadas en al menos un universo de bolsillo. Una vez más, la teoría de cuerdas, cuando se combina con la idea de inflación, cuadra la cuenta. Pero eso queda para capítulos posteriores.

El principio antrópico es la bête noire de la física teórica. Muchos físicos expresan una relación casi violenta hacia el mismo. La razón no es difícil de imaginar. Amenaza su paradigma, el paradigma que dice que todo en la Naturaleza puede explicarse sólo por las matemáticas. ¿Están justificados sus argumentos? ¿Tienen siquiera sentido?

Examinemos algunas de las objeciones desde el punto de vista de los peces de gran cerebro. La objeción de que el principio antrópico es religión, no ciencia, está claramente equivocada. En la visión de Andrei y Alexander no se necesita la mano de Dios para ajustar bien el mundo en beneficio de sus criaturas. Si acaso, la mayor parte del mundo es un lugar muy inhóspito, mucho más letal de lo que los físicos imaginaran nunca. De hecho el principio ictrópico, en la forma propuesta por Andrei y Alexander, elimina por completo lo misterioso del misterio de los peces físicos.

Una objeción más relevante es que la física pierde su poder predictivo. En gran medida esto es cierto si lo que queremos predecir es la temperatura de nuestro planeta, la cantidad de luz solar que recibe, la longitud exacta del ciclo anual, la altura de las mareas, la cantidad de sal en el océano y otros hechos ambientales. Pero rechazar la explicación ictrópica de algunos de los parámetros del ambiente sobre la base de que se perdería dicha predecibilidad es claramente irracional. Requerir una predecibilidad completa tiene una base emocional que no tiene nada que ver con los hechos duros de la ciencia planetaria.

La queja de que los peces de gran cerebro están abandonando la búsqueda tradicional de explicación científica está expresando también un malestar psicológico, pero obviamente no tiene mérito científico. En algún momento las esperanzas de los físicos se convierten en religión dogmática.

De todas las críticas del principio antrópico que he oído, hay una que me parece ciencia seria. Fue planteada por dos íntimos amigos míos, Tom Banks y Mike Dine^[63], a quienes no les gustan mis ideas. He aquí cuál es:

Supongamos que existe un ajuste fino en la Naturaleza que no tiene valor antrópico. Le daré un ejemplo. El Sol y la Luna tienen el mismo tamaño aparente en el cielo. De hecho, el disco de la Luna tiene un tamaño tan próximo al disco del Sol que, durante un eclipse de Sol, la Luna bloquea casi exactamente el disco solar. Esto es una gran suerte para los astrónomos solares: les permite hacer observaciones que no podrían hacer de otro modo. Por ejemplo, pueden estudiar la corona del Sol durante el eclipse. También pueden medir la cantidad exacta en que los rayos luminosos son curvados por la gravedad del Sol. Pero este ajuste fino inusualmente preciso no tiene ningún valor particular para hacer posible la vida en la Tierra. Además, es probable que la mayoría de los planetas habitables no tengan lunas que encajen con sus soles de forma tan exacta. La probabilidad de seleccionar un planeta con dicho ajuste fino solar-lunar si seleccionáramos arbitrariamente un planeta habitable al azar es muy pequeña. De modo que, a menos que creamos en coincidencias improbables, la explicación para nuestro mundo debe ser otra cosa que una elección aleatoria sujeta sólo a la restricción antrópica.

La coincidencia Luna-Sol no es realmente mucho problema. La precisión con la que la Luna encaja con el Sol no es extraordinaria. La diferencia es de aproximadamente un uno por ciento. Coincidencias de un uno por ciento suceden aproximadamente un uno por ciento de las veces. No es nada más que un accidente feliz. Pero ¿qué pasaría si la Luna y el Sol encajaran hasta una parte en un trillón de trillones? Eso parece tan improbable que requeriría una explicación. Tendría que estar actuando algo además del principio antrópico. Podría arrojar dudas sobre la idea de que el inexplicable carácter especial del universo tiene algo que ver con el éxito de la vida.

