Cómo cartografiar el multiverso

ComparteTweet about this on TwitterShare on FacebookEmail this to someoneShare on Google+Share on RedditShare on LinkedInPin on PinterestShare on TumblrPrint this page
(Imagen: George Diebold / Photographer’s Choice / Getty)

Brian Greene pasó una buena parte de la última década elogiando las virtudes de la Teoría de Cuerdas. Soñó que un día proporcionaría a los físicos una teoría del todo que describiría nuestro universo. Su éxito de ventas “El Universo Elegante” captó de forma elocuente la búsqueda de esta teoría final.

“Pero en contratiempo era que la Teoría de Cuerdas permitía, en principio, muchos universos”, dice Greene, físico teórico en la Universidad de Columbia en Nueva York. En otras palabras, la Teoría de Cuerdas parece igualmente capaz de describir universos muy distintos al nuestro. Greene esperaba algo en la teoría finalmente descartase la mayor parte de las posibilidades y quedase sólo uno de estos universos como el real: el nuestro.

Hasta el momento, esto no ha sucedido – y no ha sido por falta de intentos. Como resultado, los teóricos de cuerdas están empezando a aceptar que sus ambiciones sobre la teoría pueden haber estado equivocadas. Tal vez nuestro universo no es el único después de todo. Tal vez la Teoría de Cuerdas ha sido correcta desde siempre.

Greene, ciertamente, ha tenido que cambiar su corazonada. “Caminas lo suficientemente lejos a lo largo de un número de caminos de la física y te encuentras con la posibilidad de que nuestro universo sea uno entre muchos”, dice. “Entonces, ¿qué haces? Te golpeas la cabeza y dices, ‘Ah, tal vez el universo está intentando decirme algo’. Personalmente he sufrido un tipo de transformación, donde soy más receptivo a esta posibilidad de que seamos uno entre muchos universos, y que estamos en uno donde podemos sobrevivir”.

La transformación de Greene es emblemática de un profundo cambio entre la gran mayoría de los físicos. Hasta recientemente, muchos eran reacios a aceptar esta idea de “multiverso”, o incluso luchaban contra ella. No obstante, el reciente progreso tanto en cosmología como en Teoría de Cuerdas han traído un gran cambio de pensamiento. Se desvanece la reticencia a la aceptación o la descarada aversión al multiverso. En lugar de esto, los físicos están empezando a buscar formas de trabajar con él, y tal vez incluso demostrar su existencia.

Si tales aventuras tienen éxito, tomaría el mismo camino que la Tierra – desde ser el centro de todo a quedar como simplemente una gota la vastedad del cosmos. Y así como somos incapaces de deducir ciertos aspectos de la Tierra a partir de los principios básicos – tales como su radio o distancia al Sol – tendremos que aceptar que algunas cosas sobre nuestro universo son un accidente aleatorio, inexplicable excepto en el contexto del multiverso.

Uno de los primeros en defender un multiverso fue el físico ruso Andrei Linde, ahora en la Universidad de Stanford en California. En la década de 1980, Linde extendió y mejoró una idea conocida como inflación, la cual sugiere que el universo sufrió un periodo de expansión exponencial en las primeras fracciones de segundo tras el Big Bang. La inflación explica con éxito por qué el universo tiene el mismo aspecto en todas las direcciones, y por qué el espacio-tiempo es “plano”, a pesar de que Einstein demostró que puede igualmente ser curvo.

Linde se dio cuenta de que la inflación podría estar en curso o ser “eterna”, en el sentido de que una vez que el espacio-tiempo comienza la inflación, puede detenerse en algunas partes (como la nuestra) aunque continuar con renovado vigor en otras partes. Este proceso continúa hasta el infinito, dando lugar a unos retazos de regiones del espacio, cada uno con distintas propiedades. Cuándo y cómo cesa la inflación en una zona particular lo dicta la naturaleza exacta y tipos de partículas fundamentales que hay allí y las leyes de la física que gobiernan su comportamiento. Con el tiempo, la inflación eterna da origen a cada tipo posible de universo predicho en la Teoría de Cuerdas. Nuestro universo, argumenta Linde, es una parte de este multiverso.

No fue hasta 1998, no obstante, cuando el multiverso logró ganar algo de atención, cuando los astrónomos que estudiaban las supernovas lejanas anunciaron que la expansión del universo se estaba acelerando. Asignaron esto a que el vacío del espacio tiene una pequeña densidad de energía, la cual ejerce una fuerza repulsiva para contrarrestar la gravedad conforme envejece el universo. Esto se dio a conocer como energía oscura, o constante cosmológica.

