MULTIVERSO NIVEL 2

MULTIVERSO NIVEL 2

El Multiverso del nivel II

Con anterioridad he descrito la inflación como un tesoro inagotable, porque cada vez que nos parece imposible que prediga algo más revolucionario que lo anterior, lo hace. Si el Multiverso del nivel I nos pareció enorme y difícil de digerir, imaginemos un conjunto infinito de muchos de ellos independientes, algunos tal vez con leyes Físicas aparentemente distintas.

Andréi Linde, Alex Vilenkin, Alan Guth y sus colegas han revelado que esta es la predicción típica de la inflación, y la llamaremos Multiverso del nivel II

Muchos Universos en un solo espacio

¿Cómo puede permitir la Física esta locura? Vimos que la inflación puede crear un volumen infinito dentro de un volumen finito. No hay ninguna razón que impida a la inflación hacer eso mismo en varios volúmenes adyacentes y que acabe dando lugar a diversas regiones infinitas (Multiversos del nivel I), puesto que la inflación es eterna y nunca termina en las fronteras entre ellas. Esto significa que si usted vive en uno de esos Multiversos del nivel I, le resultará imposible visitar un Multiverso vecino: la inflación continúa creando espacio intermedio más deprisa que la velocidad a la que se podría viajar a su través.

En otras palabras, aunque esas otras zonas del Multiverso del nivel II se encuentren en el mismo espacio que nosotros, distan más que infinito de nosotros, en el sentido de que nunca las alcanzaríamos aunque viajáramos eternamente a la velocidad de la luz. En cambio, en principio sí podemos viajar a una región situada a cualquier distancia dentro de nuestro Multiverso del nivel I si tenemos la paciencia suficiente y la expansión cósmica se frena.

FIGURA 1

Si la inflación eterna crea tres regiones infinitas mediante el mecanismo de la figura de mi artículo "Multiverso nivel1", es imposible viajar de una a otra porque la inflación sigue creando espacio nuevo entre nosotros y nuestro destino más deprisa de lo que se puede viajar por él.

En la figura 1 he simplificado las cosas prescindiendo del hecho de que el espacio se está expandiendo. Las regiones en proceso eterno de inflación de la figura, las cuales he representado mediante líneas verticales que separan los Multiversos del nivel I , se expandirán con rapidez y, a la larga, partes situadas en su interior dejarán de inflarse y darán lugar a regiones adicionales en forma de U. Con ello las cosas se ponen más interesantes, porque confieren al Multiverso del nivel II una estructura arbórea, tal como se ilustra en la figura 2. Cualquier región sometida a la inflación sigue expandiéndose con rapidez, pero la inflación acaba cesando en varias de sus partes y crea regiones en forma de U, cada una de las cuales constituye un Multiverso infinito del nivel I. El árbol continúa creciendo eternamente y sigue creando una cantidad infinita de regiones en forma de U que, juntas, forman el Multiverso del nivel II.

Dentro de cada una de estas regiones, el final de la inflación transforma la sustancia que se infla en partículas que a su debido tiempo se concentrarán en átomos, estrellas y galaxias. Alan Guth llama «Universo de bolsillo» a cada Multiverso del nivel I, porque encaja perfectamente en una pequeña parte del árbol.

FIGURA 2

¡Diversidad!

Con anterioridad he comentado que el Multiverso del nivel II puede contener infinitas regiones con leyes físicas aparentemente distintas. Pero esto suena absurdo: ¿Cómo es posible que las leyes de la Física permitan la existencia de leyes físicas diferentes? Como veremos a continuación, la idea clave es que las leyes fundamentales de la Física, que por definición rigen en todo lugar y en todo tiempo, pueden dar lugar a situaciones físicas complejas donde las leyes efectivas de la Física deducidas por observadores conscientes varíen de un lugar a otro.Pero ¿podría ocurrir que lo que los

Pero ¿podría ocurrir que lo que los humanos consideramos espacio vacío también fuera alguna clase de medio? De hecho, cada vez hay más signos de que las cosas son justamente así. No solo nuestro «espacio vacío» parece ser una especie de medio, sino que parece tener muchos más estados que tres, puede que 10 ⁵⁰⁰ y tal vez hasta infinitos, lo que deja abierta la posibilidad de que, además de curvarse, estirarse y vibrar, nuestro espacio también sea capaz incluso de hacer algo análogo a ¡la congelación y la evaporación!