Hay al menos una característica muy inusual de las leyes de la física que parece muy bien ajustada sin ninguna explicación antrópica a la vista. Tiene que ver con el protón, pero repasemos primero las propiedades de su gemelo casi idéntico, el neutrón. El neutrón es un ejemplo de partícula inestable. Los neutrones, si no estuvieran ligados dentro de un núcleo, sólo durarían unos doce minutos antes de desaparecer. Por supuesto el neutrón tiene masa o, lo que es equivalente, energía, que no puede desaparecer sin más. La energía es una magnitud que los físicos dicen que se conserva. Eso significa que su cantidad total nunca puede cambiar. La carga eléctrica es otra magnitud exactamente conservada. Cuando el neutrón desaparece, algo con la misma energía y carga total debe reemplazarlo. De hecho el neutrón se desintegra en un protón, un electrón y un antineutrino. La energía y carga eléctrica inicial y final son las mismas.

¿Por qué se desintegra el neutrón? Si no lo hiciera, la pregunta real sería, ¿por qué no se desintegra? Como una vez dijo Murray Gell-Mann citando a T. H. White: «Todo lo que no está prohibido es obligatorio». Gell-Mann estaba expresando un hecho sobre la mecánica cuántica: las fluctuaciones cuánticas —las agitaciones cuánticas— harán que con el tiempo suceda cualquier cosa a menos que alguna ley especial de la Naturaleza lo prohíba expresamente.

¿Qué pasa con los protones? ¿Pueden desintegrarse, y si es así, en qué se convierten? Una posibilidad sencilla es que el protón se desintegre en un fotón y un positrón. El fotón no tiene carga y el protón y el positrón tienen exactamente la misma carga. Debería ser posible que los protones se desintegren en fotones y positrones. Ningún principio de la física lo impide. La mayoría de los físicos esperan que, dado el tiempo suficiente, el protón se desintegrará.

Pero si el protón puede desintegrarse, eso significa que todos los núcleos atómicos pueden desintegrarse. Sabemos que núcleos atómicos de átomos como el hidrógeno son muy estables. La vida media de un protón debe ser muchas veces la edad del universo.

Debe haber una razón por la que el protón vive tanto tiempo. ¿Puede dicha razón ser antrópica? Ciertamente nuestra existencia pone limitaciones a la vida media del protón. Obviamente no puede ser demasiado pequeña. Supongamos que el protón vive un millón de años. Entonces yo no tendría que preocuparme mucho porque mis protones desaparezcan durante mi vida. Pero puesto que el universo tiene unos diez mil millones de años, si el protón viviera sólo un millón de años todos habrían desaparecido mucho antes de que yo hubiera nacido. De modo que el requisito antrópico para la vida media del protón es mucho más largo que una vida media humana. El protón debe durar al menos catorce mil millones de años.

Desde una perspectiva antrópica, la vida media del protón quizá tenga que ser mucho más larga que la edad del universo. Para ver por qué, supongamos que la vida media del protón fuera de veinte mil millones de años. La desintegración de una partícula inestable es un suceso impredecible que puede ocurrir en cualquier instante. Cuando decimos que la vida media del protón es de veinte mil millones de años queremos decir que, estadísticamente, el protón medio durará ese tiempo. Algunos se desintegrarán en un año, y otros, en cuarenta mil millones de años.

Su cuerpo tiene unos 10²⁸ protones. Si la vida media del protón fuera de veinte mil millones de años, aproximadamente 10¹⁸ de dichos protones se desintegrarían cada año^[64]. Ésta es una fracción despreciable de sus protones, de modo que usted no tiene por qué preocuparse porque vaya a desaparecer. Pero cada protón que se desintegra en su cuerpo dispara partículas energéticas: fotones, positrones y piones. Estas partículas, moviéndose a través de su cuerpo, tienen los mismos efectos que una exposición a la radioactividad: daños celulares y cáncer. Si 10¹⁸ protones se desintegran en su cuerpo, le matarán. De modo que las restricciones antrópicas sobre la desintegración del protón pueden ser más fuertes de lo que usted pensaría ingenuamente. Hasta donde sabemos, una vida media de un millón de veces la edad del universo —10¹⁶ años— es suficientemente larga para no poner en peligro la vida. Sobre bases antrópicas podemos descartar todos los valles del paisaje en donde la vida media del protón sea menor que ésta.

