¿Vida al poco de formarse el Universo?
Proponen la plausibilidad de aparición de vida en el Universo sólo 15 millones de años después del Big Bang, cuando todo el Universo era una zona habitable.
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Todos a estas alturas sabemos que el Universo se hizo transparente por primera vez unos 400.000 años después del Big Bang. Pero en ese momento la temperatura era muy alta y estaba justo por debajo de la temperatura de ionización del hidrógeno.
El caso es que, en ese momento, los fotones eran libres de cruzar largas distancias sin ser absorbidos. La distribución de frecuencias de esos fotones (unos 1090 frente a los 1080 protones en el universo visible) se correspondía a la de un cuerpo negro, esto es, dependía solamente de la temperatura.
Según el Universo se expandía se iba enfriando y esas frecuencias se fueron corriendo hacia longitudes de onda más larga. Ahora, con una temperatura del Universo de sólo 2,7 K, la gama de frecuencia está en la microondas y llamamos a ese remanente el fondo cósmico de microondas (FCM).
Ahora llega lo interesante. Entre una temperatura de miles de grados y la actual hay toda una gama de temperaturas interesantes. Una de ellas es a la que el agua permanece líquida a presión normal. Eso empezó a suceder 15 millones de años después del Big Bang y las condiciones se mantuvieron durante unos millones de años. Quizás incluso durante suficiente tiempo como para dar lugar a vida microbiana sobre alguno de los primeros planetas. En esa época todo el Universo era una zona habitable.
La idea que la vida pudo aparecer tan pronto es de Abraham Loeb (Universidad de Harvard) y la expone en un corto artículo en ArXiV.
Todos estamos acostumbrados a la idea de zona habitable de una estrella, ese anillo más o menos grueso o estrecho en el que una planeta de tipo terrestre allí ubicado puede mantener agua líquida sobre su superficie.
Si Loeb tiene razón y ya había planetas de tipo rocoso en esa época, casi todos ellos tenían entonces condiciones de habitabilidad, pues todo el Universo era una zona habitable. Sólo quedarían descartados aquellos planetas demasiado cerca de sus estrellas. Incluso los planetas errantes podían ser habitables. En esos planetas no habría noche total y serían iluminados permanentemente en el infrarrojo por el fondo cósmico de radiación.
Las pegas a la idea son inmediatas de ver: ¿había suficientes elementos pesados que permitieran la vida?, ¿había planetas? Como ya sabemos, el Big Bang produjo principalmente hidrógeno y helio, elementos que por sí solos no son suficientes para producir vida. Los elementos más pesados se forman por fusión nuclear en las estrellas.
Nuestra estrella, el Sol, ha estado ahí durante unos 5000 millones de años y estará otros tantos, las enanas rojas más pequeñas pueden durar muchísimo tiempo más. Pero las estrellas pesadas duran mucho menos, en unos pocos millones de años pueden explotar como supernovas y enriquecer el medio con elementos pesados. Se cree que estrellas pesadas se generaron al poco de formarse el Universo.
El problema es saber si al cabo de sólo 15 millones de años fue posible la generación de esos elementos y la posterior formación de planetas con ellos. En un principio la respuesta es no. Sin embargo Loeb hace un pequeño estudio estadístico sobre el asunto. Como ocurre muchas veces, y si se sigue una distribución normal, no todo se daba a la vez en todo el Universo. Habría cierta probabilidad de que ciertas regiones más densas se hubieran agregado materia antes y generado elementos pesados que dieran lugar a planetas. En otras regiones sólo habría gas que todavía no se había agregado.
Según sus cálculos con 8,5 desviaciones estándar ya sería posible algo así. Esto representa una probabilidad pequeña, pero el Universo visible es muy grande. Por tanto, la idea es plausible.
Posiblemente sea imposible demostrar que había planetas habitados por microbios en esa época, pero basta con que sea plausible para refutar ciertas consecuencias del principio antrópico.