Su descubrimiento fue un enorme golpe. Hasta entonces, los físicos habían esperado que alguna teoría finalmente deduciría los valores de las constantes fundamentales de la naturaleza a partir de principios básicos, incluyendo la constante cosmológica, y explicar por qué las leyes de la física son como son, justo las correctas para la formación de estrellas y galaxias y posiblemente el surgimiento de la vida. Este parece que no es el caso. Nada en la Teoría de Cuerdas, o incluso alguna otra teoría en la física, puede predecir el valor observado de la constante cosmológica.

No obstante, si nuestro universo es parte de un multiverso podemos atribuirle el valor de la constante cosmológica a un accidente. Lo mismo vale para otros aspectos del universo, tales como la masa del electrón. La idea es simplemente que las leyes de la física y constantes fundamentales de cada universo se determinan de forma aleatoria, y resulta que vivimos en uno de ellos donde están adecuadas para la vida. “Si no fuera por el multiverso, tendrías este tipo de problemas sin resolver en cada esquina”, dice Linde.

El otro argumento para un multiverso procede de la Teoría de Cuerdas. Éste mantiene que todas las partículas fundamentales de la materia y fuerzas de la naturaleza surgen de la vibración de diminutas cuerdas en 10 dimensiones. Para que no notemos las seis dimensiones espaciales extra, deben estar curvadas, o compactadas, tan pequeñas que son indetectables. Durante décadas, los matemáticos trabajaron duro sobre qué formas distintas podría tomar esta compactación, y encontraron miríadas de formas de retorcer el espacio-tiempo – un abrumador 10500 o más.

Cada forma da lugar a un distinto vacío de espacio-tiempo, y de aquí a un universo distinto – con su propia energía del vacío, partículas fundamentales y leyes de la física. La esperanza, cultivada por Greene y otros, era que algún tipo de principio de unicidad seleccionaría una forma de espacio-tiempo que produce nuestro universo.

La esperanza desde entonces ha retrocedido drásticamente. En 2004, Michael Douglas de la Universidad Estatal de Nueva York en Stony Brook, y Leonard Susskind de la Universidad de Stanford estudiaron los desarrollos de la Teoría de Cuerdas y concluyeron que todas estas variedades teóricas de espacio-tiempo deberían tomarse seriamente como realidades físicas – es decir, apuntan a un multiverso. Susskind acuñó el término “el paisaje de la Teoría de Cuerdas” para describir los 10500 o más universos. Nada en la Teoría de Cuerdas sugiere que alguno de los universos es el preferido sobre otros. En lugar de esto, parecen todos igualmente probables.

Juntos, la energía oscura y la Teoría de Cuerdas hacen que los físicos vean el multiverso de nuevo. “Casi todo el mundo está convencido de que la idea de unicidad ha sido desterrada”, dice Susskind. Entonces, ¿qué hacemos? ¿Bajar los brazos y admitir que nunca seremos capaces de explicar por qué nuestro universo es como es?

Explorando el paisaje

Ni mucho menos. Susskind defiende que aún podemos hacer preguntas con sentido dentro del contexto de multiverso, no las mismas que nos haríamos si estuviésemos en el único universo. Preguntas tales como: ¿Podemos identificar el punto exacto en el paisaje que corresponde a nuestro universo, o al menos las partes del paisaje que recuerdan más de cerca de nuestro universo? ¿Es posible decir qué propiedades de nuestro universo pueden derivarse de los principios básicos y cuáles son aleatorios?

Además, ¿podemos encontrar partes del paisaje con las condiciones adecuadas para que tenga lugar la inflación eterna? Después de todo, el paisaje y la inflación eterna son conceptos independientes. Confirmar que son compatibles daría más crédito a la idea del multiverso.

Estas no son preguntares de respuesta trivial, pero los teóricos de cuerdas están aceptando el reto explorando febrilmente el paisaje. Investigar un conjunto de 10500 universos no es cuestión de enumerar las propiedades de cada uno, no obstante. “No podemos hacer una lista de 10500 cosas”, dice el premio Nobel Nobel Steven Weinberg de la Universidad de Texas en Austin. “Eso es más que el número de átomos del universo observable”

La primera línea de ataque ha sido desarrollar modelos matemáticos del paisaje. Estos describen el paisaje como un terreno de colinas y valles, donde cada valle representa un lugar con sus propios parámetros (tales como la masa del electrón) y campos (tales como la gravedad).

¿Cómo se desarrolla un universo de acuerdo a este escenario, y qué puede decirnos sobre el nuestro? Imagina el universo como una mota de espacio-tiempo. Este universo bebé está repleto de campos, cuyas propiedades cambian debido a las fluctuaciones cuánticas. Si las condiciones son las adecuadas para la inflación, la mota crecerá y alterará su naturaleza. Dependiendo del cambio de entorno dentro del universo emergente, el proceso inflacionario podría llegar a un punto muerto, continuar al mismo ritmo o incluso generar nuevas motas de espacio-tiempo.