¿Cómo han llegado los físicos a esta conclusión? Los físicos buscan ecuaciones que describan nuestro propio espacio y lo que contiene. Aún no hemos llegado a la respuesta final, pero las respuestas aproximadas conseguidas de momento comparten una característica clave: tienen más de una solución (estado) que describe un espacio uniforme. La teoría de cuerdas, principal candidata a una respuesta definitiva, ha descubierto que tiene unas 10 ⁵⁰⁰ soluciones o más, y nada indica que otras teorías rivales, como la gravitación cuántica de lazos, arrojen una solución única. A los físicos les gusta denominar "paisaje" de la teoría al conjunto de todas las soluciones posibles. Todas estas soluciones, cuyas propiedades constituyen leyes efectivas de la Física, corresponden a diferentes posibilidades permitidas por las mismas leyes fundamentales de la Física.

¿Qué tiene esto que ver con la inflación? Curiosamente, la inflación eterna posee la propiedad de ¡crear todas las clases posibles de espacio! Produce todo el paisaje. De hecho, para cada estado que puede tener el espacio, crea una cantidad infinita de Multiversos del nivel I repletos de espacio en ese estado. Esto significa que es fácil que los observadores se dejen engañar: como observamos un espacio con las mismas propiedades en todas partes dentro de nuestro Universo, nos sentimos tentados a concluir erróneamente que el espacio es así también en todas partes.

¿Cómo logra esto la inflación? Se necesita gran cantidad de energía para que el espacio cambie de estado, así que los procesos que observamos a diario son incapaces de lograrlo. Pero allá por los tiempos de la inflación había una cantidad enorme de energía en cada pequeño volumen, la suficiente para que las fluctuaciones cuánticas ya mencionadas provocaran un cambio de fase en alguna región minúscula que, más tarde, se inflaría y convertiría en una región enorme que albergara tan solo esa fase. Es más, una región determinada del espacio debe encontrarse en un estado definido para dejar de inflarse. Esto garantiza que las regiones colindantes entre dos estados siguen inflándose por siempre, de forma que cada fase llena por completo un Multiverso infinito del nivel I.

¿Y a qué se parecen esos estados diferentes del espacio? Imagine que le regalan un coche ahora en Navidad con la llave puesta en el contacto, pero que jamás ha oído hablar de coches con anterioridad, y que no sabe nada en absoluto sobre su funcionamiento. Como usted es una persona curiosa, accede al vehículo y empieza a trastear con los botones, mandos y palancas. Al final se hace una idea de cómo usarlo y acaba conduciendo bastante bien. Pero, sin que usted lo supiera, alguien eliminó la letra R de la palanca de cambios y manipuló la transmisión de forma que hay que aplicar una cantidad de fuerza increíble para dar marcha atrás. Esto quiere decir que, a menos que alguien se lo diga, es muy probable que usted jamás descubra que el coche también se mueve hacia atrás. Si le pidieran que describiera cómo funciona el coche, afirmaría erróneamente que, sin excepción, siempre que el motor está en marcha, cuanto más se pisa el acelerador, más rápido se mueve el coche hacia delante. Por el contrario, si en otro Universo paralelo hubiera que aplicar una fuerza enorme para que el coche funcionara hacia delante, allí se llegaría a la conclusión de que esa extraña máquina funciona de manera diferente y solo se mueve hacia atrás.

Nuestro Universo se parece mucho a ese coche. Tal como ilustra la figura 3 tiene un montón de «botones» que controlan su funcionamiento: las leyes por las que las cosas se mueven cuando les hacemos algo y demás, eso que en el colegio nos dijeron que son las leyes de la Física, incluidas las constantes de la naturaleza. Cada posición de los botones se corresponde con uno de los estados del Universo, así que, si hay 500 botones con 10 posiciones posibles, habrá 10⁵⁰⁰ fases distintas.

