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De: "Gustavo
Fernandez" <gusfernande...@yahoo.com.ar>
Fecha: Sat,
19 Apr 2008 10:41:20 -0300
Local: Sáb 19
abr 2008 15:41
Asunto:
Universos paralelos
___________________________________________________________________________
Año 4
Domingo 17 de abril de 2005
N° 133
((( Fundada el 10-5-2000 ))) Director: Gustavo Fernández
Técnica: Alberto Marzo --------------------------------------------------------------------------------
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UNIVERSOS PARALELOS No son sólo un producto de la ciencia ficción: los otros universos son consecuencia directa de las observaciones cosmológicas por: MAX TEGMARK a.. Una de las muchas consecuencias de las recientes
observaciones cosmológicas es que el concepto de los universos
paralelos no es una mera metáfora. El espacio parece tener un tamaño
infinito. Si es así, entonces en alguna parte allá afuera, cualquier
cosa posible se convierte en real, sin importar cuán improbable sea.
Más allá del alcance de nuestros telescopios hay otras regiones del
espacio que son idénticas a las nuestras. Esas regiones son un tipo
de universo paralelo. Los científicos pueden incluso calcular qué
tan lejos están estos universos, en promedio. ¿Habrá una copia de usted leyendo este artículo?
¿Alguien que no es usted, pero vive en un planeta llamado Tierra,
con brumosas montañas, fértiles campos y extensas ciudades, en un
sistema solar con ocho planetas más? La vida de esa persona ha sido,
en todos aspectos, idéntica a la suya. Pero quizá decida ya no leer
este artículo, mientras usted sigue leyendo. La idea del alter ego es rara y poco plausible.
Pero vamos a tener que aceptarla, pues las observaciones
astronómicas la apoyan. El modelo más sencillo y popular predice que
usted tiene un gemelo en una galaxia ubicada a 10 a la 1028 metros
de aquí. Es una distancia tan enorme que excede la escala
astronómica, pero eso no le resta realidad a su doppelgänger La
estimación se deriva de la teoría elemental de las probabilidades, y
ni siquiera se basa en la física especulativa moderna, que sólo
postula que el espacio es infinito (o al menos suficientemente
grande) y que está, según las observaciones, casi uniformemente
poblado de materia. En el espacio infinito tienen lugar incluso los
eventos más improbables. Hay infinidad de planetas habitados, de los
cuales no uno, sino muchos contienen personas con la misma
apariencia, nombre y recuerdos de usted, viviendo todas las
variantes posibles de las elecciones de su vida. Página web de Scientific American, en la que Probablemente no verá jamás a sus otros yoes. Lo
más lejano que puede usted observar está a la distancia que la luz
ha podido recorrer durante los 14.000 millones de años transcurridos
desde que comenzó la expansión del Big Bang. Los objetos visibles
más distantes se encuentran hoy a unos 4 x 1026 metros de nosotros,
una distancia que define nuestro universo observable, llamado
también volumen de Hubble o simplemente nuestro universo. Los
universos de sus otros yoes son esferas del mismo tamaño, centradas
en sus planetas. Son el ejemplo más sencillo de universos paralelos,
donde cada uno es apenas una pequeña parte de un “multiverso” más
amplio. Con esta definición del “Universo” esperaríamos que
la idea de multiverso pertenezca eternamente al reino de la
metafísica. Pero la frontera entre la física y la metafísica se
define por la posibilidad o imposibilidad de comprobar
experimentalmente una teoría, no por el hecho de que algo parezca
inverosímil o implique entidades no observables. Las fronteras de la
física se han ido expandiendo para incorporar cada vez más conceptos
abstractos y otrora metafísicos, como la redondez de la Tierra, los
invisibles campos electromagnéticos, la ralentización del tiempo a
velocidades elevadas, las superposiciones cuánticas, la curvatura
del espacio y los agujeros negros. En los últimos años se agregó a
esta lista el concepto del multiverso. Está cimentado en teorías
bien comprobadas, como la relatividad y la mecánica cuántica, y
