COSMOLOGIA: La naturaleza del multiverso.

Mas allá de lo que podemos discernir con nuestros telescopios, podrían existir otros muchos universos. En algunos, parecidos al nuestro, quizá vivan infinitas versiones de nosotros mismos. En otros, regidos por distintas leyes físicas, la vida tal vez resulte imposible. Esto es lo que sabemos hasta hoy sobre la naturaleza del multiverso.

Un reportaje de MIGUEL ÁNGEL SABADELL
El pasado 8 de octubre se reunió en Madrid un selecto grupo de físicos teóricos para discutir sobre dos de los temas de moda en el abstruso mundo de la teoría de cuerdas: el fenómeno del paisaje y el principio antrópico. El primero hace alusión a que las ecuaciones de la teoría de cuerdas permiten la existencia de un número gigantesco de universos posibles. El segundo intenta explicar por qué las constantes fundamentales de la física tienen el valor que tienen, de modo que hacen posible la existencia de la vida. Y como no podía ser de otra forma, se habló de una de las soluciones a todo el maremagno de preguntas sin resolver que surgen en este contexto: los universos paralelos o multiverso, un término que, eso sí, significa cosas diferentes dependiendo del científico con el que se esté hablando.

Los físicos Andrei Linde y Alan Guth, dos de los mayores expertos en este campo, afirman que, si bien existen otros universos, estos se encuentran en regiones del espacio muy alejadas de la nuestra, con las que nunca entraremos en contacto. Sus colegas Paul J. Stein-hardt y Neil Turok sostienen que están en distintos momentos temporales; para Max Tegmark y el difunto Dennis Sciama, los otros cosmos son totalmente ajenos a nuestro espacio-tiempo.

Burbujas cósmicas que se inflaron miles de veces en nanosegundos

Por otro lado, algunos cosmólogos defienden que lo que ocurre en realidad es que hay zonas del universo desconectadas por casualidad de la nuestra porque, sencillamente, no podemos atisbarlas. Esto es: como el cosmos nació de una gran explosión hace unos 14.000 millones de años y la luz viaja a una velocidad finita y conocida, el universo observable, el que puede afectarnos causalmente, tiene un radio de unos 43.000 millones de años luz. Todo lo que se encuentre más allá sería otro cosmos dentro de nuestro propio espacio-tiempo.

Para internarnos en el mundo de la especulación teórica sobre la existencia del multiverso podemos partir de un concepto postulado por el cosmólogo Alan Guth en diciembre de 1979: la inflación. Este mantiene que a los 10 32 segundos de nacer -una cien millonésima de billoné-sima de billonésima de segundo- el universo dobló su tamaño casi un millar de veces. El cambio es de tal magnitud que, si al virus de la gripe le pasara lo mismo se haría más grande que el actual cosmos visible en un chascar de dedos.

El bang del big bang.

El cosmólogo Alan Guth -arriba, en las instalaciones del Instituto Tecnológico de Massachusetts- concibió la teoría de la inflación. Esta sostiene que en un pestañeo el universo aumentó enormemente de tamaño. Ahora, algunos de sus colegas sospechan que este mismo proceso pudo darse en otros muchos universos, pero con sutiles diferencias entre unos y otros.

De este modo, Guth logró explicar por qué el universo es tan uniforme, uno de los misterios que traía de cabeza a los cosmólogos: este proceso de expansión superacelerada borraría prácticamente todas las inhomogeneidades que pudieran haber surgido con la deflagración inicial. A partir de esta idea, otros físicos teóricos, como el ruso Andrei Linde, exploraron más posibilidades. Por ejemplo, ¿por qué solo tuvo que haber una época inflacionaria que afectara a todo el cosmos? Así nació la llamada inflación eterna o caótica.

