¿Estamos solos en el Universo?

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“Existen 2 posibilidades: o estamos solos en el universo o no lo estamos. Ambas son igualmente aterradoras.”, Arthur C Clarke.

Esta es probablemente la pregunta más importante que la humanidad se hace. Además, es una de las que mas debate genera. Si lo que le interesa es la respuesta a esta pregunta, se la adelanto ahora y no tiene necesidad de leer todo el articulo: simplemente no lo sabemos. Todo lo que tenemos son especulaciones, aunque algunas más razonables que otras.

Así pues, el debate real que existe detrás de esta pregunta es dirimir cuál de las especulaciones es la más razonable. Dejando de lado las tonterías pseudocientíficas, nos encontramos que expertos en el tema tienen opiniones diferentes. En este análisis nos concentraremos exclusivamente en lo que la ciencia, concretamente la astrobiología, piensa al respecto.

Lo primero que uno pensaría, intentando usar la lógica, es que en un universo tan vasto sería razonable suponer que la respuesta más probable a esta pregunta sea un rotundo NO. Sería muy muy improbable que seamos los únicos. ¿Correcto? Bueno, no tan rápido. Veamos un poco más en detalle el problema.

Para ser sinceros, no sabemos siquiera cuales son los límites del universo. Ni siquiera estamos seguros si el universo es finito. Si el universo llegara a ser infinito (vale la pena aclarar que esta disquisición escapa al dominio de la ciencia porque muy probablemente sea indemostrable) nada en el sería imposible. Así pues, estaría garantizada la vida extraterrestre y muchas otras cosas aun mas raras. Descartemos por ahora la idea de universo infinito. 

El universo que vemos es una “esfera” de unos 46.500 millones de años luz de radio. Ahí dentro estimamos que hay billones de galaxias (~ 10E12 galaxias), que a su vez poseen cientos de miles de estrellas cada una, (~ 1E11 estrellas cada una), ósea, un total de 1E12 x 1E11 = 1E23 estrellas. Muchas, muchísimas. Con semejante cantidad estrellas, alguna debería albergar vida, ¿no? ¿No?, Bueno…

Antes de responder debemos dejar claro que es exactamente lo que estamos preguntando. ¿Estamos preguntando si en alguna parte del universo hay vida? Vida es un concepto amplio y a la vez sumamente difícil de definir. Ni siquiera existe un pleno consenso en la comunidad científica sobre como definir a “la vida”. Así pues, por vida podríamos suponer bacterias, organismos complejos unicelulares, organismos complejos multicelulares, plantas, líquenes, insectos, animales, etc. Mi opinión es que cuando nos preguntamos si estamos solos en el universo, implícitamente queremos decir “vida inteligente”, al menos como nosotros, o incluso más avanzada, como civilizaciones tecnológicas capaces de salir de sus planetas de origen. El lector entenderá que en la secuencia planteada de “tipos de vida” la probabilidad de existencia de cada una de ellas es exponencialmente menor a medida que nuestra exigencia crece. Así pues, vida bacteriana es mucho mas probable que vida vegetal o animal. Y vida inteligente es enormemente menos probable. ¿Pero de que probabilidades estamos hablando?

El cálculo de estas probabilidades fue abordado por primera vez en 1969 por el astrónomo Frank Drake en su famosa (y a veces vilipendiada) ecuación de Drake. Esta ecuación no está pensada para estimar la probabilidad de vida en el universo sino la cantidad de civilizaciones tecnológicamente equivalentes a la nuestra que existen en “nuestra galaxia” en simultáneo con nosotros. Tres diferencias, civilizaciones tecnológicas, en nuestra galaxia y ahora. Es más restrictiva, mucho más. Drake la propuso en el contexto de la búsqueda de inteligencia extraterrestre (SETI), un emprendimiento científico impulsado por él y Carl Sagan en la década de los 60s. Al día de hoy, no hemos recibido ninguna señal de inteligencia extraterrestre.  