Pero sabemos que el protón vive muchísimo más tiempo que 10¹⁶ años. En un tanque de agua con aproximadamente 10³³ protones esperaríamos ver una desintegración de un protón cada año si la vida media fuera de 10³³ años. Los físicos, confiando en ser testigos de la desintegración de unos pocos protones, han construido enormes cámaras subterráneas, llenas de agua y detectores fotoeléctricos. Los detectores sofisticados modernos pueden detectar la luz procedente de una única desintegración. Pero hasta ahora, nada de nada; no se ha visto desintegrarse a un solo protón. Evidentemente el tiempo de vida del protón es aún más largo que 10³³ años, pero la razón es desconocida.

Para complicar el problema, tampoco conocemos ninguna razón por la que el paisaje de la teoría de cuerdas no debiera tener valles en los que las leyes de la física son favorables para la vida pero en donde los protones vivan sólo 10¹⁶ o 10¹⁷ años. Potencialmente el número de tales valles podría compensar con creces aquéllos con tiempos de vida mucho mayores.

Ésta es una seria preocupación pero probablemente no un impedimento radical. Por desgracia, no tenemos información suficiente sobre el paisaje para saber qué porcentaje de sus valles habitables tienen vidas medias de protones tan largas. Pero hay una razón para el optimismo. ¡El modelo estándar sin modificación no permite que el protón se desintegre en absoluto! Esto no tiene nada que ver con el principio antrópico; el hecho de que el protón no pueda desintegrarse es simplemente una propiedad matemática del modelo estándar. Si el ambiente habitable típico requiere algo similar al modelo estándar, la estabilidad del protón puede continuar así.

Pero sabemos que el modelo estándar no es toda la historia. No contiene a la gravedad. Incluso si el modelo estándar puede ser una descripción muy buena de la física ordinaria, debe fallar en cualquier caso. Esto podría suceder de muchas maneras. Las teorías denominadas teorías de gran unificación (GUT) son, pese a su horrible nombre^[65], muy atractivas. La generalización más simple del modelo estándar en una GUT lleva la vida media del protón hasta aproximadamente 10³³ o 10³⁴ años.

Otras extensiones del modelo estándar no son tan seguras. Una de ellas, basada en la supersimetría, puede llevar a vidas medias del protón significativamente más cortas a menos que se ajuste adecuadamente. Necesitamos más información antes de que podamos extraer conclusiones de gran alcance. Por fortuna, experimentos de física de partículas en el próximo futuro pueden influir en la validez del modelo estándar y también en las razones para la inestabilidad inusual del protón. Permanezcamos atentos durante algunos años.

Objeciones filosóficas

En el resumen de un artículo titulado «Alternativas científicas al principio antrópico», el físico Lee Smolin escribe: «Se explica con detalle por qué el principio antrópico no puede hacer ninguna predicción falsable y, por tanto, no puede formar parte de la ciencia»^[66].

El artículo de Smolin sigue diciendo en la introducción:

He escogido un título deliberadamente provocativo para comunicar la sensación de frustración que he experimentado durante muchos años al ver como otras personas, por lo demás inteligentes, algunas de las cuales están entre los científicos que más respeto y admiro, defienden una aproximación a los problemas cosmológicos que no es científica, como es fácil de ver. Me estoy refiriendo, por supuesto, al principio antrópico. Al llamarlo anticientífico entiendo algo muy específico, y es que carece de una propiedad necesaria para ser considerado una hipótesis científica. Y dicha propiedad es la de ser falsable. Según el filósofo Popper, una teoría es falsable si de ella pueden derivarse predicciones inequívocas para experimentos factibles, de modo que, si se vieran resultados contrarios, quedaría demostrado que al menos una premisa de la teoría no se aplica a la naturaleza.

