Enigmas COSMIC
¿Qué podemos hacer cuando la cosmología plantea preguntas que no puede contestar?
Llame a los filósofos?
Joseph Silk
Instituto de Astrofísica de París
La Universidad Johns Hopkins,
y la Universidad de Oxford
Publicado en la revista New Scientist 221, 26 (2014)
La cosmología moderna
ha tenido un éxito espectacular
para explicar por qué el universo es como es
-Un espacio de expansión geométricamente plana
acribillada con las estrellas y las galaxias.
Ahora, este logro
significa que los intentos
para comprender su origen
cada vez más difusa
en temas más allá de la física
y en el ámbito de la filosofía,
para los que los cosmólogos
rara vez tienen ningún entrenamiento formal.
Del mismo modo, cuando los filósofos,
inexperto en sutilezas astrofísicos,
pronunciarse sobre la cosmología,
los cosmólogos se dejan impresionar.
Es evidente que ambos grupos
tenemos mucho que aprender
el uno del otro.
La filosofía de la cosmología
no es justo reflexionar estructurado
acerca de dónde viene todo
o el significado, en su caso,
de nuestra presencia en el universo.
Es el estudio sistemático
de todo lo que, posiblemente,
podría haber ocurrido,
y luego conciliar esta
con lo que realmente sucedió
en nuestro rincón de la realidad física.
¿Qué se puede decir,
científicamente hablando,
sobre estas posibilidades?
Para empezar, muchos físicos
están llegando a la conclusión
que nuestro universo visible
es parte de un más amplio espacio-tiempo
volumen de infinito.
Dentro de este "multiverso",
nuestro universo sería
pero uno de una infinidad
de parches de espacio-tiempo,
cada uno fuera
alcance causal
de cualquier otro.
En el espacio infinito, universos
indistinguible de la nuestra
se repite infinitamente,
al igual que todos los
configuración concebible
de masa-energía permitida
por las leyes de la física.
Por otra parte,
las leyes de la física en sí
incluso puede variar a través del multiverso.
De acuerdo con este escenario,
es difícil evitar la conclusión de
que todo lo que puede suceder sucederá,
infinitamente muchas veces-una proposición extraordinaria
que nos tiene en territorio de origen de la filosofía.
El multiverso se puede ver
como la continuación,
o tal vez el clímax,
de una serie de grandes cambios
que desalojaron a la Tierra,
entonces el sol,
y después de nuestra propia galaxia
desde una posición especial
en el centro de la realidad física.
Ahora, incluso nuestro universo visible
-Una vez aclamado como
simplemente y de forma inexplicable allí,
parafraseando a Bertrand Russell -
está llegando a ser visto
pero como un parche arbitraria del espacio-tiempo
dentro de un colector de volumen infinito.
Soporte para este escenario
se deriva de la "naturalidad"
de la puesta a punto que observamos
en nuestro entorno.
Considere la relación
de la masa del neutrón
a la del protón, sobre 1.001.
Es exactamente
la relación necesaria para la nucleosíntesis
-La creación de nuevos núcleos atómicos en las estrellas.
Sin este proceso,
nosotros no estaríamos aquí.
Sin embargo,
uno fino - tema de sintonía
destaca por encima de todos los demás:
la constante cosmológica,
que representa
la aceleración observada
de la expansión
del universo.
El valor previsto,
sobre la base de nuestra comprensión
de la física del Big Bang,
es mayor que el valor observado
por un factor de 10.120.
El problema es que,
una constante cosmológica
muy diferente
a partir del valor observado
haría la vida
tal como la conocemos imposible.
La cada vez más
solución popular
a este enigma
es un modelo del universo
llamado inflación eterna.
La idea es que la inflación
-La breve fase
de expansión ultrarrápida
del universo
que se produjo después del Big Bang-
espontáneamente se produce una y otra vez,
gemación una infinidad
de nuevos dominios de universo en expansión.
Este escenario ofrece una explicación
del valor increíblemente pequeño
de nuestra constante cosmológica.
Si tiene diferentes valores
en cada uno de los dominios de universos en el multiverso,
entonces en algún lugar tiene que haber un universo
con un pequeño valor lo suficientemente
para corresponder a la observada en nuestro universo.
¿Cómo evaluamos la probabilidad de que esto ocurra?
En un multiverso
podríamos esperar que haya
relativamente muchos dominios de universos
con valores grandes
de la constante cosmológica,
pero ninguno de ellos permite
estructuras unidas gravitacionalmente
(Como nuestra galaxia) que se produzca,
por lo que la probabilidad de observar nosotros mismos
estar en una es esencialmente cero.
Sin embargo,
como la constante cosmológica es disminuida,
finalmente llegamos a un punto de transición
donde llega a ser lo suficientemente pequeño
para estructuras gravitacionales que se produzca.
