BIENVENIDOS AL MULTIVERSO

 

Una vez tras otra los humanos hemos sido reparando en que nuestra realidad física es mucho más grande de lo que habíamos imaginado, y que todo lo que conocíamos formaba parte de una estructura aún mayor: un planeta, un sistema planetario, una galaxia, un supercúmulo de galaxias, etc.

La teoría de la relatividad general de Einstein admite la posibilidad de que el espacio sea infinito.  Pero también admite en la opción alternativa de que el espacio sea finito y carezca de un confín,  de forma que si pudiéramos viajar lo bastante lejos y deprisa, regresaríamos al punto de partida por el lado opuesto.

El mismo tejido de nuestro mundo físico, el espacio, podría ser un objeto puramente matemático en el sentido de que sus únicas probabilidades intrínsecas son propiedades matemáticas, números tales como la dimensionalidad, la curvatura y la topología.

Como la luz distante tarda tiempo en alcanzarnos, los telescopios nos permiten ver el desarrollo de la historia del cosmos. Unos 13.800 millones de años atrás todo lo observable en la actualidad estaba a una temperatura más elevada que el núcleo del Sol y se expandió tan rápidamente que duplicó su tamaño en menos de un segundo. Esto es lo que se conoce como la gran explosión, que en realidad no fue tal.

 Aunque no sabemos que sucedió con anterioridad, conocemos muchos detalles sobre lo que pasó entonces: expansión y formación de estructuras. Este Universo tardó varios minutos en convertirse en un reactor de fusión nuclear gigantesco, como el núcleo del Sol, que transformó hidrógeno en helio y otros elementos ligeros, hasta que la expansión cósmica diluyó y enfrío lo suficiente nuestro Universo como para detener la fusión.

Al realizar los cálculos se llega a la predicción de que alrededor del 25% del hidrógeno se transformó en helio. Las mediciones concuerdan a la perfección con esta predicción y también encajan con las predicciones para otros elementos ligeros.

Tras otros 400.000 años de expansión y disolución, este plasma de hidrógeno-helio se enfrío y se convirtió en gas transparente. Esta transición se ve como una pared de plasma distante cuyo tenue fulgor ha recibido el nombre de fondo cósmico de microondas y condujo a dos premios Nobel.

A lo largo de los miles de millones de años siguientes, la gravitación hizo que aquel Universo uniforme se transformara en un cosmos granulado y complejo mediante la amplificación de las diminutas fluctuaciones de densidad que se observan en el fondo cósmico de microondas, hasta formar planetas, estrellas, galaxias y la estructura cósmica a gran escala que observamos hoy en día a nuestro alrededor.

La expansión cósmica predice que las galaxias distantes se alejan de nosotros de acuerdo con una fórmula sencilla que concuerda con lo que se observa en la realidad. Toda esta historia de nuestro Universo con exactitud física, permite predecir el futuro a partir del pasado, y el pasado a partir del futuro. Todas esas leyes físicas que gobiernan la historia de este Universo se expresan en términos de ecuaciones matemáticas, así que la descripción más exacta de nuestra Historia Cósmica es una descripción matemática.

El reciente aluvión de datos sobre el fondo cósmico de microondas, la distribución espacial de galaxias, etc., ha transformado la cosmología en una ciencia de precisión. Por ejemplo, hemos pasado de discutir si la edad de este Universo asciende a 10.000 o 20 mil millones de años, a dudar de si suma 13.700 o 13.800 millones de años.

Cabe afirmar que la teoría de la gravitación de Einstein ha batido el récord como la teoría matemática más elegante, que explica la gravitación como una manifestación de la geometría. Gracias a ella sabemos que cuanta más materia contiene el espacio, más curvado se vuelve. Esa curvatura del espacio provoca que las cosas no se muevan en línea recta, sino siguiendo trayectorias que se deforman hacia los objetivos masivos.

