En física, la noción de ajuste fino () se refiere a la situación en la que un cierto número de parámetros deben tener un valor muy preciso para poder explicar tal o cual fenómeno observado.
En cosmología, el ajuste fino del universo o universo [bien] afinado es la proposición de que las condiciones que permiten la vida en el universo solo pueden ocurrir cuando ciertas constantes fundamentales se encuentran en un rango muy estrecho de valores, de modo que si alguna de esas constantes fuera ligeramente diferente, el universo probablemente no sería propicio para el establecimiento y desarrollo de la materia, de las estructuras astronómicas, de la diversidad elemental o de la vida, tal como se entiende. Por ejemplo, la vida no puede desarrollarse si la constante cosmológica o la energía oscura tuvieran valores demasiado altos, ya que así evitarían el mecanismo de la inestabilidad gravitacional y, en consecuencia, la formación de grandes estructuras. La pequeñez del valor observado de la energía oscura, en comparación con el valor que parece más natural (correspondiente a la densidad de Planck, sea 10 veces mayor que el valor observado) es un ejemplo de ajuste fino.
Es posible que el recurso a la noción de ajuste fino refleje la dificultad de la ciencia para integrar a la vez la escala de Planck y la escala cósmica. De hecho, sesenta órdenes de magnitud temporales separan el tiempo de Planck, de 10 s, y la edad del Universo, de aproximadamente 10 s, y los modelos teóricos generalmente aceptados al comienzo del son incapaces de incluir tal rango de magnitudes en un esquema unificado.La difficulté pour la science moderne à réaliser cette unification est présentée par exemple par Lee Smolin dans son livre Rien ne va plus en physique ! (L'échec de la théorie des cordes), Dunod, 2007, Las propuestas como la del Multiverso resuelven el problema suponiendo que todas las elecciones se "prueban" en diferentes universos. Sin embargo, este ajuste fino puede ser una ilusión: se desconoce el verdadero número final de las constantes físicas independientes; podría reducirse o incluso limitarse a un solo valor. Y tampoco se conocen las leyes de la "fábrica de universos potenciales", es decir, el intervalo y la ley de distribución en que sería necesario "elegir" cada constante (de las cuales, además, nuestra elección de unidad y de las combinaciones son arbitrarias).
La noción de ajuste fino del universo, a menudo utilizada para demostrar el principio antrópico fuerte, es una de las puntas de lanza de los defensores de la tesis espiritualista del diseño inteligente. Se discuten varias explicaciones posibles del ostensible ajuste fino entre filósofos, científicos, teólogos y proponentes y detractores del creacionismo. La observación de un universo finamente ajustado está estrechamente relacionada con, pero no es exactamente sinónimo del principio antrópico, que a menudo se usa como una explicación de la aparente afinación.
Historia
En 1913, el químico Lawrence Joseph Henderson (1878-1942) escribió The Fitness of the Environment, uno de los primeros libros que en que se exploraron los conceptos de afinación fina en el universo. Henderson discutía en él la importancia del agua y del medio ambiente con respecto a los seres vivos, señalando que la vida depende completamente de las condiciones ambientales muy específicas sobre la Tierra, especialmente con respecto a la prevalencia y las propiedades del agua.Lawrence Joseph Henderson, The fitness of the environment: an inquiry into the biological significance of the properties of matter The Macmillan Company, 1913
En 1961, el físico Robert H. Dicke afirmó que ciertas fuerzas en física, como la gravedad y el electromagnetismo, debían estar perfectamente afinadas para que la vida exista en cualquier parte del universo.Heilbron, J. L. The Oxford guide to the history of physics and astronomy, Volume 10 2005, p. 8 Fred Hoyle también abogó por un universo afinado en su libro de 1984 Intelligent Universe [Universo inteligente]. Compara «la posibilidad de obtener incluso una única proteína funcional mediante la combinación casual de aminoácidos con un sistema estelar lleno de hombres ciegos que resuelven el cubo de Rubik simultáneamente»."the chance of obtaining even a single functioning protein by chance combination of amino acids to a star system full of blind men solving Rubik's Cube simultaneously". Profile of Fred Hoyle at OPT . Optcorp.com. Retrieved on 2013-03-11.
John Gribbin y Martin Rees escribieron una historia detallada y la defensa del argumento del ajuste fino en su libro Cosmic Coincidences (1989). Según Gribbin y Rees, «las condiciones en nuestro Universo realmente parecen ser especialmente adecuadas para las formas de vida como nosotros, y quizás incluso para cualquier forma de complejidad orgánica. Pero la pregunta sigue siendo: ¿está el Universo hecho a medida para el hombre?»."The conditions in our Universe really do seem to be uniquely suitable for life forms like ourselves, and perhaps even for any form of organic complexity. But the question remains – is the Universe tailor-made for man?" Gribbin. J and Rees. M, Cosmic Coincidences: Dark Matter, Mankind, and Anthropic Cosmology p. 7, 269, 1989,
Premisa La premisa de la afirmación de un universo ajustado es que un pequeño cambio en varias de las constantes físicas adimensionales haría que el universo fuese radicalmente diferente. Como ha señalado Stephen Hawking, «Las leyes de la ciencia, tal como las conocemos en la actualidad, contienen muchos números fundamentales, como el tamaño de la carga eléctrica del electrón y la proporción de las masas del protón y del electrón... El hecho notable es que los valores de estos números parecen haber sido ajustados muy finamente para hacer posible el desarrollo de la vida»."The laws of science, as we know them at present, contain many fundamental numbers, like the size of the electric charge of the electron and the ratio of the masses of the proton and the electron. ... The remarkable fact is that the values of these numbers seem to have been very finely adjusted to make possible the development of life." Stephen Hawking, 1988. A Brief History of Time, Bantam Books, , p. 7, 125.