La inflación eterna explicada con un balón de reglamento

Para entender este concepto, Linde plantea la siguiente analogía: imaginemos el universo real como un típico balón de fútbol, con sus hexágonos y pentágonos pintados de colores. El proceso de inflación afectaría al conjunto, pero de forma diferente en distintas regiones, que serían los polígonos de la pelota. Cada uno de ellos crecería en tamaño de forma exponencial y no mantendría una conexión causal con ninguna otra ftgura geométrica. Así, quienes vivieran en un pentágono marrón creerían que el universo es marrón, y los que lo hicieran en un hexágono amarillo percibirían que es de este color. Trasladado a la cosmología, cada polígono/universo estaría dentro del balón/ multiverso. Su color serían las leyes físicas que lo gobiernan: en algunos, estas serían muy simples, hasta el punto de que quizá no se habrían formado estrellas o galaxias; en otros, podrían no permitir la aparición de la vida; y quizá otros muchos, como el nuestro, serían verdaderamente prolíficos. Todo dependería de las leyes que hubieran aparecido.

10500 Es el posible número de universos que existirían, según la teoría de cuerdas.

Sea como fuere, el multiverso surgido de la inflación caótica atrajo la atención de un grupo de físicos convencidos de que todo, desde las partículas hasta las fuerzas de la naturaleza, puede explicarse a partir de la denominada teoría de cuerdas. Esta viene a considerar que el universo está hecho de un único tipo de ingrediente: hebras de energía inimaginablemente pequeñas llamadas cuerdas. Del mismo modo que las de un violín proporcionan una sorprendente variedad de notas, a cada partícula subatómica le corresponde un modo de vibración de un único tipo de cuerda. A partir de este supuesto es posible encajar las dos grandes teorías de la física del siglo XX: la mecánica cuántica, que describe el mundo de lo muy pequeño, y la relatividad general de Einstein, que explica lo que es la gravedad.

La idea del multiverso surgió tras un error de estimación colosal

Los teóricos de las cuerdas se encontraron con un formidable problema en 1997, cuando se descubrió que el universo se expande aceleradamente por culpa de una misteriosa energía oscura. Cuando los astrónomos calcularon la cantidad de energía oscura necesaria para que el cosmos apretase el acelerador de la expansión tal como lo hace, ni más rápidamente -lo que impediría que la materia se organizase para formar galaxias- ni de forma más lenta, encontraron un número tan diminuto -un 138 con decenas y decenas de ceros a su izquierda- que nadie era capaz de explicarlo. Lo asombroso es que cualquier teoría actual predice que su valor debería ser mucho mayor que el observado, como de 1060 más: se trata, sin duda, del pronóstico más desastroso de la ciencia y uno de los problemas fundamentales de la física del siglo XXI.

En esencia, podría decirse que este error garrafal a la hora de explicar la densidad de la energía oscura puso las bases del multiverso. Hasta entonces todo estaba medianamente contenido. El cosmos era algo más o menos definido, y los físicos pensaban que las ecuaciones de la teoría de cuerdas nos darían una solución única y comprobable experimentalmente mediante observaciones. Pero la energía oscura lo complicó todo, y dio lugar al fenómeno del paisaje que citábamos al principio: una superabundancia de posibles universos compatibles con el actual.

ALGUNOS COSMÓLOGOS BUSCAN EN LA RADIACIÓN DE FONDO -EL ECO DE LA GRAN EXPLOSIÓN-TRAZAS DE OTROS UNIVERSOS

COSMOLOGIA

Vidas infinitas

La interpretación de los muchos mundos plantea que en cada alternativa cuántica el universo se divide dando lugar a un número ilimitado de realidades.

Si combinamos la mencionada in ilación con la teoría de cuerdas, nos encontramos con algo muy interesante. Por una parte, la inflación hace que el espacio se expanda hasta la eternidad en el vacío. Los efectos cuánticos engendrarían nuevos universos, como si un niño soplase a través de un agujero para hacer burbujas.

A la vez, la teoría de cuerdas asegura que esas burbujas no tienen por qué parecerse entre sí, sino que cada una podría tener diferentes tipos de partículas, fuerzas y leyes físicas. Dicho de otro modo: el fenómeno del paisaje de la teoría de cuerdas implica que hay 10500 posibles soluciones -o universos- a sus ecuaciones; la inflación hace que todos esos posibles universos se conviertan en reales, que existan dentro de un multiverso inimaginablemente enorme.

No es de extrañar que ante esta perspectiva muchos físicos hayan renegado de la teoría de cuerdas. Pero otros no lo tienen tan i claro, pues con ella se da carpe- ‘ tazo a la polémica cuestión a la que hemos hecho referencia anteriormente: ¿por qué las constantes físicas tienen el valor que y no otro?

