Multiverso: ¿existen otros universos? - Alberto Güijosa Hidalgo

10.2

Multiverso: ¿existen otros universos?

El filo de la eternidad.

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(Voz Elsa Fernández)

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Hay una idea extraña, atrayente, evocativa,

una de las conjeturas más exquisitas de la ciencia o de la religión.

Es una idea totalmente indemostrada; quizás no llegue a demostrarse nunca.

Pero excita enormemente.

Se nos dice que existe una jerarquía infinita de universos.

Carl Sagan, Cosmos, 1980.

¿Existen otros universos? Si la palabra “universo” significa necesariamente todo lo que existe, entonces por definición no puede haber más de uno. Pero en la frontera de la física actual, por varias direcciones hemos llegado a sospechar que la realidad pudiera ser mucho más amplia que lo que hasta ahora habíamos concebido como nuestro universo. Al menos para algunos físicos, se vuelve entonces útil hablar de muchos universos paralelos, y emplear el término “multiverso” para describir todo lo que existe.

Cuando estudiamos el universo a escalas astronómicas, la gravedad es la influencia dominante. Gracias a la Relatividad General, sabemos que la gravedad se produce porque el espacio y el tiempo se distorsionan en respuesta a los objetos que se ubican sobre ellos, tal como si fueran un inmenso trampolín. Las mediciones nos revelan que, contemplada a gran escala, la forma del espacio que habitamos es análoga no a la superficie de una pelota o de una silla de montar, sino a la de una gigantesca hoja de papel (sin que imaginemos que existe algo fuera de esa hoja).  Durante toda la historia conocida, este espacio “plano” se ha ido estirando, de tal forma que la distancia entre las galaxias crece cada segundo. Corriendo la película hacia atrás, llegamos a la época que llamamos el Big Bang, hace 13,800 millones de años, cuando el universo era increíblemente denso y caliente. Tenemos mucha evidencia de que esa época en verdad ocurrió, incluyendo un baño de luz tenue que recibimos constantemente del espacio, conocido como fondo cósmico de microondas. Esta luz invisible nos llueve de forma casi idéntica desde todas las direcciones, y nos trae noticias de las condiciones del universo cuando era bebé, apenas 380,000 años después del Big Bang.

Un hecho muy hermoso es que, en nuestro afán por entender el cosmos a distancias gigantescas, hacemos contacto también con lo que ocurre a distancias minúsculas. En los primeros minutos después del Big Bang, es indispensable echar mano de nuestros conocimientos sobre las partículas elementales que conforman la materia. Todo lo que tenemos bien entendido sobre este tema se resume en la teoría que llamamos el Modelo Estándar, que explica en exquisito detalle de qué estamos hechos nosotros y todos los objetos que vemos, incluyendo las estrellas más lejanas. Pero desde hace más de dos décadas sabemos que el contenido del universo involucra mayoritariamente sustancias que no vemos: un 68% que llamamos “energía oscura”, responsable de que la expansión del universo se esté acelerando en lugar de frenarse, y un 27% de “materia oscura”, indispensable para explicar la estructura, distribución y formación de las galaxias. El Modelo Estándar describe solo a la materia ordinaria, que constituye el 5% restante.

Es muchísimo lo que podemos explicar con éxito al conjuntar a la Relatividad General con el Modelo Estándar y los conceptos de materia y energía oscuras. Existen, sin embargo, varias interrogantes pendientes. Por ejemplo, no tenemos claro todavía cuál es el origen de la gravedad a nivel microscópico, reto que en esencia equivale a preguntarnos de qué están hechos el espacio y el tiempo. También nos falta identificar la composición precisa de la materia oscura y la energía oscura. En nuestros intentos por avanzar más en estas y otras preguntas, nos hemos topado con varios sentidos en los que podrían existir universos paralelos, todos ellos especulativos y no mutuamente excluyentes:

1) La región del universo que alcanzamos a observar tiene actualmente un diámetro de poco más de 90 mil millones de años luz. Este es un tamaño enorme, pero finito. Está acotado por lo que llamamos nuestro “horizonte” (en analogía directa con el horizonte en la Tierra), que delimita la región de la cual no ha habido tiempo todavía para que recibamos señal alguna. Conforme pasa el tiempo alcanzamos a ver más lejos, pero al encontrarnos en una época de expansión cósmica acelerada, hay una distancia más allá de la cual nunca podremos observar. A pesar de ello, creemos que existen regiones mucho más distantes, así que el primer sentido en el cual podemos hablar de universos paralelos es simplemente como estas regiones mutuamente inobservables entre sí.

2) Nuestras mediciones muestran que el espacio a gran escala es extremadamente plano, y el fondo cósmico de microondas es extremadamente uniforme. Estas características podrían ser simplemente accidentales, pero nos parecen poco naturales. La mayor parte de los cosmólogos piensa que se deben a que, en sus primeros instantes, nuestro universo experimentó lo que llamamos “inflación”: una época de expansión brutalmente acelerada, que hizo que en menos de una quintillonésima de segundo su tamaño creciera más de cien cuatrillones de veces. Esta idea tiene cierto respaldo de las mediciones cosmológicas. La inflación provoca que el espacio completo sea muchísimo más grande que el universo observable, reforzando lo que mencionamos en el punto anterior. Pero otra consecuencia es aún más notable. Si bien hay muchas maneras distintas de implementar la fase de expansión acelerada en un modelo concreto, en la mayor parte de ellas se encuentra que, una vez que la inflación ha comenzado, ¡nunca termina! En todos los modelos que tienen “inflación eterna”, nuestro universo (incluso tomando en cuenta mucho más que la parte que podemos observar) sería apenas una entre muchísimas “burbujas” donde la inflación ya se detuvo, inmersas en un espacio más amplio que se sigue estirando aceleradamente, dando lugar constantemente a nuevas burbujas, cuyos posibles habitantes considerarían universos por derecho propio.

