MULTIVERSO NIVEL 2 segunda parte

MULTIVERSO NIVEL 2

SEGUNDA PARTE

La palabra con A

¿Y qué hay de la explicación del ajuste preciso mediante el Multiverso del nivel II? Una teoría donde los botones de la naturaleza adoptan todos los valores posibles en algún lugar pronosticará con un 100 % de fiabilidad que existe un Universo habitable como el nuestro, y como solo podemos vivir en un Universo habitable, no debería sorprendernos que estemos en uno así. Aunque esta explicación es lógica, levanta bastante controversia. Después de todos los intentos acometidos a lo largo de la historia por mantener la Tierra en el centro de nuestro Universo, ha arraigado con fuerza el planteamiento opuesto. Lo que se conoce como el principio copernicano sostiene que el lugar que ocupamos en el espacio y en el tiempo no tiene nada de especial. Brandon Cárter propuso un competidor directo que denominó principio antrópico débil. «Debemos estar preparados para aceptar que nuestra ubicación dentro del Universo es necesariamente privilegiada en tanto en cuanto es compatible con nuestra existencia como observadores».

Algunos físicos interpretaron esto como un paso atrás inadmisible con reminiscencias del geocentrismo. Cuando se tiene en cuenta la precisión comentada de los ajustes finos, la idea del Multiverso del nivel II infringe enormemente el principio copernicano, tal como ilustra la figura 1: la inmensa mayoría de Universos es inerte como piedras, y el nuestro es anómalo en extremo: contiene mucha menos energía oscura que la mayor parte de los restantes, y también tiene muchos otros «mandos» ajustados de forma muy inusual.

FIGURA 1

Si la densidad de la energía oscura (representada aquí por la oscuridad del sombreado) varía de un Universo a otro, las galaxias, los planetas y la vida solo surgirán en esos Universos donde sea más baja. En esta ilustración, la fracción habitable (menos oscura) se corresponde con el 20 % de los Universos, pero la fracción real podría acercarse más a 10 ^-120.

La explicación de cosas que se pueden observar mediante la introducción de Universos paralelos que no se pueden observar también enerva a algunos físicos. En una conferencia que se celebró en 1998 en Fermilab, donde reside el famoso acelerador de partículas a las afueras de Chicago, el público soltó una estruendosa pitada cuando el ponente mencionó la «palabra con A», antrópico. De hecho, para eludir el radar y superar el arbitraje, Martin Rees hizo todo lo posible para evitar usar la palabra con A en el resumen de aquel primer artículo antrópico que escribió. La única objeción que se puede poner al principio antrópico de Cárter es que contenga el término principio, lo que induce a pensar que se trata de algo en cierto modo opcional. Pero no, el empleo de la lógica correcta al enfrentar una teoría a la observación no es opcional. Si la mayoría del espacio no es habitable, está claro que debemos contar con que nos encontramos en un lugar especial por ser habitable. De hecho, la mayoría del espacio parece bastante inhabitable incluso limitándonos a nuestro propio Universo

Por ejemplo, solo la milésima parte de una billonésima de una billonésima de una billonésima de nuestro Universo reside un kilómetro a la redonda de una superficie planetaria, así que esos son lugares muy especiales, pero ahí es donde nos encontramos, y no tiene nada de raro. Consideremos un ejemplo más interesante: el de M, la masa del Sol. M repercute en la luminosidad del Sol y, recurriendo a la Física elemental, podemos calcular que la vida tal como la conocemos en la Tierra solo es posible si M se sitúa dentro de la estrecha franja de 1,6 × 10 ³⁰ kg y 2,4 × 10 ³⁰kg, porque en cualquier otro caso el clima de la Tierra sería más frío que en Marte o más tórrido que en Venus. El valor que hemos medido es M ~ 2,0 × 10 ³⁰ kg.

Esta coincidencia aparentemente inexplicable entre el valor habitable y el observado tal vez resulte desconcertante, dado que los cálculos revelan que puede haber estrellas con un rango de masas mucho más amplio que ese y que va desde M ~ 10 ²⁹ kg a 10 ³² kg: la masa del Sol parece ajustada con precisión para la vida. Sin embargo, esta casualidad aparente se puede explicar porque hay un conjunto de muchos de esos sistemas con distintas «posiciones de los mandos»: ahora sabemos que existen muchos sistemas así con variedad de tamaños en la estrella central y las órbitas planetarias y, obviamente, debemos contar con encontrarnos en uno de los sistemas habitables.

