Impresión artística de un Multiverso – donde nuestro Universo es sólo uno de muchos. Según la… investigación, las cantidades variables de energía oscura tienen poco efecto en la formación de estrellas. Esto plantea la posibilidad de vida en otros universos – si el Multiverso existe.
Jaime Salcido/simulaciones de la Colaboración EAGLE
El Universo es todo lo que hubo, todo lo que hay y todo lo que habrá. Al menos, eso es lo que se nos dice, y eso es lo que implica la propia palabra «Universo». Pero sea cual sea la verdadera naturaleza del Universo, nuestra capacidad de reunir información sobre él es fundamentalmente limitada.
Sólo han pasado 13.800 millones de años desde el Big Bang, y la velocidad máxima a la que puede viajar cualquier información -la velocidad de la luz- es finita. Aunque todo el Universo sea realmente infinito, el Universo observable es limitado. Sin embargo, según las ideas más destacadas de la física teórica, nuestro Universo puede ser sólo una minúscula región de un multiverso mucho más grande, dentro del cual se encuentran muchos Universos, quizás incluso un número infinito. Parte de esto es ciencia real, pero otra parte no es más que un pensamiento especulativo e ilusorio. Aquí se explica cómo distinguir cuál es cuál. Pero primero, un poco de antecedentes.
Hay un gran conjunto de pruebas científicas que apoyan la imagen del Universo en expansión… y el Big Bang. Toda la masa-energía del Universo fue liberada en un evento que duró menos de 10^-30 segundos; lo más energético que ha ocurrido en la historia de nuestro Universo.
NASA / GSFC
El Universo actual tiene unos cuantos hechos sobre él que son relativamente fáciles, al menos con instalaciones científicas de primer nivel, de observar. Sabemos que el Universo se está expandiendo: podemos medir propiedades de las galaxias que nos enseñan tanto su distancia como la rapidez con la que parecen alejarse de nosotros. Cuanto más lejos están, más rápido parecen alejarse. En el contexto de la Relatividad General, eso significa que el Universo se está expandiendo.
Y si el Universo se está expandiendo hoy, eso significa que era más pequeño y más denso en el pasado. Si se extrapola hacia atrás lo suficiente, se encontrará que las cosas son también más uniformes (porque la gravedad tarda en hacer que las cosas se agrupen) y más calientes (porque las longitudes de onda más pequeñas para la luz significan energías/temperaturas más altas). Esto nos lleva de nuevo al Big Bang.
Una ilustración de nuestra historia cósmica, desde el Big Bang hasta el presente, dentro del contexto de… el Universo en expansión. La primera ecuación de Friedmann describe todas estas épocas, desde la inflación hasta el Big Bang, pasando por el presente y hasta el futuro, de forma perfectamente precisa, incluso en la actualidad.
Equipo científico de la NASA / WMAP
¡Pero el Big Bang no fue el comienzo mismo del Universo! Sólo podemos extrapolar hasta una determinada época en el tiempo antes de que las predicciones del Big Bang se rompan. Hay una serie de cosas que observamos en el Universo que el Big Bang no puede explicar, pero una nueva teoría que establece el Big Bang – la inflación cósmica – sí puede.
E. Siegel, con imágenes derivadas de ESA/Planck y del grupo de trabajo interinstitucional del DoE/NASA/ NSF sobre la investigación del CMB
En la década de 1980, se elaboró un gran número de consecuencias teóricas de la inflación, entre ellas:
- cómo deberían ser las semillas de la estructura a gran escala,
- que las fluctuaciones de temperatura y densidad deberían existir en escalas mayores que el horizonte cósmico,
- que todas las regiones del espacio, incluso con fluctuaciones, deberían tener entropía constante,
- y que debería haber una temperatura máxima alcanzada por el Big Bang caliente.
- que sus propiedades tengan incertidumbres inherentes,
- que el campo esté descrito por una función de onda,
- y que los valores de ese campo puedan extenderse en el tiempo,
- No sabemos por qué las constantes fundamentales tienen los valores que tienen.
- No sabemos por qué las leyes de la física son las que son.