Richard Feynman comentó en cierta ocasión: «Los filósofos hablan mucho de lo que es absolutamente necesario para la ciencia y lo que dicen es siempre, por lo que puedo ver, bastante ingenuo y probablemente falso». Feynman entre otros se refería a Popper. La mayoría de los físicos, como Feynman, no suelen pensar mucho sobre filosofía: no a menos que estén tratando de utilizarla para demostrar que la teoría de algún otro no es científica.

Francamente hubiera preferido evitar el tipo de discurso filosófico que suscita el principio antrópico. Pero la pontificación, por parte de los «popperazzi», sobre lo que es y no es ciencia se ha hecho tan vehemente en los noticiarios y los blogs de internet que creo que debo abordarla. Mi opinión sobre el valor de las reglas filosóficas rígidas en ciencia es la misma que la de Feynman. Permítame citar un debate que apareció en la página de internet edge.org. La cita es de un corto ensayo que escribí en respuesta al artículo de Smolin. Los argumentos de Smolin también pueden encontrarse allí. Son profundos e interesantes:

Tras escribir esto pensé en un par de ejemplos adicionales de pop-perismo excesivo. Uno obvio es la teoría de la matriz S de los años sesenta^[67], que decía que puesto que las partículas elementales son tan pequeñas, cualquier teoría que intente discutir su estructura interna es infalsable y, por consiguiente, no es ciencia. Una vez más, nadie la toma hoy en serio.

Un ejemplo famoso de finales del siglo XIX implica a uno de los héroes de Einstein, Ernst Mach. Mach era a la vez físico y filósofo. Fue una inspiración para Wittgenstein y los positivistas lógicos. En la época en que estaba activo, la hipótesis de que la materia estaba compuesta de átomos era todavía una conjetura indemostrada, y siguió así hasta que el famoso artículo de Einstein de 1905 sobre el movimiento browniano demostró inequívocamente que la materia tenía estructura atómica.

Incluso si Boltzmann había demostrado que las propiedades de los gases podían explicarse por la hipótesis atómica, Mach insistía en que no era posible demostrar la realidad de los átomos. Admitía que podía ser un recurso mnemotécnico útil, pero argumentaba enérgicamente que la imposibilidad de falsarios socavaba su estatus como ciencia real.

La falsificación es, en mi opinión, una pista falsa, pero la confirmación es otra historia. (Quizá esto es lo que realmente quería decir Smolin). Por confirmación entiendo evidencia directa positiva a favor de una hipótesis antes que ausencia de evidencia negativa. Es cierto que la teoría de la inflación eterna descrita en el capítulo 9 y la existencia de múltiples universos de bolsillo no puede ser confirmada de la misma manera que los peces de gran cerebro podían confirmar su versión del principio ictrópico. Sin violar ninguna ley de la Naturaleza, los peces cosmólogos podrían construir un submarino lleno de agua, presurizado, que les llevara a la superficie y observar la existencia de planetas, estrellas y galaxias. Incluso podrían visitar estos cuerpos astronómicos y confirmar por sí mismos la enorme variedad de ambientes. Por desgracia, hay razones insuperables (véase, sin embargo, el capítulo 12) por las que una opción análoga no está a nuestra disposición. El concepto clave es la existencia de horizontes cósmicos que nos separan de otros universos de bolsillo. En los capítulos 11 y 12 discuto los horizontes y la cuestión de si son realmente barreras definitivas para recoger información. Pero ciertamente los críticos tienen razón en que en la práctica, durante un previsible futuro, estamos atrapados en nuestro propio bolsillo, sin ninguna posibilidad de observar otros directamente. Como en el caso de la teoría de quarks, la confirmación no será directa y se basará en mucha teoría.