En 1895 el filósofo William James introdujo el término multiverso en este año, si bien en un contexto ético tienen.

¿Vivimos en el único cosmos en el que la vida es tal y como es?

Si la carga del electrón o la velocidad de la luz no valieran lo que valen, la vida en el universo probablemente sería imposible, un hecho que trae de cabeza a los expertos. La existencia de múltiples universos lo resuelve: hay muchos, cada uno con sus propiedades físicas definidas, pero nosotros nos encontramos en el que las constantes tienen la magnitud necesaria para que exista la vida. Si no, obviamente, no estaríamos aquí.

Pero ¿no estaremos matando moscas a cañonazos? ¿De verdad es necesario invocar la existencia de un número gigantesco de universos para explicar ciertos detalles del nuestro?

Una manera de entender el escepticismo hacia el multiverso es con el siguiente ejemplo. En 1766, el astrónomo Johann Titius descubrió una simple fórmula empírica con la que se puede predecir la posición de los planetas del Sistema Solar asignando un número a cada uno de ellos: para Mercurio, el 0; para Venus, el 3; para la Tierra, el 6; Marte es el 12… Esto es, a partir de Venus, el siguiente número de la serie es el doble del anterior. La distancia, en unidades astronómicas, se calcula sumando cuatro al valor correspondiente al planeta y luego dividiendo por diez. La Tierra se encuentra a una unidad astronómica de nuestra estrella: 6+4=10; 10/10= 1. ¿Porqué la distancia de los planetas al Sol sigue una regla tan simple?

No hay explicación teórica para esta fórmula, que funciona perfectamente hasta Neptuno, salvo la del multiverso: de los 10500 que existen, vivimos en uno en el que se da esta peculiar ley. La hipótesis de los universos múltiples puede explicarlo todo. Para los escépticos, algo que da soluciones prácticamente para cualquier cosa en el fondo no explica nada.

¿Hay alguna manera de comprobar que esos otros mundos paralelos existen más allá de la pizarra de los despachos de los físicos? Entre ellos, algunos piensan que deberían encontrarse trazas ocultas en la radiación de fondo, o que esta incluso quizá contenga información de otros universos que existieron antes que el nuestro; otros intentan determinar la topología del cosmos. Por ejemplo, si este tuviera una forma similar a la de un donut, tendría un tamaño finito, lo que eliminaría la mayoría de las versiones de inflación y, en particular, la hipótesis del multiverso basado en la inflación caótica. En este punto, lo único que parece claro es que el multiverso es sobre todo un concepto y no una teoría bien definida.

Incontables copias de nosotros mismos pero con distintas historias

Casi todas las propuestas sobre este asunto no suelen ser más que un collage de ideas. Así, aunque el mecanismo de la inflación caótica fuese cierto, por sí solo no determinaría que la física sea distinta en otro universo. Para que esto ocurra es necesario que esté acoplado a la teoría de cuerdas, que es aún más especulativa.

Muévete por el tiempo sin riesgo

La hipótesis de los mundos paralelos también resuelve un grave problema de los viajes en el tiempo conocido como la paradoja del matricidio. ¿Qué ocurriría si retrocedes en el tiempo -por ejemplo, en una máquina como la que muestra la película El tiempo en sus monos, de 1960, abajo- y matas a tu madre antes de que conozca a tu padre? ¿Qué haces tú ahí entonces? Para físicos como Stephen Hawking, que pueda suceder esta ruptura tan brutal con la causalidad es motivo suficiente para que en el universo exista una especie de censura cósmica que impida los viajes de este tipo. Pero, si tenemos en cuenta la idea del multicosmos, hay una solución posible: tras el asesinato, entrarías en otra rama del universo donde tu madre no existe.

COSMOLOGÍA
 

Ahora bien, ¿y si la existencia de los universos paralelos estuviera vinculada a algo mucho más profundo y tan comprobado como la mecánica cuántica? En este caso, podríamos estar conviviendo con distintos universos en nuestro mismo espacio-tiempo. Es más, muchos de ellos serían prácticamente iguales al nuestro, y en ellos habitarían distintas versiones de nosotros mismos. Esto es lo que defiende la denominada interpretación de los muchos mundos de la teoría cuántica, formulada por Hugh Everett III en 1957 y posteriormente refinada por Neil Graham y Bryce DeWitt en 1970.