Al medir la geometría de triángulos del tamaño de nuestro Universo, la teoría de Einstein nos ha permitido deducir la cantidad total de masa que contiene este Universo. Curiosamente, los átomos que se consideraban los elementos esenciales de todo, resultaron constituir tan solo el 4% de toda esa masa, lo que nos deja con un 96% de masa sin explicación.

La masa que falta es fantasmagórica, puesto que es tanto invisible como capaz de atravesarnos sin que la detectemos. Sus efectos gravitatorios sugieren que consiste en dos sustancias diferenciadas de naturaleza opuesta apodadas materia oscura y energía oscura. La materia oscura se agrega, y la energía oscura no. La materia oscura se diluye a medida que se expande, la energía oscura no. La materia oscura atrae, la energía oscura repele. La materia oscura ayuda a que se formen las galaxias, la energía oscura lo dificulta.

La cosmología de precisión ha revelado que este Universo se rige por leyes matemáticas a lo largo de todo el intervalo temporal que se remonta a sus violentos orígenes. A pesar de ser elegante, el modelo clásico de la Gran Explosión fracasa por completo en los primeros instantes, lo que sugiere que para entender nuestros orígenes últimos nos falta una pieza crucial de rompecabezas.

Nuestros orígenes cósmicos

Las primeras fases del modelo de la gran explosión de Friedman plantean problemas serios.  La teoría de la inflación los resuelve todos y explica el mecanismo que dio lugar a la gran explosión. La inflación explica por qué el espacio es tan plano, lo cual hemos medido con una precisión aproximada del 1%.

Explica por qué, en promedio, nuestro Universo distante se ve igual en todas direcciones, con tan solo un 0,002% de fluctuaciones de un lugar a otro.

Explica los orígenes de ese 0,002% de fluctuaciones como fluctuaciones cuánticas amplificadas desde una escala microscópica hasta una escala macroscópica por la inflación, y que con posteridad la gravitación amplió hasta crear las galaxias y estructuras cósmicas a gran escala de la actualidad.

La inflación explica incluso la aceleración cósmica, que valió un premio Nobel en el 2011. Es una nueva inflación en movimiento lento que duplica el tamaño de este Universo no cada fracción de segundo, sino cada 8 mil millones de años.

La teoría de la inflación dice que este Universo se desarrolló de un modo muy similar al de un ser humano, con una fase de crecimiento acelerado, en la que doblaba su tamaño a intervalos regulares, seguida por una fase de crecimiento más lento. Lo que llamamos gran explosión no fue un comienzo, si no un final, el de la inflación en nuestra parte del espacio, y lo normal es que la inflación prosiga eternamente en otros lugares.

La inflación predice en general que el espacio no solo es inmenso, signo infinito, repleto de una cantidad infinita de galaxias, estrellas y planetas, cuyas condiciones iniciales fueron generadas aleatoriamente por fluctuaciones cuánticas.

Bienvenidos al multiverso

Los Universos paralelos no son una teoría, sino una predicción de ciertas teorías. La inflación eterna predice que nuestro Universo, la región esférica del espacio desde la que la luz ha tenido tiempo de llegar nos durante los 13800 millones de años transcurridos desde nuestra gran explosión, no es más que uno de los infinitos Universos del multiverso del nivel 1, donde todo lo que puede suceder ocurre en algún lugar.

Para que una teoría sea científica no es necesario observar y verificar todas sus predicciones, basta con lograrlo al menos con una de ellas. La inflación es la principal teoría de nuestros orígenes cósmicos porque ha superado comprobaciones observacionales, y los Universos paralelos parecen ser una parte no opcional de todo el paquete.

La inflación convierte la potencialidad en realidad. Si las ecuaciones matemáticas que gobiernan el espacio uniforme tienen múltiples soluciones, la inflación eterna creará infinitas regiones del espacio representativas de cada una de esas soluciones. Este es el multiverso del nivel 2.