En cuanto a las reglas filosóficas rígidas, sería el colmo de la estupidez descartar una posibilidad sólo porque rompe el lema de algún filósofo sobre la falsabilidad. ¿Qué pasa si resulta ser la respuesta correcta? Creo que lo único que se puede decir es que apostamos por encontrar explicaciones de las regularidades que vemos en el mundo. El tiempo separará las buenas ideas de las malas, y pasarán a formar parte de la ciencia. Las malas irán al cubo de la basura. Como resaltaba Weinberg, no tenemos explicación para la constante cosmológica distinta de algún tipo de razonamiento antrópico. ¿Será una de las buenas ideas que se convertirá en ciencia o será una que vaya a la basura? Ninguna regla rígida de los filósofos, o incluso de los científicos, puede servir de mucho. De la misma manera que los generales están luchando siempre la última guerra, los filósofos siempre están analizando la última revolución científica.

Antes de concluir este capítulo quiero discutir otra objeción favorita al principio antrópico. Este argumento dice que el principio antrópico no es falso, es simplemente una tonta tautología. Por supuesto, el mundo tiene que ser de tal manera que soporte vida. La vida es un hecho observado. Y por supuesto es cierto que si no hubiera vida, no habría nadie para observar el universo y plantear las preguntas que estamos planteando. Pero ¿y qué? El principio no dice nada más allá del hecho de que la vida se formó.

Ésta es una forma deliberada de eludir la cuestión. Como de costumbre encuentro útil recurrir a una analogía. La llamo principio cerebrotrópico. El principio cerebrotrópico pretende responder a la pregunta «¿Cómo sucedió que desarrolláramos un cerebro tan grande y poderoso?». Esto es lo que dice el principio:

«Las leyes de la biología requieren la existencia de una criatura con un cerebro extraordinariamente inusual de unos mil cuatrocientos centímetros cúbicos porque sin tal cerebro no habría nadie para preguntar cuáles son las leyes de la biología».

Esto es bastante tonto, incluso si fuera cierto. Pero el principio cerebrotrópico es en realidad una abreviatura para una historia más larga y mucho más interesante. De hecho, son posibles dos historias. La primera es creacionista: Dios hizo al hombre con un objetivo que incluía la capacidad del hombre para apreciar y rendir culto a Dios. Olvidemos esa historia. La clave de la ciencia es evitar tales historias. La otra historia es mucho más compleja y, creo yo, mucho más interesante. Tiene varios aspectos. Ante todo dice que las leyes de la física y de la química permiten la posible existencia de sistemas de neuronas similares a un computador que pueden mostrar inteligencia. En otras palabras, el paisaje de diseños biológicos incluye un pequeño número de diseños muy especiales que tienen lo que llamamos inteligencia. Eso no es trivial.

Pero la historia requiere más: un mecanismo para convertir estos planos en modelos operativos reales. Aquí es donde entra Darwin: los errores aleatorios de copiado, junto con la selección natural, tienen una tendencia a crear un árbol de vida cuyas ramas llenan cada nicho, incluyendo un nicho para criaturas que sobreviven gracias a su potencia cerebral. Una vez que se entiende todo esto, la pregunta «¿Por qué me desperté esta mañana con un gran cerebro?» es exactamente respondida por el principio cerebrotrópico. Sólo un gran cerebro puede plantear la pregunta.

También el principio antrópico puede ser tonto. «Las leyes de la física tienen que ser tales que permitan la vida porque, si no fueran así, no habría nadie para preguntar sobre las leyes de la física». Los críticos tienen toda la razón; por sí solo, es tonto. Simplemente afirma lo obvio —estamos aquí, de modo que las leyes de la Naturaleza deben permitir nuestra existencia— sin proporcionar ningún mecanismo de cómo nuestra existencia influyó en la elección de leyes. Pero tomado como abreviatura de la existencia de un paisaje fantásticamente rico y un mecanismo para poblar el paisaje (capítulo 11) con universos de bolsillo, no es nada trivial. En los capítulos siguientes veremos pruebas de que nuestra mejor teoría matemática nos proporciona dicho paisaje.