De acuerdo con la descripción del paisaje, el universo bebé se inicia en un valle. Las fluctuaciones cuánticas pueden causar entonces que todo el universo se “canalice” a través de una colina colindante, terminando finalmente en otro valle con distintas propiedades. Este proceso continúa, con el universo canalizándose de un valle a otro, hasta que alcanza un lugar lo bastante estable para que la inflación ejecute todo su curso.

Dado este escenario, una de las tareas más importantes es reconciliar la inflación eterna con el paisaje. “Toda la descripción puede resumirse en un problema: ¿la inflación es eterna en el paisaje?”, dice Henry Tye de la Universidad de Cornell en Ithaca, Nueva York. En el modelo de inflación eterna de Linde, la mota de espacio-tiempo se inicia con una alta densidad de energía. La densidad de energía cae lentamente conforme se infla el espacio-tiempo. La búsqueda es encontrar configuraciones de espacio-tiempo entre las 10500 que encajan en los requisitos de Linde para la inflación eterna.

Hasta hace poco, esto parecía ser imposible. Pero el año pasado, Eva Silverstein y Alexander Westphal de la Universidad de Stanford identificaron dos lugares dentro del paisaje de la versión de inflación eterna de Linde donde tiene lugar (Physical Review D, vol 78, p 106003).

Es un inicio prometedor, pero Tye argumenta que la inflación eterna dentro de la Teoría de Cuerdas no es un tema cerrado. Los físicos podría también empezar con modelos de Teoría de Cuerdas del universo con condiciones iniciales completamente distintas que llevarían a la inflación, aunque no a una eterna.

Los experimentos son la clave para responder a tales preocupaciones, comprobando las predicciones de distintas teorías alternativas. Por ejemplo, la densidad de energía en el modelo propuesto por Silverstein es lo bastante alta para crear potentes ondas gravitatorias, ondas en el espacio-tiempo generadas por la rápida expansión del universo. Tales ondas podrían haber polarizado los fotones del fondo de microondas cósmico, la radiación dejada por el Big Bang, y tal huella aún serían detectables hoy. El satélite Planck de la Agencia Espacial Europea, que tiene previsto su lanzamiento pronto, buscará cualquier polarización.

Si Planck lo ve, apoyará los modelos de Silverstein y la inflación eterna. Pero incluso si experimentos como Planck apoyan la inflación eterna, los teóricos necesitarán una confirmación independiente de las ideas de la Teoría de Cuerdas. Por desgracia ninguna predicción específica de la Teoría de Cuerdas está dentro del alcance experimental actual, pero existe una propiedad clave general que podría confirmarse pronto. La Teoría de Cuerdas requiere que el universo tenga una propiedad conocida como supersimetría, la cual propone que cada partícula conocida tenga un supercompañero más pesado aún no visto. Los físicos buscarán algunos de estos supercompañeros en el Gran Colisionador de Hadrones, el nuevo acelerador de partículas en el CERN cerca de Ginebra en Suiza.

El escenario de un universo canalizándose a través del paisaje también hace una predicción única. Si nuestro universo surgió tras canalizarse de esta forma, entonces la teoría predice que el espacio-tiempo actual estará ligeramente curvado. Esto es debido a que en este escenario, la inflación no dura lo suficiente para hacer que el universo sea totalmente plano.

Las medidas actuales demuestran que el universo es plano, pero la incertidumbre de estas medidas aún deja espacio para que el espacio-tiempo sea ligeramente curvado – ya sea como una silla de montar (curva negativa), o como una esfera (curva positiva). “Si nos originamos en un evento de canalización desde un vacío ancestro, la apuesta sería que el universo está curvado negativamente”, dice Susskind. “Si resulta estar positivamente curvado, quedaríamos muy confundidos. Esto sería un golpe a estas ideas, no hay duda sobre eso”.

Hasta que no aparezca alguno de esos contratiempos lo mejor apuesta seguirá siendo el multiverso y la Teoría de Cuerdas. “Es la mejor opción que conocemos que pueda ser correcta”, dice Weinberg sobre la Teoría de Cuerdas. “Hay un viejo chiste sobre un jugador de póker”, añade. “Su amigo dice, ‘¿No sabes que este juego es retorcido y estás condenado a perder?’ El jugador dice, ‘Sí, pero qué puedo hacer, es el único juego de la ciudad’. No sabemos si estamos condenados a perder, pero incluso si sospechamos que puede ser así, es el único juego de la ciudad”.


Autor: Anil Ananthaswamy
Fecha Original: 4 de mayo de 2009
Enlace Original

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos necesarios están marcados *