LA REALIDAD PODRIA ESTAR FORMADA POR BURBUJAS CÓSMICAS AJENAS ENTRE SÍ

Algo no existe de verdad hasta que no es medido

En 1982, Hugh Everett III, de 51 años, era encontrado muerto en su cama por su hijo adolescente. Un fallo cardíaco se llevó de este mundo al padre de los universos paralelos, un físico a quien le encantaba comer, fumar y beber y recelaba de la medicina convencional. Había dejado dispuesto que tras su muerte sus cenizas fueran arrojadas a la basura, algo que su mujer tardó varios años en cumplir. Su trabajo de los muchos mundos -un nombre que gusta poco a los físicos que apoyan esta interpretación, como Stephen Hawking y Murray Gell-Mann, que prefieren llamarla de las muchas historias- es, en esencia, una solución al llamado problema de la medida en la mecánica cuántica.

Todo sistema subatómico queda definido con precisión por un ente matemático llamado función de onda. Con él somos capaces de predecir sin equívoco cómo va a evolucionar el sistema. Pero en sus entrañas lleva una indeterminación básica e insalvable: la función de onda no nos dice qué valores van a tomar las propiedades físicas del sistema, sino cuáles son los resultados posibles que podemos obtener de una medida y sus correspondientes probabilidades: por ejemplo, que haya un 50 % de posibilidades de que el espín de un protón valga 1/2, y un 50 % de que su valor sea -1/2. Únicamente cuando llevemos a cabo la prueba experimental sabremos qué valor toma: a esto se le llama el colapso de la función de onda.

Esta indeterminación en la medida -pues, a priori, no sabemos cuál es la cantidad que vamos a medir, solo la probabilidad de que salga- ha sido debatida por los físicos desde que apareció la teoría cuántica en los años 20 del siglo pasado; en nuestra cabeza es inconcebible que un sistema no tenga sus propiedades bien definidas.

LOS CUATRO TIPOS DE MULTIVERSOS POSIBLES, SEGÚN MAX TEGMARK

A Max Tegmark, sus ideas poco ortodoxas le han valido el apodo de Mad Max. Según este físico del MIT, existen cuatro tipos de multiverso. El primero estaría integrado por un espacio infinito que contendría el universo observable y un número ilimitado de otros situados más allá de nuestro horizonte cósmico, pero de similar naturaleza. En el de tipo II, los universos emanarían de distintos big bangs y podrían presentar propiedades físicas diferentes. El multiverso de tipo III supone que cada variación cuántica produce una división de todo el cosmos, por lo que habría infinitas versiones de todo.

La culminación de todos ellos sería el de tipo IV, cuya existencia, propuesta por el propio Tegmark, se encontraría más allá del espacio y el tiempo; en él, las matemáticas existirían como realidades físicas.

El multiverso de tipo IV ideado por Max Tegmark-derecha-lo contendría todo, incluidos otros multiversos. Estaría integrado por abstracciones matemáticas -arriba, modelo de una onda no lineal


Permitido el roce

La hipótesis más reciente sobre el multiverso sostiene que los mundos paralelos no lo son en realidad, sino que interaccionan entre sí.

En octubre de 2014, la interpretación de los muchos mundos conoció una nueva variante, publicada en la revista Physicol ReviewX por Michael J.W. Hall, del Centro de Dinámica Cuántica de la Universidad Griffith, en Australia, y sus colaboradores. En ella, no solo se propone que los universos paralelos son reales, sino que pueden colisionar. Este planteamiento tendría cuatro características básicas. La primera es que no existe un aumento continuo de universos, sino que hay un número fijo -aunque gigantesco- de ellos. La segunda: no hay escisiones debido a la incertidumbre cuántica, pues cada mundo está especificado por la posición exacta y la velocidad de cada partícula.

La tercera: estos mundos in-teractúan entre ellos mediante un tipo de fuerza repulsiva muy particular que impide que dos mundos cercanos acaben teniendo la misma configuración y hace que diverjan unos de otros. No obstante, la interacción entre universos cercanos daría origen a los extraños fenómenos que presiden la mecánica cuántica. Y la cuarta: cada uno de esos mundos son igualmente probables.