Esta ecuación es un producto de probabilidades de ciertos eventos necesarios para que existan dichas civilizaciones. Aquí tenemos una versión de la ecuación:

Donde:

  • N es el número de civilizaciones en nuestra galaxia con las que podríamos comunicarnos.
  • Ns es el número de estrellas totales existen en la galaxia.
  • fp es la fracción de esas estrellas que tienen planetas.
  • ne es la fracción de planetas que realmente pueden soportar la vida.
  • fl es la fracción de planetas que, pudiendo soportar vida, la han realmente desarrollado.
  • fi es la fracción de planetas que, habiendo desarrollado vida, esta ha alcanzado un nivel de inteligencia básico (civilizaciones).
  • fc es la fracción de civilizaciones que han desarrollado tecnologías de transmisión.
  • L es el tiempo que estas civilizaciones existirían en estado de transmisión de sus señales al espacio (años) antes de extinguirse.
  • Tu es el tiempo de existencia del universo.

Esta ecuación es interesante conceptualmente por 2 motivos:

  • Como mencionamos, esta ecuación no habla de probabilidades de existencia de vida. Habla de cantidad (o probabilidad) de civilizaciones al menos tan avanzadas como la nuestra existiendo en simultaneo con nosotros. La simultaneidad, es crucial. Si las civilizaciones surgen y se extinguen en tiempos de decenas de miles de años (un suspiro en tiempos universales), la probabilidad de que varias existan en simultaneo es extremadamente baja.
  • Restringe el cálculo a nuestra galaxia y no a todo el universo. Esto tiene sentido porque el universo es enormemente vasto y existe un límite físico a la velocidad: la velocidad de la luz. No solo los posibles medios de transporte están limitados a ella sino todo tipo de señal que podamos transmitir. Por lo tanto, a todo efecto práctico, todo aquello que está fuera de nuestra galaxia puede considerarse fuera de nuestro universo. No es posible ni siquiera la comunicación. A menos que estemos profundamente equivocados en nuestra ciencia actual, algo que aunque no imposible, altamente improbable. Por lo tanto, podemos y resulta conveniente reformular la pregunta original de si “estamos solo en el universo” a si “estamos solos en la galaxia”. ¡Y si hacemos eso, las probabilidades decrecen drásticamente! Un billón de veces menores, pues pasamos de 1E23 estrellas a 1E11.

La ecuación de Drake es de 1969. Hoy, medio siglo después, sabemos algunas cosas más sobre nuestra galaxia y el universo. Veamos como modificar la ecuación original para plantear una versión alternativa más simple.

Para empezar, podemos eliminar el término más complejo de todos, L y reformular la pregunta. En vez de estimar el número de civilizaciones inteligentes que están intentando comunicarse actualmente, estimemos el número de civilizaciones que pueden haber existido en cualquier momento de la historia de nuestra galaxia. La ecuación de Drake modificada sería:

Hoy sabemos que existen entre 200 y 400 mil millones de estrellas en nuestra galaxia. Sin embargo, no todas estas estrellas serán capaces de generar sistemas aptos para sustentar la vida. Sabemos que estrellas gigantes azules (tipo O, B) y las tipo A, no duran el tiempo suficiente para que la probabilidad de que surja la vida sea considerable. Pero estas estrellas representan menos del 1% de las estrellas de nuestra galaxia. Estrellas medianas amarillas tipo F y G (como el Sol) duran entre 3 y 17 mil millones de años y sabemos que poseen altas chances de sostener sistemas habitables, pero representan solo el 5,5% de las estrellas de nuestra galaxia. Finalmente, las estrellas enanas naranjas y rojas (tipo K y M) duran cientos de miles de millones de años, tiempo más que suficiente para permitir a la vida aparecer y extinguirse miles de veces, pero sus bajas temperatura y estabilidad genera zonas habitables mucho más estrechas y con probabilidades mucho más bajas que las tipos K y M. Pero representan casi el 90% de la totalidad de las estrellas.

