El fino equilibrio que permite la presencia de la Vida

Las estrellas típicas como el Sol, emiten desde su superficie un viento de partículas cargadas eléctricamente que barren las atmósferas de los planetas en órbitas a su alrededor y a menos que el viento pueda ser desviado por un campo magnético, los posibles habitantes de ese planeta lo podrían tener complicado soportando tal lluvia de radiactividad.  En nuestro sistema solar el campo magnético de la Tierra ha protegido su atmósfera del viento solar, pero Marte, que no está protegido por ningún campo magnético, perdió su atmósfera hace tiempo.

Hemos localizado a muchos planetas situados en la zona habitable de sus estrellas que podrían estar posibilitados a contener formas de vida. El problema que se presenta son las distancias que nos separan. En la actualidad no tenemos los medios técnicos ni los conocimientos para poder preparar misiones de ese calibre que requieren de una serie de requisitos (ahora) insalvables para garantizar la seguridad de los viajeros.

Hasta el momento sólo sabemos de la vida en la Tierra. Sin embargo, sería irracional que, por nuestra parte, negáramos la posible existencia de otros seres que, como nosotros mismos, vivan en mundos lejanos con las propiedades iguales o parecidas a las de la Tierra.

Sabemos que los seres vivos que pueblan nuestro planeta, tienen edades dispares asignadas por la Naturaleza, no todos vivimos los mismos años. Desvelan por qué ciertas especies viven muchos más años que otras. Su longevidad depende de la velocidad a la que se acortan sus telómeros, las estructuras que protegen los cromosomas.

Probablemente no es fácil mantener una larga vida en un planeta del Sistema solar.  Poco a poco hemos llegado a apreciar cuán precaria es.  Dejando a un lado los intentos que siguen realizando los seres vivos de extinguirse a sí mismos, agotar los recursos naturales, propagan infecciones letales y venenos mortales y emponzoñar la atmósfera, también existen serias amenazas exteriores. Sabemos de 5 grandes extinciones en la Historia del planeta, también, como nos pasa en el Presente, estamos sometidos por una Pandemia que provocamos nosotros mismos llevados por la ambición y por intereses inconfesables, y, otras veces, ha sido nuestra propia estupidez.

Los movimientos de cometas y asteroides, a pesar de tener la defensa de Júpiter, son una seria y cierta amenaza para el desarrollo y persistencia de vida inteligente en las primeras etapas.  Los impactos no han sido infrecuentes en el pasado lejano de la Tierra habiendo tenido efectos catastróficos.  Somos afortunados al tener la protección de la luna y de la enorme masa de Júpiter que atrae hacia sí los cuerpos que llegan desde el exterior desviándolos de su probable trayectoria hacia nuestro planeta.

La caída en el Planeta de uno de estos enormes pedruscos podría producir extinciones globales y retrasar en millones de años la evolución.

Cuando comento éste tema no puedo evitar el recuerdo del meteorito caído en la Tierra que impactó en la península de Yucatán hace 65 millones de años, al final de la Era Mesozoica, cuando según todos los indicios, los dinosaurios se extinguieron.  Sin embargo, a aquel suceso catastrófico para los grandes lagartos, en realidad supuso que la Tierra fue rescatada de un callejón sin salida evolutivo.  Parece que los dinosaurios evolucionaron por una vía que desarrollaba el tamaño físico antes que el tamaño cerebral.

    Los mamíferos pudieron aprovechar la gran extinción para encontrar un camino hacia el futuro

                   Mucho más tarde llegaron nuestros antepasados que evolucionaron de otras especies

La desaparición de los dinosaurios junto con otras formas de vida sobre la Tierra en aquella época, hizo un hueco para la aparición de los mamíferos.  Se desarrollo la diversidad una vez desaparecidos los grandes depredadores.  Así que, al menos en este caso concreto, el impacto nos hizo un gran favor, ya que, hizo posible que 65 millones de años más tarde pudiéramos llegar nosotros.  Los dinosaurios dominaron el planeta durante 150 millones de años; nosotros, en comparación, llevamos tres días y, desde luego, ¡la que hemos formado!

En nuestro sistema solar la vida se desarrolló por primera vez sorprendentemente pronto tras la formación de un entorno terrestre hospitalario.  Hay algo inusual en esto. El secreto reside en el tiempo biológico necesario para desarrollar la vida y el tiempo necesario para desarrollar estrellas de segunda generación y siguientes que en novas y supernovas cristalicen los materiales complejos necesarios para la vida, tales como el hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, carbono, etc.

Parece que la similitud en los “tiempos” no es una simple coincidencia.  El argumento, en su forma más simple, lo introdujo Brandon Carter y lo desarrolló John D. Barrow por un lado y por Frank Tipler por otro.  Al menos, en el primer sistema Solar habitado observado ¡el nuestro!, parece que sí hay alguna relación entre t(bio) y t(estrella) que son aproximadamente iguales el t(bio) –tiempo biológico para la aparición de la vida- algo más extenso.

La evolución de una atmósfera planetaria que sustente la vida requiere una fase inicial durante la cual el oxígeno es liberado por la fotodisociación de vapor de agua.  En la Tierra esto necesitó 2.400 millones de años y llevó el oxígeno atmosférico a aproximadamente una milésima de su valor actual.  Cabría esperar que la longitud de esta fase fuera inversamente proporcional a la intensidad de la  radiación en el intervalo de longitudes de onda del orden de 1000-2000 ángstroms, donde están los niveles moleculares clave para la absorción de agua.

Fotolisis

La fotólisis es un proceso químico por virtud del cual la absorción de luz (energía radiante) permite la ruptura de una molécula en componentes más pequeños. Es decir, la luz brinda la energía requerida para romper una molécula en las partes que la componen. También se conoce con los nombres de fotodescomposición o fotodisociación.