El principio antrópico viene a decir en este contexto (hay muchas variantes del principio que o bien son absurdas o sólo aportan obviedades) que la constante cosmológica tiene el valor que tiene, y da lugar a lo que llamamos energía oscura, porque es el que permite que ahora haya observadores como nosotros. Digamos que vivimos en un momento privilegiado y dentro de unos cuantos miles de millones de años el Universo se acelerará. Además, las teorías de campos predicen un valor mucho más elevado para esta constante si la consideramos una energía del vacío. Si somos observadores típicos es de esperar que vivamos en un universo con una constante cosmológica pequeña según el principio antrópico. En un multiverso (si algo así existe) los observadores de un particular universo no tienen que sorprenderse entonces de que su universo tenga condiciones para la vida, pues ellos están en él.
Este principio es darle la vuelta a la cosa y en lugar de explicar nuestra existencia debido al valor de ciertas constantes y parámetros, justifica esos valores debido a nuestra propia existencia. Si nos fijamos con cuidado, o bien no dice nada o es absurdo, pero esto del principio antrópico ha sido el entretenimiento favorito de algunos físicos y cosmólogos durante mucho tiempo, pese a que es denostado por muchos de ellos.
Pero el argumento de Loeb es que si ya la vida fue posible (o plausible) 15 millones de años después del Big Bang, entonces no hay argumento posible que mantenga el principio antrópico en este contexto. Otros valores de la constante cosmológica (y otros parámetros) podrían haber favorecido aún más esa vida temprana, aunque fuese a costa de la vida posterior y que sólo sea microbiana. Incluso valores de la constante cosmológica muy alta no impedirían la aparición de vida en esa época temprana y en esas condiciones debido a la gran densidad de materia en esa época.
Algo que Loeb no menciona es las implicaciones que su idea tiene en la panspermia. Algunos investigadores sostienen que un planeta como la Tierra es insuficiente como para generar vida en tan corto periodo de tiempo, justo al poco de formarse, y que la vida vino de fuera de sistemas muchos más grandes y antiguos. Incluso algunos argumentan que la vida es necesariamente más antigua de lo que creemos. Estos primeros planetas de Loeb podían haber aportado vida o sus precursores a planetas corrientes en sus zonas habitables mucho después.
Saber si la panspermia es una idea correcta o no sería muy fácil si tuviéramos muestras biológicas de otros sistemas planetarios. Una misma bioquímica apoyaría la idea panspérmica, siempre y cuando haya varias bioquímicas posibles. Una gran variedad de bioquímicas no. Desgraciadamente no es así y posiblemente nunca lo tendremos.
Pero hay un argumento de peso en contra de toda la idea de Loeb. La vida no depende solamente de cierta química y del agua líquida, sino de un gradiente de temperatura que permite tener un foco caliente y otro frío, de otro modo la Termodinámica impide la generación de energía que reduzca la entropía localmente en sistemas abiertos como los seres vivos.
La Termodinámica es la más sensata de todas las ramas de la Física y desde que en el siglo XIX nos permitiera hacer mejores máquinas de vapor, ha estado siempre ahí poniendo límites a las demás ramas de la Física. No podemos escapar de ella, incluso en la ciencia más moderna.
Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=4285
Fuentes y referencias:
Artículo en ArXiv
Ilustración: NASA/JPL-Caltech.
10 Comentarios
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jueves 12 diciembre, 2013 @ 10:42 am
Bueno, la reductio ad absurdum es mi favorita xD.
No recuerdo ahora qué filósofo (muy serio) de estos de campanillas francés hizo una especie de biografía (casi hagiografía) rehabilitadora de Robespierre. «Osar hacer». La idea central del discurso es que si uno quiere ser coherente, debe llevar a sus últimas consecuencias sus convicciones (siempre y cuando sean honestas, y claro, éste el punto problemático). Estoy distorsionando un poco la cosa porque el libro ciertamente arroja nueva luz sobre el personaje, al menos sobre su leyenda negra, pero eso de llevar las cosas a sus últimas consecuencias también lo hicieron otros… de hecho, la mayoría de barbaridades en los libros de historia es precisamente por llevar las cosas a sus últimas consecuencias.