Definamos entonces un nuevo parámetro, fh como la probabilidad de que una estrella sea adecuada para sostener sistemas potencialmente habitables. Aceptemos por ahora que alrededor del 20% de las estrellas pueda generar un sistema habitable, por lo tanto, fh = 0,2.

Luego de una década y cientos de miles de estrellas analizada por el satélite Kepler, podemos tener una idea bastante buena de las chances de que una estrella este acompañada de planetas. Las estimaciones actuales sugieren que en promedio todas las estrellas tienen al menos 1 planeta, por lo tanto, podemos aceptar que fp = 1.

Respecto de ne, el número de planetas alrededor de estrellas habitables que reúnen las condiciones adecuadas para la vida, hemos aprendido mucho de nuestros estudios de exoplanetas, ¿Qué hace que un mundo sea potencialmente habitable? Principalmente que se encuentre en la zona de habitabilidad de una estrella, esto es donde la temperatura superficial del planeta se encuentra en el rango adecuado para tener agua líquida. Esta es una primera aproximación. En este sentido hemos descubierto que aproximadamente 1 de cada 5 planetas descubiertos seria potencialmente habitable.

Sin embargo, hay otros factores que debemos tener en cuenta. Sabemos que en nuestro sistema solar exterior hay lunas cómo Encelado y Europa, con océanos subterráneos que podrían reunir las condiciones necesarias para tener vida submarina. En sistemas con gigantes gaseosos en lugares similares a la Tierra, grandes lunas podían ver la vida surgir en ellos, duplicando la cantidad de mundos con chances de albergar vida.

Aunque las incertidumbres son grandes aquí, podemos aceptar que la cantidad de mundos potencialmente habitables que podría haber por estrella que reúna las condiciones para albergar planetas potencialmente habitables seria de 1 mundo, es decir, ne = 1. Así la ecuación de Drake modificada será:

En este punto, podemos multiplicar los primeros 4 términos: Ns, fh, fp y ne que son 4 parámetros que conocemos con una precisión razonable. Llamaremos a esto Nast, número de planetas potencialmente aptos para albergar la vida. Este número sería del orden de entre 40 y 80 mil millones. Podemos usar 50 mil millones (5E10) como un valor conservador. ¡Es un comienzo prometedor!

Los siguientes 3 términos: fl (fracción de planetas que, pudiendo soportar vida, la han realmente desarrollado), fi (fracción de planetas que, habiendo desarrollado vida, esta ha alcanzado un nivel de inteligencia básico) y fc (fracción de civilizaciones que han desarrollado tecnologías de transmisión), como hablamos antes, simplemente no tenemos ni idea de sus valores. Agrupémoslos en un único termino llamado fbt.

Así la moderna ecuación de Drake será:

De este modo, podemos estimar cual debería ser la probabilidad fbt (de que surja la vida y evolucione hasta un nivel de inteligencia y tecnología como la nuestra) para que seamos la única civilización en la galaxia.

1 = Nast × fbt    =>    fbt = 1 / Nast    =>    fbt = 1 / 5E10 = 2E-11

Esto implica que si la probabilidad de que surja la vida y evolucione hasta un nivel de inteligencia y tecnología como la nuestra es menor a 1 en 50 mil millones (0,000000002%), entonces estaremos solos en la galaxia. Esta es una probabilidad realmente baja.

Sin embargo, como dijimos, no tenemos idea de que tan improbable sea que la vida surja espontáneamente y menos aún de que esta se convierta en criaturas inteligente como nosotros. Simplemente no lo sabemos, ni siquiera de manera aproximada. Podría ser que fbt sea lo suficientemente bajo como para que estemos solos en la galaxia, o lo suficientemente alto como para que haya miles de civilizaciones inteligentes.

¿Ahora bien, realmente los astrobiologos creen que fbt puede ser tan pequeño como para que seamos los únicos? Si, muchos de ellos sostienen esta postura.