Si, por ejemplo, la fuerza nuclear fuerte fuera un 2% más fuerte de lo que es (es decir, si la constante de acoplamiento que representa su fuerza fuera un 2% mayor), mientras que las otras constantes se mantuvieron sin cambios, los diprotones serían estables; según el físico Paul Davies, el hidrógeno se fundiría en ellos en lugar de deuterio y helio.Paul Davies, 1993. The Accidental Universe, Cambridge University Press, p70-71 Esto alteraría drásticamente la física de las estrellas en Desam, y presumiblemente descartaría la existencia de vida similar a la que se observa en la Tierra. La existencia del diprotón causaría un cortocircuito en la lenta fusión del hidrógeno en deuterio. El hidrógeno se fundiría tan fácilmente que es probable que todo el hidrógeno del universo se consumiese en los primeros minutos después del Big Bang. Este «argumento del diprotón» es discutido por otros físicos, que calculan que siempre que el aumento de la fuerza fuese inferior al 50%, la fusión estelar podría ocurrir a pesar de la existencia de diprotones estables.
La formulación precisa de la idea se ve dificultada por el hecho de que los físicos aún no saben cuántas constantes físicas independientes existen. El actual modelo estándar de la física de partículas tiene 25 parámetros ajustables libremente y la relatividad general tiene un parámetro adicional, la constante cosmológica, que se sabe que no es cero, pero que tiene un valor profundamente pequeño. Sin embargo, debido a que el modelo estándar no es matemáticamente autoconsistente bajo ciertas condiciones (por ejemplo, a energías muy altas, en las que son relevantes tanto la mecánica cuántica como la relatividad general), los físicos creen que debe estar respaldado por alguna otra teoría, como una teoría de la gran unificación, la teoría de cuerdas o la gravedad cuántica de bucles. En algunas teorías candidatas, la cantidad real de constantes físicas independientes puede ser tan pequeña como una. Por ejemplo, la constante cosmológica puede ser una constante fundamental, pero también se han hecho intentos para calcularla a partir de otras constantes, y según el autor de uno de esos cálculos, «el pequeño valor de la constante cosmológica nos está diciendo que existe una relación totalmente inesperada entre todos los parámetros del Modelo Estándar de la física de partículas, la constante cosmológica desnuda y la física desconocida». "the small value of the cosmological constant is telling us that a remarkably precise and totally unexpected relation exists among all the parameters of the Standard Model of particle physics, the bare cosmological constant and unknown physics."
Ejemplos de ajuste fino
El ajuste de las constantes del universo Las características del universo en el que nosotros evolucionamos dependen de una quincena de constantes físicas, que en la actual ausencia de un principio unificador, se consideran independientes entre sí. La aparición de supercomputadoras permitió que los astrofísicos modelaran el desarrollo del universo y luego modificaran esas constantes, una por una, o al mismo tiempo, para simular nuevos universos («universo juguete»). El número de universos juguete así obtenidos es casi infinito. Algunas de esas simulaciones han mostrado que casi todos los universos juguete que resultan son estériles. Según esas simulaciones, solo un ajuste hiperfino de las constantes fundamentales permite la aparición del universo estable y viable en el que estamos. Los defensores del principio antrópico se niegan a ver ahí una simple «casualidad feliz», que sería creíble si se tratara solo del ajuste de una única constante, pero imposible en las 15 constantes independientes.Jean Staune-Notre existence a-t-elle un sens ?-Presses de la Renaissance-2007-p.155
Otras simulaciones, como el programa MonkeyGod de Victor J. Stenger tienen resultados diferentes: sobre universos simulados al variar aleatoriamente y simultáneamente varios parámetros físicos, sobre 10 órdenes de magnitud, este programa obtiene el 61% de universos en los que la duración de las estrellas y su composición permiten la aparición de la vida.16.1 Simulating Universes Según Stenger, estos resultados diferentes se deben al hecho de que las simulaciones que conducen a la conclusión de un ajuste fino varían cada parámetro uno a uno dejando fijos los otros, una variación que la fijeza de los otros parámetros físicos no puede compensar para generar un universo viable.16.4 A final conclusion.
Algunos ejemplos de constantes del universo que conducen a interrogantes sobre su ajuste fino se analizan a continuación.
Densidad del universo y velocidad de expansión
Barrow y Tipler han demostrado que la expansión del universo no es ni demasiado rápida ni demasiado lenta. En un universo menos denso, la expansión habría prevalecido sobre la gravitación y ninguna estructura podría haberse formado (ni galaxias, ni estrellas, ni planetas). Un universo más denso se habría colapsado demasiado rápido como para permitir que se desarrollara la complejidad.Referencia a precisar La densidad del universo está muy cerca de la densidad crítica que propicia una expansión razonable y una vida del universo compatible con la aparición de la vida. La relación entre la densidad del universo y la densidad crítica es el parámetro de densidad, Ω, igual a 1 para la densidad crítica.