- La teoría de cuerdas es un marco que podría darnos nuestras leyes de la física con nuestras constantes fundamentales, pero podría darnos otras leyes y/o otras constantes.
- Por lo tanto, si tenemos un enorme multiverso, donde montones de regiones diferentes tienen leyes y/o constantes diferentes, una de ellas podría ser la nuestra.
En las décadas de 1990, 2000 y 2010, estas cuatro predicciones se confirmaron observacionalmente con gran precisión. La inflación cósmica es una ganadora.
La inflación hace que el espacio se expanda exponencialmente, lo que puede dar lugar muy rápidamente a que cualquier espacio preexistente… curvo o no liso parezca plano. Si el Universo es curvo, tiene un radio de curvatura que es, como mínimo, cientos de veces mayor de lo que podemos observar.
E. Siegel (L); tutorial de cosmología de Ned Wright (R)
La inflación nos dice que, antes del Big Bang, el Universo no estaba lleno de partículas, antipartículas y radiación. En su lugar, estaba lleno de energía inherente al propio espacio, y esa energía hizo que el espacio se expandiera a un ritmo rápido, implacable y exponencial. En algún momento, la inflación termina, y toda (o casi toda) esa energía se convierte en materia y energía, dando lugar al caliente Big Bang. El final de la inflación, y lo que se conoce como el recalentamiento de nuestro Universo, marca el comienzo del Big Bang caliente. El Big Bang sigue ocurriendo, pero no es el principio.
E. Siegel / Más allá de la galaxia
Si esta fuera la historia completa, todo lo que tendríamos sería un Universo extremadamente grande. Tendría las mismas propiedades en todas partes, las mismas leyes en todas partes, y las partes que estuvieran más allá de nuestro horizonte visible serían similares a donde estamos, pero no se llamaría justificadamente multiverso.
Hasta que, eso sí, recuerdes que todo lo que existe físicamente debe ser inherentemente de naturaleza cuántica. Incluso la inflación, con todas las incógnitas que la rodean, debe ser un campo cuántico.
La naturaleza cuántica de la inflación significa que termina en algunas «bolsas» del Universo y continúa… en otras. Tiene que rodar por la colina metafórica y llegar al valle, pero si es un campo cuántico, la dispersión significa que terminará en algunas regiones mientras continúa en otras.
E. Siegel / Más allá de la galaxia
Si se requiere entonces que la inflación tenga las propiedades que tienen todos los campos cuánticos:
se llega a una conclusión sorprendente.
Dondequiera que se produzca la inflación (cubos azules), da lugar a un número exponencialmente mayor de regiones del espacio con… cada paso adelante en el tiempo. Incluso si hay muchos cubos donde la inflación termina (X rojas), hay muchas más regiones donde la inflación continuará en el futuro. El hecho de que esto nunca llegue a su fin es lo que hace que la inflación sea «eterna» una vez que comienza.
E. Siegel / Más allá de la galaxia
La inflación no termina en todas partes a la vez, sino más bien en lugares selectos y desconectados en un momento dado, mientras que el espacio entre esos lugares continúa inflándose. Debería haber múltiples y enormes regiones del espacio donde termina la inflación y comienza un Big Bang caliente, pero nunca pueden encontrarse entre sí, ya que están separadas por regiones de espacio en inflación. Dondequiera que comience la inflación, está casi garantizado que continúe durante una eternidad, al menos en algunos lugares.
Donde termina la inflación para nosotros, obtenemos un Big Bang caliente. La parte del Universo que observamos es sólo una parte de esta región donde terminó la inflación, con más Universo inobservable más allá. Pero hay innumerables regiones, todas desconectadas entre sí, con la misma historia exacta.
Una ilustración de múltiples Universos independientes, causalmente desconectados entre sí en un océano cósmico en constante expansión, es una representación de la idea del Multiverso. En una región donde comienza el Big Bang y termina la inflación, la tasa de expansión disminuirá, mientras que la inflación continúa entre dos de esas regiones, separándolas para siempre.