Para hacer estimaciones reales y no meramente especulativas deberíamos conocer que tan probable es que, de la química, surja la vida. Este es fl, el primer término de fbt. No lo sabemos. Jamás hemos podido crear vida en laboratorio en base a los ingredientes necesarios. Pero en la Tierra, la vida parece haber surgido con una velocidad casi indecente, hace 3.800 millones de años. La Tierra se formó hace 4.500 millones de años y durante el periodo que va desde los 4.100 a los 3.800 millones de años se vio sometida a un intenso bombardeo de meteoritos, algunos de ellos enormes, restos de la formación del sistema solar. Con ellos vino el agua y otros elementos complejos precursores de la vida. Algunas teorías, aunque no las más populares, sugieren que incluso la vida misma vino en ellos. No hay pruebas contundentes de ello. Pero si hay pruebas de que la vida surgió muy rápido en la Tierra. Esto podría llevarnos a la conclusión de que si la vida apareció en cuanto pudo, no debe ser un evento tan improbable, ¿no? ¿No? Bueno…no estamos seguros.

El problema es que el concepto de probabilidad es anti intuitivo para nuestro cerebro. La verdad es que no es fácil extraer conclusiones estadísticas de una muestra unitaria. Solo tenemos un caso de origen de vida, el nuestro. Pudo haber sido un evento extraordinariamente improbable que simplemente ocurrió una vez (alguien gana la lotería después de todo). Si no hubiera ocurrido, no estaríamos acá preguntándonos por qué fue que ocurrió. Tenemos que encontrar otro origen de vida, distinto al nuestro. Esta es la razón por la que los científicos gastan enormes cantidades de dinero buscando un origen de vida alternativo fuera de la Tierra, como en Marte, Europa, la luna de Júpiter o Encelado y Titan, lunas de Saturno. Si lográramos encontrar vida en el vecindario, esto asignaría una probabilidad más alta a fl. Pero por ahora, nada. Sin embargo, la mayoría de los astrobiologos creen que la vida, al menos en sus formas más simples, no sería tan improbable.

Si hablamos de vida inteligente, la cosa cambia. Tenemos aún menos idea de que tan probable es que esto ocurra. Pero claramente, mucho, mucho menos probable. Esto está representado por fi, el segundo termino de fbt. Aquí aparece otro concepto elusivo, que es la inteligencia. ¿Eran los dinosaurios inteligentes? Los chimpancés y otros simios parecen ser muy inteligentes. Los delfines, también. Pero nuestra inteligencia, simplemente está en otro nivel. No somos solo un poco más inteligentes, existe un salto cuántico en nuestra inteligencia. ¿Y cómo ocurrió esto? No lo sabemos con seguridad. Tenemos ideas, pero no son concluyentes. ¿Y cuando ocurrió? Hace unos 200 mil años. Hubo que esperar menos de 100 millones de años para que la vida surja hace 3.800 millones de años y luego al menos 3.700 millones de años para que esa vida evolucionara en inteligencia que puede analizar el mundo, crear ciencia y pensar en conquistar el universo. Hubo millones de especies antes que el homo sapiens, algunas de ellas, como los dinosaurios, dominaron la Tierra por un periodo mil veces mayor al que llevamos nosotros y no desarrollaron una civilización, ni lenguaje, ni ciencia, ni tecnología. No sabemos con certeza porque ocurrió en el homo sapiens y en un periodo de tiempo tan corto. Lo cual lleva a pensar que este salto no es uno sencillo. Aquí las opiniones de los astrobiologos no son tan optimistas. La opinión sobre probable es la vida inteligente esta divida entre rara, muy rara y tal vez única.

Finalmente necesitamos que esta vida inteligente desarrolle tecnología como la nuestra (al menos). Este término es fc, el tercer termino de fbt. Acá podemos hacer algunas estimaciones razonables, pero eso no cambia el hecho de que fbt tenga un margen de error enorme.