El detalle interesante aquí es que podríamos habernos basado en este ajuste fino del Sistema Solar para afirmar que existen sistemas solares diferentes, antes incluso de descubrirlos. Siguiendo una lógica idéntica, podemos basarnos en los ajustes finos de nuestro Universo para defender la existencia de Universos distintos. La única diferencia en este caso estriba en si las otras entidades predichas son observables o no, pero esta disparidad no debilita el argumento, porque no afecta a la lógica subyacente.

¿Qué podemos aspirar a predecir?

Antes de lograr el célebre descubrimiento de que las órbitas planetarias son elípticas, Johannes Kepler ideó una teoría elegante en relación con el tercer número de la tabla anterior: planteó que las órbitas de Mercurio, Venus, la Tierra, Marte, Júpiter y Saturno mantenían entre sí las mismas proporciones que seis esferas anidadas unas dentro de otras, como muñecas rusas, separadas respectivamente entre sí por un octaedro, un icosaedro, un dodecaedro, un tetraedro y un cubo. Aparte de que mejores medidas no tardaron en descartar su teoría, toda aquella suposición nos parece absurda ahora que sabemos que hay otros sistemas solares: las órbitas específicas que hemos medido dentro del Sistema Solar no revelan nada fundamental sobre este Universo, sino tan solo algo sobre el lugar que ocupamos dentro de él; en concreto, en qué sistema solar particular residimos. Según esto, podemos considerar esas cifras como parte de nuestra dirección dentro del espacio, como parte de nuestro código postal cósmico. Por ejemplo, si hubiera que explicar a un cartero extraterrestre en qué sistema planetario del entorno galáctico tendría que entregar un paquete, le diríamos que se dirigiera al formado por ocho planetas cuyas órbitas son 1,84, 2,51, 4,33, 12,7, 24,7, 51,1 y 76,5 veces mayores que la del planeta más interior. Y entonces respondería: «¡Ah, sí! ¡Ya sé de qué sistema solar me habla!». De la misma manera, siempre hemos renunciado a predecir la masa o el radio de la Tierra a partir de principios fundamentales, porque sabemos que existen muchos planetas de tamaños distintos.

Pero ¿qué hay de la masa y el tamaño orbital de un electrón? Estos valores son idénticos en todos los electrones que hemos medido dentro de este Universo y eso nos ha infundido la esperanza de que sean propiedades realmente fundamentales de nuestro mundo físico, cantidades que algún día llegaremos a calcular únicamente a partir de la teoría, siguiendo el mismo espíritu del modelo de las órbitas de Kepler. De hecho, en el año 1997, el conocido experto en teoría de cuerdas Ed Witten comunicó su confianza en que la teoría de cuerdas predijera algún día cuántas veces es más ligero un electrón que un protón. Sin embargo, en la fiesta del sexagésimo cumpleaños de Andréi Linde, confesó que había renunciado a predecir algún día todas las constantes de la naturaleza.

¿A qué viene este nuevo pesimismo? Pues a que la historia se está repitiendo. El Multiverso del nivel II ejerce sobre la masa del electrón el mismo efecto que tiene la masa de otros planetas en la masa de la Tierra, lo degrada de ser una propiedad fundamental de la naturaleza a convertirse en un mero detalle de nuestra dirección cósmica. Lo mismo ocurre con cualquier número que varíe de un miembro a otro del Multiverso del nivel II: la medida de su valor se limita a estrechar las opciones acerca de en qué Universo concreto nos encontramos.

FIGURA 2 Las nueve masas que hemos conseguido medir en las partículas llamadas fermiones

Las nueve masas que hemos conseguido medir en las partículas llamadas fermiones parecen bastante aleatorias, tal como predicen algunos modelos de Multiverso, lo que sugiere que nunca lograremos calcularlas a partir de principios fundamentales. La escala ilustra cuántas veces es más pesada cada partícula que un electrón

Hasta ahora hemos descubierto 32 números independientes integrados en este Universo y que intentamos medir con la mayor cantidad posible de cifras decimales. ¿Sufren variaciones dentro del Multiverso del nivel II, o se puede calcular alguno de ellos a partir de principios fundamentales (o a partir de alguna otra lista más reducida de números)? Aún no disponemos de una teoría física fundamental que nos permita responder esta pregunta, así que, hasta entonces, será interesante estudiar las medidas obtenidas en busca de pistas. Los números que varían dentro del Multiverso deberían parecemos aleatorios si viviéramos en un Universo aleatorio. ¿Pero son aleatorios los valores medidos? Que cada cual juzgue por sí mismo a partir de la figura 2, donde he representado la masa de nueve partículas fundamentales llamadas fermiones en Física de partículas. Dejando al margen la curiosa escala que he utilizado, donde la masa se multiplica por 10 cada pocos centímetros hacia la derecha, me parecen nueve dardos lanzados al azar. De hecho, esos nueve números han superado varias pruebas estadísticas estrictas de aleatoriedad compatibles con un surgimiento aleatorio a partir de lo que en estadística se denomina distribución uniforme con una pendiente inferior al 10 %.