FIGURA 3

El propio tejido del espacio y el tiempo parece traer de serie diversos botones que pueden adoptar distintas posiciones en diferentes partes del Multiverso de nivel II. Nuestro Universo actual parece tener 32 botones que admiten un ajuste continuo, aparte de otros mandos adicionales con una cantidad distinta de posiciones para controlar el tipo de partículas que pueden darse en él.

En la enseñanza secundaria se enseña erróneamente que esas leyes y constantes tienen una vigencia universal, que nunca cambian ni de un lugar a otro ni de un tiempo a otro. ¿A qué se debe este error? Pues a que se necesita una cantidad enorme de energía (mucha más de la disponible) para cambiar la posición de los botones, igual que con la palanca de cambios del coche, así que no nos dábamos cuenta de que pueden modificarse, ni de que tuvieran varias posiciones posibles: a diferencia de las palancas de cambios, los botones de la naturaleza están muy bien ocultos. Se manifiestan en forma de lo que llamamos campos de alta masa y otras entidades oscuras, y se necesita una energía inmensa no ya para modificarlos, sino incluso para, antes que nada, detectar si existen.

Entonces ¿cómo averiguaron los físicos que probablemente existen esos botones y que si dispusiéramos de energía suficiente podríamos hacer que el Universo funcionara de un modo distinto? Pues de la misma manera que la curiosidad le permitiría a usted descubrir que el coche, en principio, puede funcionar hacia atrás: ¡mediante el estudio detenido del funcionamiento de sus partes! Lo vería examinando a conciencia los engranajes de la transmisión. Del mismo modo, el meticuloso estudio de los elementos esenciales más pequeños de la naturaleza nos sugiere que con la energía suficiente podrían reordenarse de manera que este Universo funcionara de forma diferente. La inflación eterna habría aportado la energía necesaria para que las fluctuaciones cuánticas realizaran todas esas reordenaciones posibles en distintos Multiversos del nivel I, y se podría comportar como un forzudo gorila que trasteara al azar con todos los botones y palancas dentro de un aparcamiento repleto de coches: al acabar, algunos de esos coches tendrían activada la marcha atrás.

En resumen, el Multiverso del nivel II altera de manera radical el concepto que tenemos de las leyes físicas. Muchas de las regularidades que solíamos explicar como leyes fundamentales, que por definición se mantienen en cualquier tiempo y lugar, han resultado ser meras leyes efectivas, subleyes locales que pueden variar de un lugar a otro y que se corresponden con distintas posiciones de los botones que definen el espacio en distintos estados o fases. Este cambio continúa una antigua tendencia: mientras que Copérnico contempló como ley fundamental el hecho de que los planetas orbitaran siguiendo circunferencias perfectas, ahora sabemos que también se dan órbitas más generales, y que el grado en que una órbita se aparta de la circularidad (lo que en astronomía se denomina «excentricidad») es en realidad un botón que solo puede cambiar de posición despacio y con dificultad una vez que se ha formado un sistema planetario.

El Multiverso del nivel II traslada este concepto a un contexto nuevo al degradar muchas más leyes fundamentales a leyes efectivas, tal como veremos a continuación.

Tabla: Guía de los principales conceptos sobre el Multiverso y sus interrelaciones

El ajuste fino como indicio del Multiverso del nivel II

Entonces, ¿existe de verdad el Multiverso del nivel II? Como he dicho, los signos de la inflación eterna (y hay muchos) son indicios de la existencia del Multiverso del nivel II, porque la primera predice este último. También hemos visto que si hay leyes o constantes de la naturaleza que en principio pueden variar de un lugar a otro, la inflación eterna hará que les ocurra lo mismo dentro del Multiverso del nivel II. Pero ¿hay alguna otra señal directa que no dependa tanto de argumentos teóricos? Pues sí, y a continuación explicaré por qué: el hecho de que este Universo manifieste un ajuste fino tan preciso para permitir la vida. Básicamente hemos descubierto que muchos de esos botones de los que hemos hablado están ajustados con valores muy especiales, y si pudiéramos cambiarlos siquiera mínimamente, la vida tal como la conocemos se tornaría imposible.

Girando el mando de la energía oscura, las galaxias no se formarán jamás; moviendo otro botón, los átomos se volverán inestables; y así sucesivamente. Veamos tres reacciones ante esta precisión observada en el ajuste fino de los mandos:

Casualidad: se trata de una coincidencia casual y no hay nada más.