Reducir un poco más allá,
y ahora te universos parecido nuestro.
Dado el aumento de la probabilidad
de observar tal universo,
las posibilidades de nuestro universo
siendo una de ellas estará cerca de su pico.
El físico teórico Steven Weinberg
utilizado este razonamiento para predecir correctamente
el orden de magnitud
de la constante cosmológica
bien antes de la aceleración
de nuestro universo fue incluso medir.
Desafortunadamente este argumento
se encuentra con el agua turbia conceptualmente.
El multiverso es infinito
y no está claro
si podemos calcular
las probabilidades de que algo suceda
en un volumen infinito del espacio-tiempo.
Todo lo que tenemos
es el único caso
de nuestra aparentemente
valor pequeño pero positivo
de la constante cosmológica,
por lo que es difícil ver cómo podríamos
jamás probar si o no
La predicción de Weinberg
fue una coincidencia afortunada.
Tales preguntas sobre el infinito,
y lo que se puede inferir razonablemente
a partir de un solo punto de datos,
son sólo la punta
del iceberg filosófica
que los cosmólogos se enfrentan.
Otro enigma es donde
las leyes de la física vienen.
Incluso si las leyes de
variar a través del multiverso,
debe haber, por lo que parece,
meta-leyes que dictan la manera
en el que se distribuyen.
¿Cómo podemos nosotros,
habitantes de un planeta
en un sistema solar en una galaxia,
significativa debatir
el origen de las leyes de la física
así como los orígenes de algo,
el universo, de que somos parte de?
¿Qué pasa con las partes
del espacio-tiempo no podemos ver?
Estas regiones podrían infinitamente
superar en número a nuestro parche visible.
Las leyes de la física
podrían diferir allí,
por lo que sabemos.
No podemos conformarnos
cualquiera de estas preguntas por medio de experimentos,
y es aquí donde los filósofos entran al debate.
Central a este
es el llamado efecto de selección observacional,
con lo cual se ve influenciada una observación
por "telescopio" del observador,
cualquiera que sea la forma que tome.
Pero, ¿qué
es ser un observador,
o más específicamente un observador "típico",
en un sistema donde cada posible tipo de observador
se cumplirá un número infinito de veces?
La misma pregunta básica,
centrada en el papel de los observadores,
es tan fundamental para la ciencia
de lo indefinidamente grande (cosmología)
ya que es a la de la
infinitesimal (teoría cuántica).
Esta cuestión fundamental de la tipicidad
físico austriaco también se enfrentan
y filósofo Ludwig Boltzmann.
En 1897 se postuló un espacio-tiempo infinito
como un medio para explicar cómo extraordinariamente
bien ordenado el universo se compara
con el estado de alta entropía (o trastorno)
predicha por la termodinámica.
Dado un escenario tal,
donde todas las combinaciones imaginables
de la posición de las partículas y momentos
existiría en algún lugar,
sugirió que la orden que nos rodea
podría ser la de una fluctuación muy raro
dentro de un espacio infinito - tiempo.
Pero el razonamiento de Boltzmann
fue socavada por otra,
más absurda, conclusión.
Fluctuaciones raras
También podría dar lugar
a los cerebros individuales momentáneos
-self entidades conscientes
que surge de forma espontánea
a través de colisiones aleatorias de partículas.
Tales "cerebros de Boltzmann",
el argumento,
son mucho más probable que surjan
que todo el universo visible
o incluso el sistema solar.
Una infinidad de espacio
sería, por tanto, contener
una infinidad de tales
cerebro sin cuerpo,
que sería entonces
"observador típico", no nosotros.
¿Pueden estas visión extraña
posiblemente sea real, o se indican
algo fundamentalmente equivocado
con nuestra noción de "tipicidad"?
¿O es nuestra noción de
"El observador" defectuoso
-can fluctuaciones termodinámicas
que dan lugar
a los cerebros de Boltzmann realmente suficiente?
O es posible que un superordenador futurista incluso jugar
el papel de matriz de una multitud de observadores?
Estos interrogantes de la existencia
y nuestro lugar en el universo
son semejantes a este debatido
por los filósofos
a lo largo de los siglos.
Ahora, por primera vez,
van surgiendo en zonas concretas
de la práctica científica.
¿Podría una final,
-aún por descubrir
la teoría de la gravedad cuántica
conciliar todos estos misterios
y, en caso afirmativo, ¿podría el pensamiento profundo filosófico
allanar el camino, al igual que el trabajo de los filósofos
tales como David Hume y Ernst Mach hizo por Einstein?
Trazar la línea
entre la filosofía y la física
nunca ha sido fácil.
Tal vez es hora de dejar de intentarlo.
La interfaz está madura para la exploración.
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