No todo está perdido

Si viviéramos en un Universo aleatorio habitable, los números deberían seguir pareciendo aleatorios, pero con una distribución de probabilidad que favoreciera la habitabilidad. Combinando predicciones sobre cómo varían los números en el Multiverso con la Física relacionada con la formación de galaxias, etc., podemos emitir predicciones estadísticas de qué deberíamos observar en realidad, y tales predicciones han concordado bastante bien hasta ahora con los datos de la energía oscura, la materia oscura y los neutrinos (figura 3). De hecho, la primera predicción de Steven Weinberg de densidad no nula para la energía oscura se realizó de este modo.

FIGURA 3

Si la densidad de la materia oscura, la energía oscura y los neutrinos experimentaran variaciones sustanciales dentro del conjunto del Multiverso del nivel II, la mayoría de los Universos estarían desprovistos de galaxias y de vida, y un observador elegido al azar debería contar con medir valores dentro de un rango bastante estrecho, cuantificado por las distribuciones de probabilidad mostradas. Deberíamos esperar que los valores medidos cayeran en la región gris central con un 90 % de probabilidades y, de hecho, lo hacen.

Hemos recorrido toda la lista de los «botones» conocidos de nuestro «controlador universal», y visto qué ocurriría si estuvieran en posiciones diferentes. Por ejemplo, por favor no gire los botones de la figura del artículo anterior para el número de dimensiones espaciales y temporales, porque sería letal. Si aumentara la cantidad de dimensiones espaciales a más de tres no habría sistemas planetarios estables, ni átomos estables. Por ejemplo, pasar a un espacio tetradimensional altera la ley del inverso de los cuadrados de Newton para la fuerza gravitatoria y la convierte en una ley del inverso de los cubos, lo cual no proporciona ni una sola órbita estable.

El físico austríaco Paul Ehrenfest ya lo había descubierto en 1917� Los espacios con menos de tres dimensiones no admiten sistemas solares porque la gravedad deja de ejercer atracción, y probablemente sean demasiado simples para contener observadores; también por otras razones, como que dos neuronas no pueden cruzarse. La modificación del número de dimensiones temporales no es tan absurda como podría pensarse, y la teoría de la relatividad general de Einstein se maneja bien con ella. Sin embargo, eso eliminaría la propiedad matemática clave de la Física que nos permite realizar predicciones, lo que restaría todo el sentido al desarrollo del cerebro. Tal como ilustra la figura 4, esto convierte el espacio de tres dimensiones y el tiempo de una dimensión en la única opción viable.

FIGURA 4

Con más de tres dimensiones espaciales no hay átomos ni sistemas solares estables. Con menos, no hay atracción gravitatoria. Con más o menos de una dimensión temporal, la Física pierde toda su capacidad predictiva, y el desarrollo cerebral no tendría ningún sentido. En un Multiverso del nivel II donde la cantidad de dimensiones espaciales y temporales varíe de un Universo a otro, deberíamos contar con residir en un Universo con tres dimensiones espaciales y una dimensión temporal, porque lo más probable es que todos los demás Universos estén deshabitados.

En otras palabras, un recién nacido con una inteligencia infinita podría, antes de realizar ninguna observación en absoluto, calcular a partir de principios fundamentales que hay un Multiverso de nivel II que contiene las distintas combinaciones de dimensiones espaciales y temporales, y que 3 + 1 es la única opción para que se dé la vida. Por tanto, parafraseando a Descartes, esa criatura podría pensar "Cogito, ergo tres dimensiones espaciales y una dimensión temporal", antes de abrir los ojos por primera vez y comprobar su conclusión.