Lo cual dice poco de nuestra capacidad, sobre todo sin la ayuda de la ciencia.
Yo personalmente he llegado a la convicción (no exactamente científica del todo, aunque inspirada en analogías de la historia de la ídem), de que el Big Bang es un puro artefacto. Por no abrir otro conflicto, hago mi particular interpretación de la navaja (que no es realmente científico). Así que esta idea me parece deliciosa xD. De hecho los paradigmas suelen caer cuando existe una incoherencia ingestionable para las elásticas tragaderas que suelen tener (los paradigmas humanos, claro, no los hechos empíricos sólidos).
jueves 12 diciembre, 2013 @ 11:35 am
Un interesante artículo que incide aún más sobre la posibilidad de vida temprana, pero las objeciones que pone el mismo artículo son muy plausibles, ahora bien no hay que desechar en principio ninguna hipótesis. Saludos:
Alejandro Álvarez
viernes 13 diciembre, 2013 @ 7:20 pm
¿El Big Bang un puro artefacto?. Desde luego el Big Bang presenta algunos inconvenientes, puesto que se supone con serios fundamentos que el Universo partió de un estado muy caliente y prácticamente indiferenciado y resulta sorprendente que haya podido evolucionar a un estado mucho más estructurado,¡alejándose del equilibrio! lo que de hecho contradice esa tan sensata ley de la Física que es la termodinámica ( la verdad es que la termodinámica será todo lo sensata que se quiera, pero prestigiosos físicos han dicho que la termodinámica no es más que una forma de razonar y recalcan su carácter estadístico). Ciertamente, ese alejarse del equilibrio parece entrar en serio conflicto con la segunda Ley de la Termodinámica,puesto que esta ley establece, entre otras cuestiones la tendencia al desorden con el paso del tiempo y que los cuerpos fríos y calientes se equilibran gradualmente hasta alcanzarse un equilibrio tal en el que no hay transferencias de energía (la muerte térmica del Universo).
Siendo así las cosas, ¿cómo se explica la emergencia de estructuras cósmicas complejas (como una persona en su planeta y en su galaxia con sus estrellas).Pues se explica por la expansión cósmica (ahí está el FCM) y por la gravedad que amplifica los contrastes de densidad de materia.
Por otra parte la cosmología antes de las teorias relativistas de Einstein era casi especulación pura, E=mc^2 es fundamental para la cosmología moderna.
-Claro que hay otros modelos cosmológicos algo distintos del «Big-Bang», pero casi todos aceptan un «momento Big Bang»,por haber hay incluso un trabajo reciente bastante especulativo que nos propone un universo formado por los deshechos eyectados en el colapso de una estrella 4D a agujero negro, un escenario que ayudaría a explicar por qué el cosmos parece ser tan uniforme en todas direcciones.Este estudio se basa en que nada explica que desató el Big-Bang (que disparó la explosión Big-Bang)pero acaba adentrándose en el mundo de las branas, y me parece que está aquí en este sitio.
En fin por haber, en cuanto a construcción de modelos, hay de todo.Pero el Big-Bang aunque resulte incompleto o insatisfactorio en algunos aspectos, paracer ser por ahora la opción más razonable, según confirmó el propio WMAP.
viernes 13 diciembre, 2013 @ 8:07 pm
Precisamente, apreciado LLuís, el Universo comenzó con un nivel de entropía muy bajo y ha estado creciendo desde entonces. También es verdad que localmente puede reducirse la entropía a costa del entorno, como pasa con los seres vivos. Pero es atrevido decir que «la termodinámica no es más que una forma de razonar y recalcan su carácter estadístico».