cumple los dos criterios básicos de una ciencia empírica: se hacen
predicciones con base en él y es falsable. Los científicos han
descrito hasta cuatro tipos diferentes de universos paralelos. La
pregunta no es si hay multiverso, sino cuántos niveles tiene. ¿Qué tan lejos hay un universo duplicado? Multiverso Nivel I El tipo más simple de universo paralelo es simplemente una región
del espacio que está demasiado lejos de nosotros como para haber
sido vista todavía. Lo más lejos que podemos observar es por lo
general alrededor de 4 x 1026 metros, o 42.000 millones de años-luz,
la distancia que la luz ha sido capaz de viajar desde que comenzó el
Big Bang. (La distancia es mayor a 14.000 millones de años-luz
porque la expansión cósmica ha alargado las distancias). Cada
uno de los univeros paralelos Nivel I es básicamente igual al
nuestro. Todas las diferencias provienen de variaciones en el
arreglo inicial de la materia. Nivel I: Más allá de nuestro horizonte cósmico LOS UNIVERSOS PARALELOS de sus otros yoes
constituyen el multiverso Nivel I. Se trata del tipo menos
controvertido. Todos aceptamos la existencia de cosas que no podemos
ver, pero que podríamos ver al desplazarnos a un punto distinto de
observación o sencillamente al esperarlas como a un barco que
aparecerá en el horizonte. La condición de los objetos más allá del
horizonte cósmico es similar. El universo observable crece
anualmente un año-luz, durante el cual ésta, cada vez más lejana,
cumple su plazo para llegar aquí. El infinito está allá afuera,
esperando que lo podamos ver. Usted seguramente habrá muerto antes
de que aparezcan sus alter egos, pero en principio, y si la
expansión del cosmos coopera, tal vez sus descendientes remotos
puedan observarlos con un telescopio suficientemente poderoso. Por decir lo menos, el multiverso Nivel I parecería
muy obvio. ¿Cómo podría el universo no ser infinito? ¿Habrá un
rótulo por allí que diga “AQUÍ ACABA EL ESPACIO – CUIDADO CON LA
ZANJA”? En tal caso, ¿qué hay más allá? La teoría de la gravedad de
Einstein cuestiona esta intuición. El espacio podría ser finito si
tuviera una curvatura convexa o una topología poco usual (es decir,
interconectada). Un universo esférico, toroide (en forma de dona) o
de cilindro anudado de diversas maneras tendría un volumen con
límites pero sin bordes. El fondo cósmico de microondas permite
hacer pruebas de tales posibilidades (véase Jean-Pierre Luminet,
Glenn D. Starkman y Jeffrey R. Weeks, “Is Space Finite?”; Scientific
American, abril de 1999). Hasta ahora, sin embargo, las evidencias
van en contra. Incontables modelos se ajustan a las observaciones, y
les han impuesto severos límites a otras alternativas. Datos cosmológicos apoyan la idea de que el espacio
continúa más allá de los confines de nuestro universo observable. El
satélite WMAP midió recientemente las fluctuaciones del fondo de
microondas (izquierda). Las fluctuaciones más grandes están a sólo
medio grado por encima, lo que significa —después de aplicar las
reglas de la geometría— que el espacio es muy grande o infinito
(centro). (Una advertencia: algunos cosmólogos especulan que el
punto de discrepancia a la izquierda del gráfico es evidencia de un
volumen finito). Además, WMAP y el 2dF Galaxy Redshift Survey ha
encontrado que el espacio en grandes escalas está lleno con materia
uniformemente (derecha), significando que otros universos deberían
parecerse básicamente al nuestro. Otra posibilidad es que el espacio sea infinito
pero que la materia esté confinada en una región finita a nuestro
alrededor: el histórico y popular modelo de los “universos islas”.
En una variante de este modelo, la materia adelgaza a grandes
escalas en un patrón fractal. En ambos casos, casi todos los
universos del multiverso Nivel I estarían vacíos y muertos. Pero
observaciones recientes de la distribución tridimensional de las
galaxias y del fondo de microondas mostraron que la disposición de
la materia da lugar a una aburrida uniformidad a grandes escalas,
donde no hay estructuras coherentes mayores de unos 1024 metros.