Ozytive / Dominio público
Esa es la idea del multiverso. Como puedes ver, se basa en dos aspectos independientes, bien establecidos y ampliamente aceptados de la física teórica: la naturaleza cuántica de todo y las propiedades de la inflación cósmica. No hay forma conocida de medirla, como tampoco hay forma de medir la parte inobservable de nuestro Universo. Pero las dos teorías que la sustentan, la inflación y la física cuántica, han demostrado ser válidas. Si son correctas, entonces el multiverso es una consecuencia ineludible de ello, y estamos viviendo en él.
¿Y qué? Eso no es mucho, ¿verdad? Hay un montón de consecuencias teóricas que son inevitables, pero que no podemos conocer a ciencia cierta porque no podemos probarlas. El multiverso es una de esas consecuencias. No es particularmente una realización útil, sólo una predicción interesante que se desprende de estas teorías.
Entonces, ¿por qué tantos físicos teóricos escriben artículos sobre el multiverso? Sobre Universos paralelos y su conexión con el nuestro a través de este multiverso? ¿Por qué afirman que el multiverso está conectado con el paisaje de cuerdas, la constante cosmológica, e incluso con el hecho de que nuestro Universo está finamente ajustado para la vida?
Porque aunque es obviamente una mala idea, no tienen ninguna mejor.
Universidad de Cambridge
En el contexto de la teoría de cuerdas, hay un enorme conjunto de parámetros que podrían, en principio, tomar casi cualquier valor. La teoría no hace predicciones para ellos, así que tenemos que ponerlos a mano: los valores de expectativa de la vacua de cuerdas. Si has oído hablar de números increíblemente grandes, como el famoso 10500 que aparece en la teoría de cuerdas, se refieren a los posibles valores de las vacas de cuerdas. No sabemos qué son, ni por qué tienen los valores que tienen. Nadie sabe cómo calcularlos.
Una representación de los diferentes «mundos» paralelos que podrían existir en otros focos del… multiverso.
Por eso, en cambio, hay quien dice «¡es el multiverso!». La línea de pensamiento va así:
El gran problema es que no sólo es enormemente especulativo, sino que no hay ninguna razón, dada la inflación y la física cuántica que conocemos, para suponer que un espaciotiempo que se infla tiene leyes o constantes diferentes en regiones diferentes.
¿No te impresiona esta línea de razonamiento? Tampoco lo está prácticamente nadie.
¿Cuán probable o improbable era que nuestro Universo produjera un mundo como la Tierra? Y ¿qué tan plausibles serían esas… probabilidades si las constantes o leyes fundamentales que rigen nuestro Universo fueran diferentes? Un universo afortunado, de cuya portada se ha tomado esta imagen, es uno de esos libros que explora estas cuestiones.
Geraint Lewis y Luke Barnes
Como ya he explicado antes, el Multiverso no es una teoría científica en sí misma. Más bien, es una consecuencia teórica de las leyes de la física tal y como se entienden mejor hoy en día. Quizá sea incluso una consecuencia inevitable de esas leyes: si se tiene un universo inflacionario regido por la física cuántica, es algo a lo que se está abocado. Pero -al igual que la Teoría de Cuerdas- tiene algunos grandes problemas: no predice nada que hayamos observado y que no podamos explicar sin ella, y no predice nada definitivo que podamos ir a buscar.
Derek Leinweber
En este Universo físico, es importante observar todo lo que podamos, y medir cada pedacito de conocimiento que podamos recoger. Sólo a partir del conjunto completo de datos disponibles podemos esperar sacar alguna vez conclusiones científicas válidas sobre la naturaleza de nuestro Universo. Algunas de esas conclusiones tendrán implicaciones que no podremos medir: la existencia del multiverso surge de eso. Pero cuando la gente afirma que puede sacar conclusiones sobre las constantes fundamentales, las leyes de la física o los valores de las cuerdas vacías, ya no está haciendo ciencia, sino que está especulando. Las ilusiones no sustituyen a los datos, los experimentos o las observaciones. Hasta que los tengamos, tened en cuenta que el multiverso es una consecuencia de la mejor ciencia de la que disponemos hoy en día, pero no hace ninguna predicción científica que podamos poner a prueba.