Diseño: es una señal de que nuestro Universo fue diseñado por alguna entidad (quizá una deidad o una forma de vida avanzada que simula un Universo) que ajustó los mandos con precisión para que se diera la vida.

Multiverso: es un signo de que existe el Multiverso del nivel II, porque si los mandos ocupan todas las configuraciones en algún lugar, es natural que existamos y que nos encontremos en una región habitable.

Ajuste fino de la energía oscura

Nuestra historia cósmica ha consistido en un tira y afloja gravitatorio entre la materia oscura, que tiende a unir las cosas entre sí, y la energía oscura, que tiende a separarlas. Como los procesos que forman galaxias consisten por entero en la unión de cosas, considero la materia oscura como una aliada, y la energía oscura como una enemiga. La densidad cósmica viene dominada por lo común por la materia oscura, y su atracción gravitatoria contribuyó a ensamblar galaxias como la nuestra. Sin embargo, como la expansión cósmica acabó diluyendo la materia oscura, pero no la energía oscura, la repulsión gravitatoria de la energía oscura consiguió prevalecer y saboteó la formación de más galaxias. Esto significa que si la energía oscura hubiera tenido una densidad considerablemente mayor, habría empezado a prevalecer mucho antes, cuando ninguna galaxia había tenido tiempo aún de formarse.

El resultado habría sido un Universo nacido muerto, para siempre oscuro y carente de vida, formado por nada más complejo o interesante que gas casi uniforme. Por otro lado, si se redujera lo bastante la densidad de la energía oscura como para volverse considerablemente negativa (algo que la teoría de la gravitación de Einstein permite), nuestro Universo habría dejado de expandirse y habría vuelto a compactarse en un episodio cataclísmico de Gran Implosión antes de que cualquier forma de vida hubiera tenido tiempo de desarrollarse. En resumen, si descubriera usted cómo hacer para alterar la densidad de la energía oscura tocando la palanca de la energía oscura de la figura 4, no la desplace demasiado en ninguna de las dos direcciones posibles, porque sería tan desastroso para la vida como pulsar el botón de Off.

¿Cuánto se podría girar la rueda de la energía oscura antes de llegar al instante límite? La posición actual del mando, la que corresponde a la densidad de la energía oscura que ya hemos medido, se sitúa en torno a los 10 ^-27 kilogramos por metro cúbico, una cantidad casi ridícula por su cercanía al cero en comparación con el rango disponible: el valor natural máximo para este mando es de una densidad de la energía oscura en torno a 10 ⁹⁷ kilogramos por metro cúbico, que es cuando las fluctuaciones cuánticas llenan el espacio de agujeros negros diminutos, mientras que el valor mínimo se corresponde con ese mismo número pero precedido de un signo negativo. Un giro completo del mando de la energía oscura que aparece en la figura 4 alteraría la densidad en toda su amplitud, ya que la posición actual del mando en nuestro Universo dista una fracción 10 ^-123 de una vuelta de la posición intermedia. Esto significa que si quisiéramos ajustar el mando para permitir la formación de galaxias, habría que medir el ángulo del tramo que habría que mover la rueda hacia la derecha ¡con más de 120 decimales! Aunque parece un ajuste de una precisión imposible, da la impresión de que algún mecanismo logró hacerlo en nuestro Universo.

Ajuste fino de las partículas

En el micromundo de las partículas elementales, también hay muchos botones que determinan la masa de las partículas y la intensidad con que interaccionan unas partículas con otras, y la comunidad científica ha ido descubriendo de manera gradual que muchos de esos mandos también están ajustados con precisión. Por ejemplo, si la fuerza electromagnética se debilitara tan solo un 4 %, el Sol estallaría al instante, porque el hidrógeno que contiene se fusionaría en lo que llamamos diprotones, una clase de helio carente de neutrones de otro modo inexistente. Si experimentara una intensificación significativa, los átomos que antes eran estables, como el carbono y el oxígeno, sufrirían una desintegración radiactiva.