Muchas leyes y constantes físicas invariables en un multiverso del nivel uno pueden cambiar en el multiverso del nivel 2, así que los alumnos de Universos paralelos pertenecientes al nivel 1 estudian lo mismo en la clase de física, pero cosas distintas en la clase de historia, mientras que los alumnos de Universos paralelos pertenecientes al nivel 2 estudiarían contenidos distintos también en la clase de física.

Esto explicaría por qué muchas constantes de nuestro propio están ajustadas con tanta precisión para la aparición de la vida, y que si cambiarían mínimamente ya no sería viable la vida tal como la conocemos. 

Ello aportaría también un significado distinto a muchos números medidos por la física. No dicen nada fundamental sobre la realidad física, sino únicamente revelan algo sobre el lugar que ocupamos dentro de ella y forman parte del código postal cósmico que nos corresponde.

Aunque esos Universos paralelos sigan creando controversia, la crítica principal ha pasado de ser "esto no tiene sentido y me cuesta aceptarlo" a ser " me cuesta aceptarlo ".

La Teoría general de la relatividad supuso una reformulación de la interacción gravitatoria, extendiendo la noción concebida por Newton y ofreciendo singulares predicciones que han sido experimentalmente verificadas. Ha proporcionado, además, la base matemática para la teoría del Big Bang y para la cosmología moderna.

 Exigir a la interacción gravitatoria la misma estructura matemática que las otras tres interacciones del modelo estándar (electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil), integrándolas a todas en una "teoría del todo", conduce a la teoría de cuerdas, con sus diferentes versiones y variantes, y a la concepción de un espacio-tiempo multidimensional.

 La existencia de multiversos es una posibilidad que se deriva de la estructura matemática de estas teorías físicas y, consecuentemente, merece interés, rigurosa atención y, si es posible, el escrutinio de la observación y el experimento. Sin esto último, el multiverso no deja de ser una interesante curiosidad matemática o una controvertida especulación de carácter metafísico propiciada por nuestra comprensión formal de la realidad. De hecho, uno de los principales argumentos que apoyarían su existencia tiene un claro acento metafísico: el Principio Antrópico aplicado a resolver la paradoja cosmológica del ajuste fino.

 Dicha paradoja se refiere a la circunstancia singular de que algunos parámetros físicos parecen delicadamente ajustados para propiciar un universo apto para la vida. En nuestra comprensión actual de las leyes fundamentales de la física, estás aparecen asociadas a ciertas simetrías cuya rotura determina el valor de estos parámetros. Si el proceso de rotura de simetría es aleatorio, el nuestro, con sus leyes físicas y sus parámetros, es un universo muy improbable. La existencia de una miríada de universos distintos, con diferentes y variadas configuraciones de estos parámetros, integrados en algún tipo de multiverso, ofrecería una salida al embarazoso problema de la improbabilidad del nuestro. Solo aquellos universos con configuraciones de parámetros compatibles con formas de vida, por improbables que sean, pueden ser estudiados por aquellas formas de vida que estén dotadas de inteligencia y destreza matemática.

El cosmólogo de origen sueco Max Tegmark ha propuesto una suerte de taxonomía que tiene como objeto clasificar las diferentes versiones posibles de multiversos propuestos hasta ahora o que puedan ser potencialmente propuestos en el futuro. El resultado son cuatro clases jerarquizadas de multiversos,construidas como muñecas rusas,o sea albergando una clase dentro de otra más amplia, esta a su vez dentro de otra mayor y así sucesivamente. Está clasificación no servirá para abordar de manera ordenadalas diferentes nociones de multiverso, la base científica que lo sustenta y sus principales implicaciones. 

La clase uno de multiversos es la más cercana a la lógica cotidiana. En ella encajaría un universo espacialmente infinito y homogéneo a gran escala, compuesto por infinidad de universos isla o mundos que han evolucionado de manera aislada en un tiempo finito. En él, sin necesidad de recurrir a las inquietantes leyes de la física cuántica, la pura y simple probabilidad nos aseguraría que, dentro de esa infinidad, otros mundos habrían evolucionado hasta repetir el nuestro, en su estado actual.