Si todo el Multiverso del nivel II existe en un solo espacio, ¿cómo podría albergar distintas dimensionalidades? De acuerdo con los modelos más consolidados de la teoría de cuerdas, lo único que varía es la dimensionalidad aparente, el espacio real siempre tiene nueve dimensiones, pero no percibimos seis de ellas porque están microscópicamente enroscadas: si recorremos una distancia minúscula a lo largo de una de esas seis dimensiones ocultas, regresaremos al punto de partida. Se supone que en un principio las nueve dimensiones estaban enroscadas, pero que en nuestra mancha de espacio la inflación estiró tres de ellas hasta darles unas dimensiones astronómicas, mientras que dejó seis de ellas diminutas e invisibles. En otro lugar del Multiverso del nivel II la inflación podría haber estirado una cantidad diferente de dimensiones y haber creado así mundos desde cerodimensionales hasta nonadimensionales.

La comunidad matemática ha identificado muchas formas distintas en las que esas dimensiones adicionales pueden enroscarse y llenarse de energía (por ejemplo, es posible que campos magnéticos generalizados serpenteen por el interior de las dimensiones ocultas), y en teoría de cuerdas, todas estas opciones se corresponden con las distintas posiciones de los mandos que exploramos con anterioridad. Es posible que cada opción equivalga no solo a diferentes constantes físicas en las dimensiones que no están enroscadas, sino también a diferentes reglas para la existencia de partículas elementales y las ecuaciones efectivas que las describen. Podría haber Universos paralelos del nivel II donde haya 10 tipos de quarks en lugar de 6.

En resumen, esto significa que aunque las ecuaciones fundamentales de la Física (tal vez las de la teoría de cuerdas) sigan siendo válidas en todo el Multiverso del nivel II, las leyes aparentes de la Física que descubran los observadores pueden variar de un Multiverso del nivel I a otro. En otras palabras, esas leyes aparentes son universales, no en el sentido de «siempre aplicables» que les atribuye el diccionario, sino tan solo en el sentido más literal de «aplicables únicamente en este Universo». Solo son multiversales en el nivel I, no en el nivel II. En cambio, las ecuaciones fundamentales son multiversales incluso en el nivel II: no cambiarán hasta que lleguemos al Multiverso del nivel IV�

Intermedio recapitulatorio multiversal

En este artículo hemos indagado en multitud de ideas que suenan extrañas a nuestros oídos, así que propongo acabarlo dando un paso atrás para considerar una panorámica del cuadro completo. Creo que la inflación es la explicación que no cesa (ni de inflarse ni de explicar). Del mismo modo que la división celular no da lugar únicamente a un individuo y se para, sino a una población inmensa y variada de seres humanos, da la impresión de que la inflación tampoco creó únicamente un Universo y paró, sino que dio lugar a una población inmensa y variada de Universos paralelos, creando tal vez todas las opciones posibles de lo que solíamos considerar constantes físicas.

Pero esto explicaría a su vez otro misterio: el hecho de que este Universo esté ajustado con tanta precisión para la vida. Aunque la mayoría de losUniversos paralelos creados por la inflación hayan nacido inertes, habrá algunos con unas condiciones perfectas para la vida, y no es de extrañar que nos hallemos en uno así. A algunos físicoa les gusta hablar de Alan Guth como el «posibilitador», porque la inflación eterna permite que ocurra todo lo que puede ocurrir: la inflación produce el espacio necesario para que eso suceda y crea las condiciones iniciales necesarias para que se desarrolle esa historia. En otras palabras, la inflación es un proceso que convierte lo potencial en real. Si no le gusta hablar del Multiverso del nivel II, diga «el espacio» en su lugar, porque recordemos que todos los Universos paralelos del nivel I y del nivel II no son más que regiones distantes de un mismo espacio infinito, solo que con una estructura mucho más rica que la que imaginó Euclides: se está expandiendo, solo alcanzamos a ver de él la pequeña parte que llamamos nuestro Universo, y sus propiedades lejanas son más diversas que las que apreciamos a través de los telescopios. La concepción de que nuestro Universo es homogéneo y se revela igual en todas partes no es más que un interludio válido únicamente a escalas intermedias: la gravitación concentra las cosas y las vuelve interesantes a escalas pequeñas, mientras que la inflación diversifica las cosas y las torna interesantes a gran escala.

Si aún le cuesta alcanzar la paz interior con los Universos paralelos, hay otra manera de concebirlos que tal vez le sea de ayuda. Alan Guth la comentó durante una conferencia reciente en el MIT, pero no tiene nada que ver con la inflación. El procedimiento científico que debemos seguir cuando descubrimos un objeto en la naturaleza es buscar el mecanismo que lo creó. Los coches salen de las fábricas de coches, los conejos surgen de sus progenitores conejos, y los sistemas solares se crean a partir del colapso gravitatorio en nubes moleculares gigantes. Así que es bastante razonable suponer que nuestro Universo fue creado por alguna clase de mecanismo generador de Universos (quizá la inflación, quizá algo totalmente distinto).