La búsqueda de inteligencia extraterrestre (SETI) ha estado operando por más de 6 décadas sin éxito. Sin embargo, nunca esperamos que esta búsqueda fuera sencilla. La galaxia es muy grande (decenas de miles de años luz) y las señales se atenúan con la distancia y tardan mucho en cubrir esas distancias. De echo las señales de radiodifusión terrestres (que no fueron pensadas para comunicaciones extraterrestre) no podrían ser detectadas ni en la estrella más cercana, usando tecnología similar a la nuestra. Y con tecnología de detección muy superior a la nuestra apenas podrían ser detectadas por unas pocas estrellas vecinas.

Sin embargo, las transmisiones METI (parte de SETI que no solo escucha, sino que transmite al universo) que hemos hecho intencionalmente o las transmisiones de radares militares, usan antenas parabólicas de alta ganancia y muy alta potencia de transmisión. Estas podrían llegar hasta varios cientos, tal vez miles de años luz de distancia. Pero estas transmisiones, a diferencia de las radiodifusiones no intencionadas, deben ser apuntadas en la dirección del destino, ósea solo pueden llegar a aquellas estrellas que se encuentren en la dirección apuntada.

Y, como mencionamos anteriormente, aquí aparece el factor simultaneidad de existencia de civilizaciones extraterrestre. Solo 60 años transmitiendo (de miles de millones años), representa un período tan ridículamente efímero que la probabilidad de que exista otra civilización escuchando en ese efímero momento virtualmente tiende a cero. Si a eso agregamos que solo muy pocas estrellas se encuentran en el camino de nuestras transmisiones y que muy probablemente la vida inteligente sea realmente muy improbable, no es raro que no hayamos tenido éxito en esta empresa. Y probablemente nunca la tengamos.

Si la comunicación con una hipotética civilización extraterrestre es sumamente difícil, la visita presencial, raya lo imposible. Hasta dónde sabemos, no es posible viajar más rápido que la luz. La ciencia se actualiza y algunas veces ha ocurrido que teorías que creíamos seguras, resultaron siendo reemplazadas por otras mejores. Pero en este caso, la probabilidad de que esto pueda pasar y que exista alguna forma de viajar más rápido que la luz, parece ser extremadamente baja. Y acelerar una nave espacial a una velocidad próxima a la de la luz requeriría una cantidad de energía inimaginablemente grande. Viajar a una fracción (de digamos 1 a 10%) de la velocidad de la luz podría ser posible peor haría que cualquier visita implicara cientos de miles de años. Si bien este tiempo seguiría representando una fracción ínfima del tiempo del universo, ¿quién realmente se embarcaría en una misión así?

El famoso físico Enrico Fermi, estimó en la década del 50, que haciendo una colonización expansiva progresiva una civilización podría colonizar buena parte de la galaxia en decenas de millones de años a velocidades tecnológicamente razonables. Nuevamente decenas de millones de años seguiría siendo una fracción minúscula del tiempo de existencia del universo. A Fermi le pareció que el hecho de que no sepamos nada de otras civilizaciones era una muestra clara de que estábamos solos en la galaxia. A este se lo conoce como la paradoja de Fermi. Se han propuesto decenas de explicaciones tentativas que podrían explicar por qué no hemos entrado en contacto ni recibido señales de otras civilizaciones sin asumir que somos la única. No vamos a entrar en detalle de cada una, pero lo más plausible es una combinación de las siguientes razones:

  • La vida inteligente avanzada es rara y la simultaneidad en tiempos tan efímeros es extremadamente improbable.
  • La comunicación es difícil y la colonización una empresa costosa, desafiante y peligrosa.
  • Intencionalidad en no establecer contacto por temas de seguridad (teoría del bosque oscuro) o éticos.

Finalmente, si contra toda probabilidad, lográramos dar con una civilización extraterrestre, ¿lograríamos entendernos? Esto dependerá de que tan distintos sean de nosotros. Deberíamos pues analizar qué tan probable sería que una inteligencia extraterrestre se parezca a nosotros.