Dentro del paradigma cosmológico actual, qué incluye la inflación cósmica, los datos obtenidos para las fluctuaciones de temperatura del fondo cósmico de microondas son compatibles con la existencia de este tipo de multiverso.

Las leyes de la física no variarían de un universo a otro en un multiverso de clase 1. Un multiverso de clase 2, sin embargo, sería aquel constituido por múltiples universos con leyes y constantes físicas fundamentales que diferirían de unos a otros. Cada uno de esos universos podría ser, a su vez, un multiverso de la clase 1, si reuniera condiciones para ello. La clase 3 de multiverso es la que podríamos denominar multiverso cuántico. En ella encajaría la propuesta defendida por el físico Hugh Everett en su tesis doctoral de 1957, según la cual el engorroso postulado del colapso de la función de onda en el proceso de medida, formulada exprofeso para dotar de predictibilidad a la física cuántica, es solo necesario para ahormar la descripción cuántica de la realidad a la perspectiva única de cada observador.

Así Everett sugirió que el observador y sistema físico observado se entrelazaban durante el proceso de medida, la realidad se desdoblaba con cada posible alternativa cuántica, generando múltiples historias que se desarrollaban en universos paralelos. Por último, Tegmark incluyo también una clase 4 de multiversos que escapa claramente al ámbito de cualquier discusión científica, quedando en el plano de la abstracción matemática o de la pura metafísica. La sugerencia de la existencia de esta última clase podría ser considerada como una actualización del paradigma platónico. Estaría compuesta por universos construidos con cualquier estructura matemática imaginable que, desde una perspectiva platónica radical, serían la verdadera realidad y existirían en sentido físico. Está idea justificaría la sorprendente correspondencia entre matemáticas y realidad física que, desde Galileo, ha perturbado a físicos y matemáticos a lo largo de más de 400 años. ¿Es la matemática el lenguaje en el que la naturaleza se expresa, o es simplemente una extraordinaria y eficaz herramienta desarrollada por el cerebro humano para aproximarnos a la realidad natural?

Complejísima y nada intuitivas abstracciones matemáticas en el campo de la geometría, el análisis o el álgebra se han adaptado maravillosamente bien al propósito de formular las leyes que gobiernan la realidad física, que parecen sustentar la primera de las alternativas. Tegmark abunda en ello, con esta última clase de multiversos, y responde al filósofo Wittgenstein que, sobre la matemática y el mundo, afirmaría que la primera "no dice nada del mundo, existiendo en cualquier mundo posible o incluso aunque no hubiera mundo". Para Tegmark, el mundo, cualquier mundo posible, existirá porque existe la matemática. 

La última cuestión que merece alguna anterior antes de acabar este artículo, es la que se refiere a la búsqueda de posibles evidencias empíricas para la existencia de multiversos. Como he mencionado, han sido mayormente postulados para preservar la estructura matemática, ,o como posibilidad consistente de las teorías físicas fundamentales. Pero ¿puede ser contrastada o refutada su existencia? La pregunta es, en sí misma, controvertida. En algunos casos, como ocurre para los multiversos de clase 1, diferentes burbujas de Hubble podrían llegar a interactuar, propiciando un efecto medible. También universos confinados en diferentes hipersuperficies del mismo continuo espacial proclamado por la teoría de cuerdas, interactuar, con efectos potencialmente observables.

Por otra parte, las condiciones exigibles para la existencia de ciertos tipos de multiversos, como la preservación de una propiedad de los procesos físicos cuánticos denominada unitariedad o la curvatura negativa o nula para la geometría del universo en relatividad general, pueden ser estudiadas de manera experimental y propiciar alguna suerte de refutación. La tarea es, en cualquier caso, ardua y solo muy remotamente fructífera.

 

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