Es mucho más que eso. Con la termodinámica se estudian desde los agujeros negros hasta los sistemas que computan información, pasando por… todo.
Es posible estadísticamente que las moléculas de aire de la habitación en la que estoy escribiendo esto ahora se sitúan todas debajo de mis posaderas con una probabilidad no nula en un momento dado, pero tan reducida que por mucho que espere no levito.
Es verdad que antes de la RG todos los modelos cosmológicos eran poco más o menos que chistes. Gracias a Einstein comenzó la Cosmología moderna, pero no por su E=mc^2 que fue previo.
viernes 13 diciembre, 2013 @ 11:58 pm
Lluis, en realidad en cosmología hay muchas más suposiciones o interpretaciones de lo que parece. Suponemos, por ejemplo, que todos los desplazamientos al rojo que vemos son efecto Doppler, por ejemplo, si existen otros fenómenos desconocidos que los producen toda la teoría se va al guano. Lo cierto es que a medida que hemos logrado ampliar la escala de la perspectiva de nuestra visión (científica) del mundo hemos necesitado describir fenómenos nuevos, así la gravitación cuando logramos domeñar el sistema solar, el electromagnetismo cuando nos adentramos en el mundo de la materia (sí, de la materia), las fuerzas subatómicas en lo ídem… ahora intentamos interpretar escalas colosales que escapan literalmente a nuestra capacidad de asombro y tampoco podemos descartar que no existan más fenómenos que no podamos aún detectar, o de detectarlos poder identificarlos.
Como decián en un prólogo de un buen libro, no sabían si lo que iban a describir en aquel libro era algo real o algo culturalmente similar a la creación del mundo según la mitología vikinga. Los vinkingos no decían disparates, sólo intentaban interpretar el mundo de acuerdo a su conocimiento y a su ignorancia, y no tenían el método para servirse de ayuda. Y nosotros intentamos interpretar el Cosmos por todo lo alto de acuerdo a nuestro conocimiento y nuestra ignorancia. Y tenemos al método… ejem… oh, wait xD.
¿Se me puede seguir? La aplicación del método en cosmología es polémica y, en el mejor de los casos, muy peliaguda.
sábado 14 diciembre, 2013 @ 12:31 am
Un error frecuente es suponer que el desplazamiento el rojo cosmológico es desplazamiento Doppler, pero no es así. El Doppler se produce porque un objeto se mueve, el cosmológico porque el espacio se expansiona. No es lo mismo.
Puede haber fenómenos desconocidos y si aparecen y «todo se va al guano» no pasa nada, así funciona la ciencia. El problema es creer en una teoría como se cree en la santísima trinidad. La ciencia no está basada en la fe, pese a lo que algunos con su comportamiento pueden demostrar. Pero la ciencia proporciona la mejor respuesta en un momento dado.
Lo malo es lanzar hipótesis y teorías que no se puedan testar experimentalmente porque «no podemos alcanzar la energía», «no tenemos ni tendremos tecnología», «no se puede comprobar», etc. Eso pasa con las cuerdas, con la supersimetría y con algunas cosas más. En Cosmología tradicional generalmente hay cosas que se pueden medir. Otras veces no, como en los multiversos. Si no hay esta posibilidad de medición o comprobación simplemente no hay ciencia.
domingo 15 diciembre, 2013 @ 6:44 pm
Sí, se agradece la precisión, me refiero a que se produce claramente un fenómeno Doppler, en el sentido de entender lo que claramente es un desplazamiento detectable en un espectro (tengo un espectro de emisión de un elemento que es el mismo espectro que puedo hacer aquí en mi laboratorio, sólo que desplazado). Está claro que cuando más «débil» vemos, aparentemente más lejano, ese desplazamiento es mayor. Esto es innegable. De acuerdo a nuestro conocimiento y nuestra experiencia, la única explicación que encontramos es esa. Pero como bien dices, el problema de la cosmología, de momento y por ahora, es que la verificación empírica de que esto es así está fuera de nuestro alcance.