¿Pero dónde estás? La probabilidad solo entra en juego porque un observador no sabe con certeza en qué mundo está; solo sabe que se halla en un conjunto de mundos. A partir de estos cuatro pilares, estos físicos han construido una interpretación de los muchos mundos en interacción con la que dan cuenta de todas las características de la mecánica cuántica. Es una nueva vuelta de tuerca a un cosmos repleto de universos paralelos que conviven unos con otros en el mismo tejido del espacio-tiempo: son universos fantasma que comparten el mismo espacio, pero viven en distintas funciones de onda.

Cualquier fenómeno subatómico hace que el todo se divida

Se han propuesto distintas maneras de encarar este hecho; la primera y más comúnmente aceptada es la interpretación de Copenhague. Esta viene a afirmar que hay que asimilar el mundo como es, ya que ningún sistema tiene propiedades definidas hasta que alguien o algo las mide. Dicho de forma poética, la Luna no existe hasta que alguien la mira. Otra es la propuesta radical de Everett, que asegura que en el momento de tomar una medida, como la del espín del protón, el universo entero se escinde en dos: en uno, el sistema toma el valor de 1/2; y en el otro, el de -1/2. De este modo, tendríamos dos universos absolutamente idénticos en su contenido, salvo por esa insignificante diferencia en las propiedades de un único protón. No obstante, esto sucede cada vez que se realiza alguna medida en el mundo subatómico, en cualquier lugar del universo. Vivimos en un cosmos en el que hay infinidad de universos paralelos. Curiosamente, si la interpretación de los muchos mundos es correcta, entonces somos inmortales. Para comprender este aspecto, debemos echar un vistazo a una peculiar paradoja: el suicidio cuántico.

Siempre estaríamos vivos en al menos un lugar Imaginemos que un profesor de Física, cansado de darle vueltas a la cabeza sobre qué teoría puede explicar mejor la auténtica naturaleza del multiverso, decide quitarse la vida de una manera muy peculiar. Para ello, diseña un aparato que sujeta un revólver que, a su vez, apunta a su cabeza. Unido al gatillo hay un dispositivo que mide el espín de un protón cada diez segundos. Si al realizar la medición se obtiene el valor de 1/2, el arma se dispara y mata al físico. Si sale -1/2, únicamente se escucha un clic. En este caso, el aparato le proporciona un nuevo protón y el proceso vuelve a empezar, así hasta diez veces. ¿Qué tendrían que decir a esto la interpretación de Copenhague y la de los muchos mundos?

Pues bien, según la primera hipótesis, el físico tiene una probabilidad del 50 % de sobrevivir a los primeros diez segundos, un 25% de hacerlo transcurridos veinte segundos y solo un 0,1% de salir vivo pasados los cien segundos. La situación es muy distinta en el caso del segundo planteamiento. Como cada diez segundos el universo se divide en dos, mientras que el físico muere en una de las ramas que surgen, en la otra viviría. Al final de los cien segundos, nuestro suicida habría fallecido en todos los universos salvo en uno.

43.000 millones es lo que mide, en años luz, el universo observable. Más allá quizá existan otros.

“En este supuesto, el experimentador descubrirá que es inmortal”, afirma el físico Max Tegmark. Si es correcto el planteamiento defendido por Everett, este sabrá con absoluta certeza que tiene un 100 % de probabilidades de superar felizmente la prueba, pues habrá un universo en el que no morirá. Y en él no será otra persona distinta, sino una copia exacta de sí mismo: la única diferencia con las demás versiones es que no tendría una bala alojada en la cabeza.

De locos: multiplicación hasta el infinito y más allá

Evidentemente, nadie es consciente de que se produce esa multiplicación de universos, entre los cuales no puede haber, además, contacto posible. La idea de que existan incontables copias de nuestro cuerpo y consciencia puede resultar chocante, pero lo cierto es que la teoría sobre la que se sustenta es correcta. El desaparecido físico Bryce DeWitt lo explicaba así: “Cada transición cuántica que tiene lugar en cada estrella, en cada remoto rincón del universo, divide nuestro mundo en miríadas de versiones de sí mismo. ¡Es esquizofrenia con ganas!.

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