LA DIMENSIÓN CÓSMICA DE LA VIDA HUMANA David Jou Universitat Autònoma de Barcelona Fundació Joan Maragall 1. COSMOLOGÍA: LA INMENSIDAD CÓSMICA COMO CONDICIÓN NECESARIA PARA LA VIDA 2. CEREBRO: LA INMENSIDAD DEL UNIVERSO INTERIOR 3. ASTROBIOLOGÍA: ORIGEN DE LA VIDA, EVOLUCIÓN, ESTRELLAS, PLANETAS 4. FINAL DE LA VIDA EN EL UNIVERSO: UNA PERPLEJIDAD INMENSA 1. COSMOLOGÍA: LA INMENSIDAD CÓSMICA Y LA SINTONÍA FINA DE LAS LEYES FÍSICAS COMO CONDICIÓN NECESARIA PARA LA VIDA ETAPAS PRINCIPALES DE LA EVOLUCIÓN CÓSMICA • 1) Los tres primeros minutos: Reacciones rápidas de partículas elementales; aniquilación de materia y antimateria; reacciones nucleares de fusión que llevan a una mezcla de hidrógeno (75 %) y helio (25 %) 2) Los primeros 380.000 años: expansión y enfriamiento de la radiación y la materia ionizada, hasta su desacoplamiento mutuo, que lleva a la radiación cósmica de fondo y a la formación de galaxias 3) Formación de galaxias y estrellas; en el interior de las estrellas, reacciones nucleares de fusión producen núcleos atómicos cada vez más pesados 4) Segunda o tercera generación de estrellas, rodeadas por sistemas planetarios, algunos de los cuales son capaces de alojar vida ETAPAS PRINCIPALES DE LA EVOLUCIÓN CÓSMICA • 1) Los tres primeros minutos: Reacciones rápidas de partículas elementales; aniquilación de materia y antimateria; reacciones nucleares de fusión que llevan a una mezcla de hidrógeno (75 %) y helio (25 %) PARTÍCULAS ELEMENTALES • Protón (uud) y neutrón (udd) no son elementales • Quarks: carga de “color” (tres valores) Se unen de 2 en 2 (mesones) y de 3 en 3 (bariones) • Interacción nuclear fuerte: cromodinámica cuántica (hadrones) • Tres “generaciones” • Unificación de fuerzas? MATERIA Y ANTIMATERIA • Materia y antimateria se “aniquilan” en luz, y pueden surgir de la luz • Para ello, se necesita E fotón > 2 m c2 • T > 2mc2 • Aniquilación masiva de materia y antimateria ¿POR QUÉ EL UNIVERSO CONTIENE MATERIA Y NO TAN SÓLO LUZ? • Si el universo hubiera tenido una simetría perfecta entre materia y antimateria, éstas se habrían aniquilado mútuamente y el universo sólo contendría luz TERCER MINUTO: MÁXIMA SIMPLIFICACIÓN • Universo caliente y denso como el centro del Sol; fusión nuclear del hidrógeno (4 H dan Helio); • El contenido del universo es 75 % H y 25 % He (galaxias primitivas) 2) Los primeros 380.000 años: expansión y enfriamiento de la radiación y la materia ionizada, hasta su desacoplamiento mutuo, que lleva a la radiación cósmica de fondo y a la formación de galaxias ORIGEN DE LA RADIACIÓN DE FONDO • Desacoplamiento de materia y radiación • Los electrones quedan capturados por los núcleos (se pasa de materia ionizada a átomos neutros) • La luz deja de interaccionar con la materia • T = 3000 K, edad = 380 000 anys • La radiación se va enfriando con la expansión • La materia se va agregando en galaxias FLUCTUACIONES DE LA RADIACIÓN DE FONDO; SEMILLAS DE GALAXIAS • La radiación còsmica de fondo contiene mucha información • Pequeñas fluctuaciones de temperatura: inhomogeneidades en el momento del desacoplamiento materiaradiación (diezmilésimas de grado) • Semillas de galaxias: pero las fluctuaciones son muy pequeñas; como ha habido tiempo de formar galaxias? 3) Formación de galaxias y estrellas; en el interior de las estrellas, reacciones nucleares de fusión producen núcleos atómicos cada vez más pesados NUCLEOSÍNTESIS EN LAS ESTRELLAS I • Formación de las estrellas: gravitación contra presión • Bethe 1919: reacciones nucleares en las estrellas • 41H da 4He + 2e+ + 2ν + 26,7 MeV • 10 millones de grados; el Sol quema 600 toneladas de H por segundo y produce 599,5 toneladas de He • Acabado el hidrógeno, combustión del He, a 100 millones de grados • 34He da 12C NUCLEOSÍNTESIS EN ESTRELLAS II • A 500 millones de grados, fusión del carbono 12C + 4He da 16O 212C da 24Mg + γ 212C da 23Na + p • A 1000 millones de grados 216O da 32S + γ 216O da 28Si + 4He • A 1500 millones de grados 228Si da 56Fe • Los otros elementos se forman en explosión de supernovas CONDICIONES CÓSMICAS PARA LA EXISTENCIA DE VIDA • Sintonización de las constantes físicas universales (necesaria para la formación de carbono en el interior de las estrellas) CONDICIONES CÓSMICAS PARA LA EXISTENCIA DE VIDA • Es necesario un universo suficentemente viejo y grande (unos 10000 millones de años, para a la vida inteligente); la inmensidad cósmica es una condición necesaria para la existencia de vida CONDICIONES CÓSMICAS PARA LA EXISTENCIA DE VIDA Estrellas y planetas adecuados (tamaño, temperatura, composición, estabilidad, …) Investigación actual muy activa de sistemas planetarios ¿DE QUÉ ESTÁ FORMADO EL UNIVERSO? • Energía oscura (expansión acelerada) y materia oscura (estabilizadora de las galaxias) son los constituyentes cósmicos mayoritarios Nuestro universo, ¿es único, o hay otros universos con diferentes leyes físicas? Antes de nuestro universo, ¿había algún universo anterior? CONSTANTS FÍSIQUES I PRINCIPI ANTRÒPIC • Constantes físicas: conocemos experimentalmente sus valores, pero no estan determinadas per la teoría • Pequeñas variaciones en sus valores dan universos sin materia compleja • Hay muchos universos con otras constantes? • Hay un solo valor posible para las constantes? • Creación finalista? ¿DIOS? ¿CREACIÓN? • Dios, ¿racionalidad del Universo? • ¿Más allá de la racionalidad del universo? • La racionalidad del universo, ¿consiste tan sólo en estructuras matemáticas y leyes físicas, o puede tener alguna otra dimensión? ¿DIOS? ¿CREACIÓN? • Dios, ¿racionalidad del Universo? (Spinoza, Einstein) • ¿Más allá de la racionalidad del universo? • Trascendencia, muchos universos; ¿realidad de las matemáticas? • ¿Causa primera? ¿DIOS? ¿CREACIÓN? • La racionalidad del universo, ¿consiste tan sólo en estructuras matemáticas y leyes físicas, o puede tener alguna otra dimensión? • “En el principio era el Verbo, y el Verbo estaba con Dios, y el Verbo era Dios” 5) La vida desapareixerà de la Terra dintre d’uns 4000 milions d’anys, quan la calor de radiació es faci més intensa, i dintre de 60000 milions d’anys desapareixerà de tot l’univers, que seguirà expandint-se indefinidament