En realidad el Big Bang, insisto que es impresión mía, tiene bases muy inestables.
Naturalmente que toda teoría es válida hasta que deja de serlo. Eso está claro, pero en la percepción popular de la ciencia eso, lamentablemente, no es así. Creo que no es de recibo, y no se debería hacer, poner al mismo nivel el paradigma del Big Bang con la evolución u otros asuntos del conocimiento científico. Y este pecadillo no se da sólo en divulgación -a la prensa generalista no se le puede pedir nada, eso es pedir peras al olmo-, también existe ese tic dentro del propio mundo científico. No me refiero a este blog en absoluto, pero uno puede entrar qué sé yo en la web de la Planetary Society y ciertamente no es el enfoque que le daría yo, aunque ellos sabrán (y lo digo sin ironía, porque en aquel país tienen sus propios problemas).
Y no, no es igual un conocimiento consolidado, que lo que sigue siendo en la práctica una hipótesis de trabajo. Además, es que la escala… merece un respeto.
El auténtico tamaño del sistema solar no pudo ser determinado hasta el siglo XIX (gracias a la fotografía), es decir, no hubo necesidad de medir físicamente con un metro (un láser, una reflexión radar) esas distancias (que por cierto, se puede hacer). Estoy seguro que con el tiempo surgirán estos mecanismos, y tendremos enormes sorpresas. Vamos, el sorprendido sería yo si no fuese así.
Dicho sea de paso, me sorprende que nadie investigue sobre la viabilidad de algún tipo de eco radar a las estrellas más próximas. No es «tanto» tiempo, ni creo que fuese tan caro.
domingo 15 diciembre, 2013 @ 7:58 pm
Hablando de posaderas y levitaciones, que son dos temas afines ( fuerza y punto de aplicación), aunque no lo parezca a primera vista, la estadística suele darnos a menudo si no la solución sí la dirección en la que encontrarla.
Ahora parece que la existencia de agua está siendo la condición necesaria y suficiente para la de la vida, como si la formación de un ser vivo fuera el resultado de unos cientos de miles ( por dar un número ) de reacciones sucesivas y exitosas que se dan poco menos que por arte de magia. Si es magia, hay que tratar con el mago. Si es azar, hay que tratar con Bayes a ver si encontramos la probabilidad de semejante éxito y sus causas. Lo demás es como conjeturar que hay infinitos pares de números primos que difieren en dos unidades porque los vemos por todas partes … De todos modos, una vida esa, la conjeturada, tan vieja, si ha sobrevivido, debería estar tan evolucionada que parecería un semidiós a seres como nosotros… ¿ No tendrá forma de estrella ?
viernes 20 diciembre, 2013 @ 9:47 am
Muy estimado Neo:
Mi principio antrópico, quizá sea muy redundante, o muy elemental, pero es el que he escogido y me resulta aceptable. Creo que, en el fondo, no se diferencia del tuyo. Digo: El Universo necesariamente cumple las condiciones que hagan posible nuestra existencia, porque es evidente que existimos.
Así elimino la cuestión del observador, porque un árbol, o una hormiga no lo son y sin embargo precisan un Universo prácticamente igual. Tiene, no se si el inconveniente o la virtud, de su obviedad, y quizá de su tautología. Pero, al menos para mi, la tautología no es inconveniente, sino prueba de certeza; solo que no permite avanzar. Claro que el árbol o la hormiga no podrán enunciar un principio antrópico, pero eso no lo invalida, como no invalida que dos y dos son cuatro.
Por otra parte, el que esto sea así sólo significa que es así ahora. Esas condiciones necesarias pudieron darse antes, o después, y pueden dejar de darse mañana; se refiere sólo a este instante.
Mi más considerado saludo.
viernes 20 diciembre, 2013 @ 9:52 am
Perdón porque me he olvidado de la conclusión: El principio antrópico, según lo concibo, no queda invalidado por la posibilidad de Loeb.