La Ecuación de Drake para el multiverso

Un investigador propone actualizar la famosa fórmula ya que considera que las consideraciones antrópicas son sólo prebióticas, es decir, que no dan cuenta del surgimiento de vida inteligente en el conjunto de universos.


La Ecuación de Drake fue formulada por el presidente del Instituto SETI Frank Drake en 1961, con el objetivo de estimar la cantidad de civilizaciones en nuestra galaxia que puedan hospedar vida inteligente como para enviar señales de radio.


Ahora, Marcelo Gleiser, de Darthmouth, invita a repensar el planteo de Drake en el contexto del multiverso. ¿Qué condiciones deberían existir para que no sólo exista vida, sino vida inteligente en el hipotético multiverso?
La teoría de cuerdas y distintos escenarios cosmológicos, por ejemplo, donde regiones causalmente desconectadas del universo coexisten, han presentado a los físicos teóricos un nuevo desafío. Tradicionalmente, el objetivo de los teóricos ha sido desarrollar explicaciones de los fenómenos naturales basados en modelos predictivos. Esos modelos, a su vez, están construidos usando constantes fundamentales, que son medidas en el laboratorio con alta precisión. Esas constantes reflejan la universalidad de las empíricamente válidas leyes de la física aplicables al universo observable. Pero si existieran varias regiones con diferentes constantes, entonces el planteo requiere una teoría de teorías. Podría suponerse que, si existieran otras regiones, podrían tener las mismas leyes fundamentales y sólo varían los valores de las constantes, o bien, algo más radical: diferentes leyes (y constantes) para los distintos universos. Lo último es definitivamente imposible (al menos en la actualidad) de conceptualizar. Para el primero, se podrían aplicar criterios de selección basados en ciertas suposiciones que razonablemente restringan los parámetros fundamentales. Basados en la existencia de "observadores típicos", con nosotros como único ejemplo, estos efectos de selección ilustran las actuales aplicaciones del principio antrópico débil en cosmología.
El objetivo de Gleiser, según indica luego de esta introducción, no es indagar en los méritos y dificultades del escenario de multiverso o en la utilidad o no del principio antrópico. Lo que desea es contrastar afirmaciones hechas en cosmología, en particular aquellas que invocan el principio de mediocridad o típicos observadores con el conocimiento presente de las condiciones para hallar vida compleja.

Observadores típicos y el principio de mediocridad

Tal como formuló Brandon Carter (1) el principio antropico es más que una simple declaración de lo obvio: propone una forma diferente de hacer ciencia, donde las inferencias acerca del mundo natural pueden ser hechas sobre la existencia de observadores. El problema es que estos "observadores" deberían ser referidos como "vida". Las condiciones que deben existir para que emerga la vida compleja en un sistema planetario deben añadirse a las condiciones para la vida primitiva. Gleiser asumirá entonces que la vida es lo que conocemos, basada en la bioquímica del carbono y capaz de metabolismo y reproducción en un medio acuoso. Podrían existir otras condiciones desconocidas, basadas en el silicio o algo completamente diferente, pero lo desconocemos. Así, restringirá la vida a un complejo sistema o red química autosustentable capaz de llevar una evolución Darwiniana. Reconoce, mientras tanto, la dificultad de definir vida.
El pensamiento antrópico usa el hecho de que existimos, y "nosotros" significa observadores inteligentes (usa este último término en el sentido de observadores que sean capaces de autoproclamarse inteligentes) (2).
Los enfoques típicos intentan tener una medida de probabilidad que dependa de algunos parámetros cosmológicos. Esta clase de pensamiento puede tener algo que decir acerca de los requisitos para la vida primitiva en un universo típico, pero poco que decir acerca de la existencia de vida compleja y menos aún de vida inteligente.
Como han hecho Weinberg, Vilenkin y otros, el potencial inflaton debería ser muy plano, o la ecuación de estado para la energía oscura ser restrictivo, o la asimetría materia-antimateria y el rango de perturbaciones de densidad deberían estar relacionados, etc. Estos criterios de selección son las bases para la existencia de vida primitiva en una región dada en el universo, pero no dice nada del surgimiento de vida compleja.