La cuestión es que todos los mecanismos que acabamos de mencionar producen de manera natural muchas copias de lo que crean; un cosmos en el que hubiera solo un coche, un conejo y un sistema solar resultaría bastante artificioso. Del mismo modo cabe afirmar que es más natural que el mecanismo que realmente creó el Universo, fuera el que fuera, produjera muchos Universos en lugar de únicamente el que nos cobija a nosotros.

Si aplicamos el mismo argumento al mecanismo que desencadenó la inflación y que a la larga dio lugar a nuestro Multiverso del nivel II, se concluye que probablemente produjo muchos Multiversos separados del nivel II que no mantienen ninguna conexión entre sí. Sin embargo, esta variante se revela imposible de verificar, puesto que ni aportaría mundos cualitativamente diferentes ni alteraría la distribución probabilística de sus propiedades: todos los Multiversos posibles del nivel I ya se realizan dentro de cada uno de esos Multiversos del nivel II.

Dejando a un lado la inflación, puede que haya otros mecanismos generadores de Universos. Una idea propuesta por Richard Tolman y John Wheeler, y desarrollada recientemente por Paul Steinhardt y Neil Turok, es que nuestra historia cósmica es cíclica, que experimenta una sucesión infinita de Grandes Explosiones. En caso de existir, el conjunto de esas encarnaciones también formaría un Multiverso, tal vez con una diversidad parecida a la del nivel II.

Otro mecanismo de creación de Universos, propuesto por Lee Smolin, guarda relación con la mutación y el brote de Universos nuevos a través de agujeros negros, en lugar de mediante inflación. Esto también daría lugar a un Multiverso del nivel II, solo que la selección natural favorecería los Universos con la máxima producción de agujeros negros. El físico Andrew Hamilton trabaja sobre ese mecanismo generador de Universos: ha investigado una inestabilidad que ocurre dentro de los agujeros negros poco después de su formación, y se trata de un fenómeno tan violento que bastaría para desencadenar la inflación que crearía un Multiverso del nivel I, el cual estaría contenido íntegramente dentro del agujero negro original, solo que sus moradores seguramente ni lo sabrían ni les importaría.

Los escenarios de lo que se conoce como Cosmología de branas admiten la existencia de otro mundo tridimensional literalmente paralelo al nuestro y situado a poca distancia, en una dimensión superior. Sin embargo, no creo que ese mundo (o brana) merezca llamarse Universo paralelo separado del nuestro, puesto que puede establecer interacciones gravitatorias con él igual que hacemos nosotros con la materia oscura.

Los Universos paralelos siguen generando gran controversia. Pero a lo largo de la última década se ha producido un cambio notable dentro de la comunidad científica porque los Multiversos han pasado de ocupar una posición marginal a debatirse abiertamente en los congresos de Física y en artículos revisados por pares. Creo que el éxito de la Cosmología de precisión y de la inflación ha sido determinante para traer ese cambio, al igual que el hallazgo de la energía oscura y la imposibilidad de explicar su ajuste fino por otras vías. Hasta esos físicos a los que les disgusta la idea del Multiverso suelen reconocer ahora a regañadientes que los argumentos básicos para defenderlo son razonables. La crítica principal ha pasado de ser «esto no tiene ningún sentido y lo detesto» a ser «lo detesto».

Los humanos adolecemos de una tendencia bien documentada hacia la arrogancia que nos induce a creernos con presunción el centro de todo, mientras todo lo demás gira a nuestro alrededor. Poco a poco hemos sabido que en realidad somos nosotros quienes giramos alrededor del Sol, que a su vez gira alrededor de una galaxia como muchísimas otras. Los avances físicos tal vez nos permitan ahondar aún más en la verdadera naturaleza de la realidad; de hecho, en estos dos últimos artículos tan solo hemos descendido hasta dos niveles de Multiversos, y aún nos quedan dos más por recorrer. En el próximo artículo empezaremos a explorar el Multiverso del nivel III. El precio que habrá que pagar por ello es crecer en humildad (lo que seguramente nos hará bien), pero a cambio quizá nos veamos residiendo en una realidad más grandiosa que la que nuestros ancestros alcanzaron a imaginar en sus sueños más exaltados.