La fotólisis del agua, por ejemplo, es fundamental para la existencia de formas de vida compleja en el planeta. Ésta la llevan a cabo las plantas empleando la luz del sol. La ruptura de moléculas de agua (H2O) brinda como resultado oxígeno molecular (O2): el hidrógeno es empleado para el almacenamiento de poder reductor.

oxígeno es liberado por la foto-disociación

Este simple modelo indica la ruta que vincula las escalas del tiempo bioquímico de evolución de la vida y la del tiempo astrofísico que determina el tiempo requerido para crear un ambiente sustentado por una estrella estable que consume hidrógeno en la secuencia principal y envía luz y calor a los planetas del Sistema Solar que ella misma forma como objeto principal.

A muchos les cuesta trabajo admitir la presencia de vida en el Universo como algo natural y corriente, ellos abogan por la inevitabilidad de un Universo grande y frío en el que, es difícil la aparición de la vida, y, en el supuesto de que ésta aparezca, será muy parecida a la nuestra.

Creo que la clave está en  los compuestos del carbono, toda la vida terrestre actualmente conocida exige también el Agua como disolvente. Y como para el carbono, se supone a veces que el agua es el único producto químico conveniente para cumplir este papel. El amoníaco (el nitruro de hidrógeno) es la alternativa ciertamente al agua, la más generalmente posible propuesta como disolvente bioquímico. Numerosas reacciones químicas son posibles en disolución en el amoníaco, y el amoníaco líquido tiene algunas semejanzas químicas con el agua.

El amoníaco puede disolver la mayoría de las moléculas orgánicas al menos así como el agua, y por otro lado es capaz de disolver muchos metales elementales. A partir de este conjunto de propiedades químicas, se teorizó que las formas de vida basada en el amoníaco podrían ser posibles. También se dijo del Silicio. Sin embargo, ninguno de esos elementos son tan propicios para la vida como el Carbono y tienen, como ya sabemos, parámetros negativos que no permiten la vida tal como la conocemos.

Hasta rel momento, todas las formas de vida descubiertas en la Tierra, están basadas en el Carbono.

Los biólogos, sin embargo, parecen admitir sin problemas la posibilidad de otras formas de vida, pero no están tan seguros de que sea probable que se desarrollen espontáneamente, sin un empujón de formas de vida basadas en el carbono.  La mayoría de los estimaciones de la probabilidad de que haya inteligencias extraterrestres en el Universo se centran en formas de vida similares a nosotras que habiten en planetas parecidos a la Tierra y necesiten agua y oxígeno o similar con una atmósfera gaseosa y las demás condiciones de la distancia entre el planeta y su estrella, la radiación recibida, etc.  En este punto, parece lógico recordar que antes de 1957 se descubrió la coincidencia entre los valores de las constantes de la Naturaleza que tienen importantes consecuencias para la posible existencia de carbono y oxígeno, y con ello para la vida en el Universo.

Hay una coincidencia o curiosidad adicional que existe entre el tiempo de evolución biológico y la astronomía.  Puesto que no es sorprendente que las edades de las estrellas típicas sean similares a la edad actual del Universo, hay también una aparente coincidencia entre la edad del Universo y el tiempo que ha necesitado para desarrollar formas de vida como nosotros.

Si miramos retrospectivamente cuánto tiempo han estado en escena nuestros ancestros inteligentes (Homo sapiens) vemos que han sido sólo unos doscientos mil años, mucho menos que la edad del Universo, trece mil millones de años, o sea, menos de dos centésimos de la Historia del Universo.  Pero si nuestros descendientes se prolongan en el futuro indefinidamente, la situación dará la vuelta y cuando se precise el tiempo que llevamos en el Universo, se hablará de miles de millones de años.

En este Blog, Hemos comentado sobre el El ajuste fino del universo y hemos abordado y señalado cómo las Constantes universales (como la de Estructura fina, la Grabvedad, la velocidad de la Luz, y otas) están calibradas con una extrema precisición que permite la presencia de la Vida. Si alguna de ellas, variara, aunque solo fuese una diez milésima parte, la vida no se habría podido formar. Esta calibración sugiere una improbabilidad estadística de coincidencia, a menudo interpretada como diseño o necesidad física.

John Gribbin y Martin Rees escribieron una historia detallada y la defensa del argumento del ajuste fino en su libroCosmic 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?».​

Premisa

Otras simulaciones, como el programa MonkeyGod de Victor J. Stenger tienen resultados diferentes: sobre 10 000 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. 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.​

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. 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.

Ese rango de valores es de 10^-60 alrededor de 1. Esa cifra es tan pequeña que Trinh Xuan Thuan calculó que corresponde a la probabilidad de que un arquero alcanzase un objetivo de 1 cm² situado en el otro extremo del universo, disparando a ciegas una única flecha desde la Tierra sin saber en qué dirección esta el objetivo.​

Según la mayoría de los científicos, este problema se resuelve con la inflación cósmica que tuvo lugar justo después del Big Bang. Ese período de inflación tiene el efecto de suavizar una curvatura espacial aleatoria del universo en el momento del Big Bang, para hacerlo casi plano. entonces una curvatura plana corresponde, por definición, a una densidad del universo igual a la densidad crítica. Así que es lógico y natural, si el modelo de inflación cósmica es correcto, que el parámetro Ω haya sido casi igual a 1 al comienzo del universo. El modelo de inflación actualmente es bien aceptado por la comunidad científica, habiendo conducido notablemente a predicciones verificadas y medidas a propósito de las fluctuaciones en la radiación de fondo de microondas.​

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