Un “milagro cuántico” contribuyó a la formación de átomos neutros y estables en los albores de nuestro universo, posibilitando así la eventual formación de la vida. El astrofísico y divulgador científico Ethan Siegel informa sobre un ejemplo de ajuste fino presente en las propiedades cuánticas del primer elemento formado en nuestro universo: el átomo de hidrógeno.

Para la formación de estrellas, planetas y vida, los átomos neutros son un requisito indispensable. Si bien los núcleos desnudos de los dos o tres elementos más ligeros se formaron a partir de la luz y un breve período de fusión nuclear durante los primeros tres minutos posteriores al Big Bang, los átomos neutros y estables de hidrógeno y helio no se formaron hasta aproximadamente 380 000 años después.

¿Por qué tanto tiempo?

En el modelo del Big Bang, confirmado con precisión mediante mediciones del espectro de cuerpo negro de la radiación de fondo de microondas, el universo comenzó siendo más caliente y denso que el núcleo de una estrella. Las altas temperaturas garantizaban colisiones frecuentes y violentas entre las propias partículas y también con el denso mar de fotones de alta energía que viajaban a través del espacio circundante.

Para que se formaran átomos neutros a medida que el universo se expandía y enfriaba, los electrones debían combinarse con núcleos atómicos con carga positiva, compuestos por protones (hidrógeno) o dos protones y dos neutrones (helio). Los electrones se habían formado previamente a partir de la luz, mediante la transformación de fotones de alta energía en pares de materia-antimateria formados por electrones y antielectrones.

Un misterio de ajuste fino, crucial e independiente, dio como resultado un número equivalente de electrones y protones, lo que nos proporciona la neutralidad eléctrica universal. Esto es realmente bastante notable, ya que los protones y los electrones son clases completamente diferentes de partículas elementales, y los electrones, al ser 1.836 veces menos masivos que los protones, continuaron formándose a partir de energía después de que la producción de protones ya hubiera cesado.

Así describe Siegel la dificultad de formar átomos neutros estables en el universo en desarrollo:

En el universo primitivo y caliente, una vez creados los núcleos atómicos, formar un átomo neutro es fácil, pero no dura mucho. La destrucción de ese átomo neutro y su reconversión en un núcleo desnudo y electrones libres es inevitable y rápida…

La destrucción de átomos neutros ocurre cuando sus electrones se liberan nuevamente («ionizan») por la acción de los fotones emitidos durante el proceso de captura electrónica. Por lo tanto, el retraso en la formación de átomos neutros se debe al entorno caliente, repleto de fotones energéticos, y al hecho de que los mismos fotones emitidos durante la formación de un átomo neutro pueden excitar a otro átomo, haciéndolo más vulnerable a la reionización.

El “milagro cuántico” de ajuste fino que facilita la formación de átomos neutros evita la carrera desenfrenada de captura electrónica y reionización mediante un proceso unidireccional de dos pasos en el que los dos fotones emitidos en la captura electrónica son demasiado débiles para contribuir al proceso de reionización. Siegel describe las improbables características cuánticas de esta transición de dos fotones.

El Universo guarda un as bajo la manga: una transición cuántica «milagrosa», una que, en apariencia, está prohibida por las propias leyes de la física cuántica.

Si no existieran los átomos, el Universo tardaría más de mil millones de años en volverse transparente a la luz. Si no fuera por la posibilidad cuántica de una transición de dos fotones, el Universo tardaría casi un millón de años en volverse transparente para formar átomos neutros y, por lo tanto, transparente a la luz. Pero con las leyes de la mecánica cuántica y un Universo que se ha expandido y enfriado desde el Big Bang, apenas transcurrirán 380 000 años hasta que prácticamente todos sus átomos se vuelvan neutros y estables…

Otros investigadores, al describir la contribución a la formación de átomos neutros mediante el proceso de emisión de dos fotones, señalan que, paradójicamente, este proceso domina el resultado a pesar de que se desarrolla 100 millones de veces más lentamente que la transición de un solo fotón (Lyman-α), que es más directa.

Es debido a estas circunstancias tan peculiares que el proceso de desintegración de dos fotones 2s ↔ 1s, que es aproximadamente 108 órdenes de magnitud más lento que la transición de resonancia Lyman-α, es capaz de controlar sustancialmente la dinámica de la recombinación cosmológica del hidrógeno…

Indiferencia ante la vida

Así, mediante una sutil transición cuántica en el proceso de formación del átomo de hidrógeno, nuestro universo obtuvo una ventaja de cientos de miles de años en el largo camino que condujo a las condiciones propicias para el surgimiento de la vida. Curiosamente, tras referirse a esta conspiración de la mecánica cuántica como un «milagro cuántico», Siegel parece pasar por alto el milagro aún mayor que supone el surgimiento de la vida misma. Tras despertar nuestro interés por los peculiares procesos cuánticos que dan lugar a la formación de átomos de hidrógeno neutros, se muestra casi indiferente ante la vida y la inteligencia.

La presencia de átomos neutros sienta las bases para la formación de las primeras estrellas. Una vez que la gravedad, la fusión nuclear y el tiempo hacen su trabajo, pueden surgir planetas, vida y organismos complejos. Y cuando aparece la vida inteligente, esta se vuelve capaz de reconstruir lo sucedido miles de millones de años atrás. En cierto modo, la humanidad es el ejemplo más notable que tenemos del Universo adquiriendo conciencia y autocomprensión.

Aquí tenemos un desafortunado ejemplo de un científico inteligente que llega a conclusiones injustificadas que se extienden exponencialmente más allá de los datos disponibles y las limitaciones conocidas del naturalismo. La presuposición de que los procesos naturales conducen del hidrógeno gaseoso a la vida y la conciencia humana representa, al parecer, un punto ciego profundamente arraigado en muchos materialistas, que prefieren ignorar lo que tienen ante sus ojos. Sin embargo, la naturaleza continúa revelando evidencias de ajuste fino y Diseño para cualquiera que se moleste en observarlas.

Artículo publicado originalmente en inglés por Erick Hedin, Ph.D. en Science & Culture

Crédito de la imagen destacada: ESA/Hubble & NASA, H. Nayyeri, L. Marchetti, J. Lowenthal.