3) Es posible que algunos de los números que determinan las propiedades más básicas de nuestro universo, como la cantidad de energía oscura, o la masa o carga del electrón, o la intensidad de las cuatro fuerzas fundamentales, no sean en realidad números con un valor fijo, sino que sean consecuencia de las condiciones del entorno. Podrían variar entonces de una región a otra, tal como la temperatura y la presión varían en los distintos rincones de la superficie terrestre. Esta posibilidad es sugerida naturalmente por la Teoría de Cuerdas, considerada por muchos físicos como el camino más prometedor para obtener una explicación del origen microscópico de la gravedad. Esta teoría propone que todos los distintos tipos de partículas conocidas son en realidad diminutas cuerdas vibrantes, todas idénticas. Conduce a implicaciones atractivas desde el punto de vista de la física teórica, pero todavía no tiene evidencia experimental alguna a su favor. Independientemente de la Teoría de Cuerdas, si acaso es verdad que los números básicos del universo pueden variar, entonces en los distintos “universos burbuja” mencionados en el punto anterior esperaríamos distintos valores para ellos, de tal modo que tendría aún más sentido considerar a cada burbuja como un universo distinto.

Imagen de burbujas, sugerente de un multiverso, en las variantes 2 o 3 descritas en el texto.

(Crédito: Fotografía de Karen46 en FreeImages https://es.freeimages.com/photo/disco-bubbles-1144841)

4) La Teoría de Cuerdas requiere que el espacio tenga seis o siete dimensiones adicionales a las tres que nos son obvias. Por separado de esta teoría, otras propuestas recientes contemplan también la posible existencia de dimensiones adicionales. El método más tradicional de esconder las dimensiones extra es hacerlas pequeñísimas. Pero también pudieran resultar ser tan grandes como una décima de milímetro, o quizás incluso infinitas, si están distorsionadas de cierta manera particular. En este escenario, no las habríamos detectado si las partículas de las que estamos hechos, y todas aquellas que son descritas por el Modelo Estándar, estuvieran atrapadas dentro de un objeto extendido en tres dimensiones, una “brana”, que flota en un espacio con más dimensiones, como una sábana que flota en una habitación. Si esto resulta ser cierto, entonces es natural considerar la posibilidad de que existan otras branas flotando por ahí, que serían literalmente universos paralelos al nuestro. Si en verdad vivimos en una brana, en los próximos años el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) podría quizás darnos las primeras evidencias de ello.

5) El Modelo Estándar incorpora las peculiares reglas de la física cuántica, que les permiten a los habitantes del mundo subatómico estar de cierta forma ‘indecisos’ respecto a su posición u otras propiedades. Un electrón dentro de un átomo, por ejemplo, típicamente se encuentra en muchos sitios a la vez. Dado que los objetos de la vida cotidiana no son otra cosa que colecciones de un número enorme de partículas subatómicas, las reglas cuánticas les permitirían también estar ‘indecisos’, cosa que por supuesto nunca vemos. Esta aparente contradicción fue ilustrada vívidamente por Schrödinger, quien nos invitó a imaginar a un gato en circunstancias que, según la física cuántica, ocasionarían que se encuentre ‘indeciso’ entre estar vivo o muerto. Se han planteado esencialmente tres propuestas distintas para resolver este problema, todas ellas con defectos. Una afirma que los gatos y demás objetos macroscópicos nunca pierden su indeterminación cuántica, nunca se ‘deciden’, solo parecen hacerlo por la interacción con su entorno. Este escenario implicaría la existencia de universos paralelos presentes siempre a nuestro alrededor, que involucran las diversas alternativas entre las cuales estarían en general ‘indecisos’ los electrones, las personas y los planetas. Por esta razón, la propuesta se conoce como la “interpretación de muchos mundos”. Su mayor defecto es que, dado que todos los resultados posibles ocurren simultáneamente, es difícil definir una noción de probabilidad adecuada, para explicar el éxito que tiene la cuántica al predecir probabilidades para nuestras mediciones.

Las cinco variantes de multiverso aquí descritas son especulaciones científicas, cuya veracidad solo podrá ser establecida por corroboración experimental. Esta podría ser mucho más accesible en unas variantes que en otras. Como quiera, no deja de ser interesante que hemos sido llevados a considerar estas exóticas posibilidades por algunas de las mejores teorías actualmente en construcción en la frontera de la física. Tal como antes nos sorprendió descubrir que la Tierra no es el centro del Sistema Solar, que el Sistema Solar es apenas una parte minúscula de la Vía Láctea, y que la Vía Láctea es solo una entre cientos de miles de millones de galaxias en el universo observable, quizás estemos actualmente al borde de descubrir que nuestro universo es apenas un pequeñísimo rincón del multiverso.

Bibliografía adicional:

(1) B. Greene, 2016, La Realidad Oculta, Barcelona, Ed. Crítica.

(2) L. Susskind, 2010, El Paisaje Cósmico, Barcelona, Ed. Crítica, Drakontos.

Alberto Güijosa Hidalgo.

Doctor (Ph.D.) en Física.

Investigador Titular, Instituto de Ciencias Nucleares,

Universidad Nacional Autónoma de México (ICN-UNAM), Ciudad de México.