En resumen: el principio antrópico implica que aquí estamos "nosotros", que somos seres que vivimos en un planeta con determinadas condiciones. Si algunos parámetros de las leyes fundamentales fuesen distintas, no podríamos existir. Ergo, esos parámetros son un requisito para que existamos. El problema, según Gleiser, es que ese "nosotros" implica normalmente vida simple y no vida compleja o inteligente.

Condiciones para el surgimiento de vida compleja
Es por eso que Glesier acude a Drake y su famosa ecuación de los años 60. Así, con ese enfoque, propone establecer una subdivisión jerárquica para distinguir los diferentes conjuntos de condiciones que deben existir en el (largo y sinuoso) camino desde el multiverso a la vida compleja. Comenzamos con un conjunto de universos U = {u_i}, donde i son las diferentes realizaciones de acuerdo al subconjunto de constantes fundamentales {c_j} y parámetros cosmológicos. Consideremos ahora el subconjunto de U que contenga los universos donde estas constantes y parámetros satisfagan el principio prebiótico {u_cosmo} ⊂ {u_i}. Nuestro Universo observable (U_ob) pertence a ese conjunto (U_ob ∈ {ucosmo}).

Llamemos a estas condiciones necesarias, pero no suficientes, las "restricciones cosmológicas para la vida" y las denotamos como {c_cosmo} ∈ {c_j}. Para esto hay que añadir tres conjuntos de otras condiciones: condiciones astrofísicas ({c_astro}) que asegurarán galaxias suficientemente grandes y la correcta clase de estrellas se formarán dentro de un subconjunto de universos que pertenezcan a {u_cosmo}; condiciones planetarias ({c_vida}) asegurarán que los planetas y lunas con las propiedades correctas para hospedar vida se formarán alrededor de la estrellas adecuadas; condiciones de vida compleja ({c_vc}) que asegurará que un número de esos planetas tenga las condiciones necesarias para que la vida compleja tenga lugar. Así, las condiciones para que la vida compleja surja en un universo dentro del multiverso, debería satisfacer:
{c_cosmo} + {c_astro} + {c_vida} + {c_vc},




donde + denota "junto con", ya que es un orden jerárquico de derecha a izquierda: la vida compleja (vc) puede ser satisfecha sólo si hay vida.

¿Esta es una ecuación de Drake?
Bueno, una fórmula similar, pero que conecte el multiverso a la existencia de vida compleja atribuiría una probabilidad a cada uno de los subconjuntos para que sólo una fracción de los universos que pueden hospedar vida compleja sea igual a la fracción de universos que pueden satisfacer las constantes cosmológicas multiplicadas por la fracción de también satisface las restricciones astrofísicas, planetarias, y de vida compleja.



Por supuesto, una formulación cuantitativa de semejante ecuación necesita medidas probabilísticas para cada subconjunto de condiciones que, como en el caso original de Drake, son difíciles de estimar.
Un último paso sería atribuir un conjunto de condiciones para que la vida inteligente emerga dentro del subconjunto de planetas que poseen vida compleja. Sin embargo, dice Gleiser, como la historia de la Tierra nos enseña, no tenemos razón para esperar que la inteligencia sea una consecuencia necesaria de la vida complja, multicelular. La evolución no implica más que formas bien adaptadas. Este último paso permanece entonces desconocido, como en el caso original y en otras formulaciones recientes.(3)
A continuación Gleiser detalla un poco las consideraciones para cada uno de los parámetros de los cuatro subconjuntos.

Conclusión
El principal objetivo de Gleiser parece que es establecer lo que considera una equivocación: que las condiciones usualmente impuestas en argumentos antrópicos no tienen que ver con nuestra existencia, sino más bien con la existencia de vida simple o prebiótica, más que antrópica. Y cree errónea la suposición de que en condiciones de vida simple la evolución logrará indefectiblemente la vida inteligente.
Los exoplanetas descubiertos se han incrementado últimamente. Y misiones como Kepler hallarán más y más. Y quizás se encuentren primitivas formas de vida. Sin embargo, finaliza Gleiser, incluso si estamos siempre abiertos a las sorpresas, la existencia de complejos organismos -y más aún organismos inteligentes- es extremadamente rara, señala el investigador. Podemos no ser la única especie inteligente en el Universo o en la Vía Láctea. Pero es muy difícil argumentar en la actualidad que somos una muestra típica de un vasto número de civilizaciones.

Marcelo Gleiser, junto con otros investigadores, llevan adelante el blog Cosmos y cultura, que invito a seguir.