La vida como la conocemos está basada en carbono. El carbono es un elemento especial. Es el cuarto elemento más abundante del universo. Y los 3 primeros, no tienen la versatilidad del carbono para formar moléculas complejas. El carbono puede formar 4 enlaces covalentes (muy fuertes), incluso dobles y triples, lo que le permite crear moléculas complejas en 3 dimensiones. La vida es complejidad, los ladrillos de la vida son las proteínas, lípidos y ADN cuya estructura son cadenas muy largas y estables. Además, es sumamente estable en el rango de temperaturas donde el agua es líquida. El agua es el mejor solvente conocido gracias a su estructura molecular polar. Esta polaridad permite que el agua interactúe con otras moléculas polares y cargadas (como sales, azúcares y proteínas), disolviéndolas fácilmente. Además, posee alta capacidad calorífica, puede absorber o liberar grandes cantidades de calor sin cambiar mucho su temperatura, estabilizando los ambientes donde ocurre la vida. Otra característica inusual del agua es que al solidificarse disminuye su densidad. Cuando el agua se congela, lo hace de arriba hacia abajo, aislando el agua líquida debajo y permitiendo que los ecosistemas acuáticos sobrevivan en climas extremadamente fríos.

El siguiente elemento en capacidad para formar estructuras complejas es el Silicio. También puede formar 4 enlaces covalentes, pero, a diferencia del carbono, los enlaces dobles y triple son inestables. Las moléculas basadas en silicio tienden a ser más rígidas, menos variadas y estables en presencia de agua. Esto lo convierte en un candidato posible para un tipo de vida diferente pero mucho menos versátil. Por todo esto es difícil imaginar vida inteligente basada en otro elemento que no sea el carbono.

¿Existe la posibilidad de que se descubran nuevos elementos que pudieran ser mejores que el carbono para la formación de la vida? Realmente no lo creemos. Los elementos conocidos están definidos por las reglas de la química cuántica y se encuentra plasmada en la tabla periódica. Simplemente no hay espacio cuántico para nuevos elementos que pudieran competir con el carbono.

Conclusiones más importantes:

  • El universo es inimaginablemente enorme, incluso podría ser infinito. En un universo tan grande es poco probable que seamos la única forma de vida.
  • A todo efecto práctico, debido al tamaño del universo y los límites de la velocidad de la luz, todo aquello que este fuera de nuestra galaxia podría considerarse como desconectado de cualquier tipo de interacción.
  • El concepto de vida es difuso, ¿de qué tipo de vida hablamos? ¿Vida microbiana, plantas, animales o seres inteligentes como nosotros o incluso más?
  • La probabilidad de cada una de estas variantes de vida es exponencialmente mas baja a medida que avanzamos en completo. Y simplemente no tenemos ni la mas remota idea de que valor de probabilidad asignarle a cada una. Bien podría ser tan baja que seamos la única civilización en la galaxia o lo suficientemente alta como para que haya miles.
  • La opinión experta en su mayoría cree que la vida elemental podría ser bastante probable. En cuanto a vida inteligente como la nuestra, las opiniones están divididas entre rara, muy rara y tal vez única.
  • El tiempo de vida de cualquier civilización podría ser una fracción ínfima del tiempo del universo, por lo tanto, el factor de simultaneidad es crucial. La vida podría haber surgido y acabado muchas veces en diferentes lugares y no haberse solapado en el tiempo. O haberse solapadas en tiempo, pero a mucha distancia.
  • Las transmisiones interestelares, son difíciles, se necesita mucha potencia, antenas direccionales que solo cubren una fracción mínima de la esfera celeste y alcanzan una fracción de nuestra galaxia.
  • La colonización espacial es una empresa costosa, desafiante y peligrosa.
  • Difícilmente podamos imaginar vida inteligente muy diferente a nosotros. El carbono es el elemento más apto para formar estructuras complejas que requiere la vida. El silicio podría ser una alternativa para algún tipo de vida elemental. Nuevos elementos no conocidos no podrían ser mejores candidatos que el carbono.