Si la denominada fuerza nuclear débil fuera bastante más ligera, no habría hidrógeno, porque todo él se habría convertido en helio poco después de nuestra Gran Explosión. Si fuera mucho más intensa o mucho más débil, los neutrinos generados por las explosiones de supernova no harían saltar en pedazos las regiones exteriores de esas estrellas, y es poco probable que los elementos más pesados necesarios para la vida, como el hierro, lograran salir alguna vez de las estrellas donde se formaron y acabaran en planetas como la Tierra.

Si los electrones fueran mucho más ligeros, no habría estrellas estables, y si fueran mucho más pesados, no existirían estructuras ordenadas como los cristales y las moléculas de ADN. Si los protones fueran un 0,2 % más pesados, se desintegrarían en neutrones incapaces de retener electrones, así que no habría átomos. Si, por el contrario, fueran mucho más ligeros, los neutrones situados en el interior de los átomos se desintegrarían en protones, así que no habría átomos estables salvo el hidrógeno. De hecho, la masa del protón depende de otro botón que tiene un rango de variación muy amplio y que debe ajustarse con una precisión de treinta y tres decimales para lograr algún átomo estable además del hidrógeno.

Ajuste fino cosmológico

Muchos de estos ejemplos de ajuste fino fueron descubiertos en los años setenta y ochenta del siglo pasado por Paul Davies, Brandon Carter, Bernard Carr, Martin Rees, John Barrow, Frank Tipler, Steven Weinberg y otros físicos. Y no han dejado de aparecer ejemplos nuevos. En el artículo anterior vimos que la amplitud de las fluctuaciones cósmicas primordiales rondaba el 0,002 %. Martin Rees calculó que si fuera mucho menor, no se habrían formado galaxias, y si fuera mucho mayor, habrían ocurrido impactos frecuentes de asteroides y otros inconvenientes. A Frank Wilczek se le ocurrió una manera de que la densidad de la materia oscura pueda variar de un Universo a otro y, junto a Martin Rees y Anthony Aguirre, calcularon que si el mando de la materia oscura se ajustara en una posición muy alejada del valor observado, también tendría consecuencias negativas para nuestra salud.

La explicación de la casualidad

Entonces, ¿cómo hay que entender estos ajustes precisos? En primer lugar ¿por qué no los ignoramos por completo por tratarse de una gran cantidad de casualidades fortuitas? Pues porque el método científico no tolera coincidencias inexplicables: decir «mi teoría necesita una coincidencia inexplicable para concordar con la observación» equivale a decir «mi teoría está descartada». Por ejemplo, sabemos que la inflación predice que el espacio es plano, y las manchas del fondo cósmico de microondas deberían tener un tamaño medio aproximado de un grado, y los experimentos así lo confirmaron. Supongamos que los miembros del equipo del proyecto Planck hubieran observado un tamaño medio de manchas mucho menor que los animara a anunciar que habían descartado la inflación con un 99,999 % de fiabilidad. También cabría considerar que fluctuaciones aleatorias en un Universo plano podrían haber causado la aparición de las manchas inusualmente pequeñas que habían medido, y que eso los llevó hacia una conclusión incorrecta, pero hay un 99,999 % de probabilidades de que no fuera así lo que pasó.

En otras palabras, la inflación necesitaría una coincidencia inexplicable que solo se da 1 vez entre 100 000 para concordar con las mediciones. Alan Guth y Andréi Linde se habrían saltado el método científico si en ese contexto hubieran celebrado una rueda de prensa conjunta para insistir en que no había ningún indicio contrario a la inflación porque tenían el presentimiento de que las mediciones del Planck no eran más que una coincidencia fortuita que debía ignorarse. Dicho de otro modo, las fluctuaciones aleatorias implican que en Ciencia nunca podremos estar seguros de nada al 100 %, porque siempre cabe una probabilidad minúscula de que haya ruido aleatorio en las medidas, de que el detector funcione mal o incluso de que todo el experimento no sea más que una alucinación. En la práctica, en cambio, la comunidad científica suele considerar más que muertas las teorías que se descartan con un 99,999 % de seguridad.

Aun así, la teoría de que el ajuste fino de la energía oscura se debe a una carambola obliga a creer en una casualidad inexplicable mucho más inverosímil aún, y que, por tanto, se descarta con un 99,999999� por ciento de fiabilidad, con 120 nueves después de la marca decimal.

CONTINUARÁ...