Suponiendo que el patrón continúe, el espacio más allá de nuestro
universo observable bulle de galaxias, estrellas y planetas. Los observadores que viven en universos paralelos
experimentan las mismas leyes físicas que nosotros, pero con
distintas condiciones iniciales. Según las teorías actuales, los
procesos primordiales del Big Bang esparcieron la materia con cierta
aleatoriedad, generando todos los arreglos posibles con probabilidad
diferente de cero. Los cosmólogos asumen que nuestro universo, con
su distribución de materia casi uniforme y sus fluctuaciones
iniciales de densidad de una parte en 100.000, es bastante típico
(cuando menos entre los que contienen observadores). Ese supuesto
refuerza la estimación de que la copia idéntica a usted más cercana
vive a 10 a la 1028 metros de aquí. A unos 10 a la 1092 metros,
debería haber una esfera con un radio de 100 años-luz, idéntica a la
que tiene su centro aquí, por lo que todas las percepciones que
tengamos en el próximo siglo serán idénticas a las de nuestras
contrapartes en ese sitio. Y a unos 10 a la 10118 metros, debería
haber todo un volumen de Hubble idéntico al nuestro. Las estimaciones anteriores son muy conservadoras,
derivadas sólo de contar todos los posibles estados cuánticos que un
volumen de Hubble puede contener si su temperatura no rebasa los 108
kelvins. Una manera de calcularlo es preguntándonos cuántos protones
contendría un volumen de Hubble a esa temperatura. La respuesta es
10118 protones. Y cada una de esas partículas puede o no estar
presente, lo que representa 2 a la 10118 posibles arreglos de
protones. Una caja que contuviera ese número de volúmenes de Hubble
agotaría todas las posibilidades. Si redondeamos, la caja tiene unos
10 a la 10118 metros de ancho. Más allá de esa caja, los universos,
incluido el nuestro, comienzan a repetirse. Un número bastante
similar se derivaría usando cálculos termodinámicos o
cuántico-gravitatorios del total de información contenida en el
Universo. Es muy probable que su doppelgänger más cercano lo
esté bastante más de lo que sugieren esas cifras, dados los procesos
de formación planetaria y de evolución biológica que ponen las
probabilidades a su favor. Los astrónomos sospechan que nuestro
volumen de Hubble tiene cuando menos 1020 planetas habitables, y
algunos bien podrían ser como la Tierra. El marco de un multiverso Nivel I se usa
rutinariamente para evaluar las teorías de la cosmología moderna,
pero rara vez se enuncia explícitamente este proceso. Por ejemplo,
veamos cómo utilizaron los cosmólogos el fondo de microondas para
descartar una geometría esférica finita. Los puntos calientes y
fríos de los mapas del fondo de microondas tienen un tamaño
característico que depende de la curvatura del espacio, y los
observados parecen ser demasiado pequeños para corresponder a una
forma esférica. Pero es importante ser estadísticamente rigurosos.
El tamaño promedio de los puntos varía aleatoriamente de un volumen
de Hubble al siguiente, por lo que es posible que nuestro universo
nos esté engañando: podría ser esférico, pero con puntos
anormalmente pequeños. Cuando los cosmólogos afirman haber
descartado el modelo esférico con una certidumbre del 99,9 por
ciento, en realidad quieren decir que si este modelo fuera cierto,
menos de uno de cada 1.000 volúmenes de Hubble presentaría puntos
tan pequeños como los que observamos. La lección es que la teoría de los multiversos
puede ser probada y falsada pese a que no podamos ver los otros
universos. La clave reside en predecir cuál es el conjunto de
universos paralelos y especificar una distribución probabilística, o
lo que los matemáticos llaman una “medida” para él. Nuestro universo
debería surgir como uno de los más probables. En caso contrario (si,
conforme a la teoría de los multiversos, vivimos en un universo
improbable), la teoría estaría en graves problemas. Como explicaré
más adelante, este problema de la medida puede convertirse en un
gran desafío. Nivel II: Otras burbujas de la post-inflación Multiverso Nivel II SI EL MULTIVERSO NIVEL I era enorme y difícil de
concebir, trate de imaginar un conjunto infinito de multiversos
Nivel 1 distintos y discretos, algunos quizá con distinta
dimensionalidad espacio-temporal y diferentes constantes físicas.
Esos otros multiversos, que constituyen un multiverso Nivel II, son
predichos por la teoría ahora popular de la inflación caótica. La inflación es una extensión de la teoría del Big
Bang y ata muchos de sus cabos sueltos, como por qué el universo es
tan grande, uniforme y plano. Un rápido estiramiento del espacio,
ocurrido hace mucho tiempo, explicaría de una vez esos y muchos
otros atributos (véase Alan H. Guth y Paul J. Steinhardt, “The
Inflationary Universe”, Scientific American, mayo de 1984; y Andrei
Linde, “The Self-Reproducing Inflationary Universe”, noviembre de
1994). El estiramiento es predicho por una amplia categoría de
teorías sobre las partículas elementales, y toda la evidencia
disponible lo confirma. El adjetivo “caótico” para la inflación se
refiere a lo ocurrido en las escalas más grandes. El espacio en su
totalidad se está estirando y continuará haciéndolo eternamente,
pero algunas regiones del espacio dejan de crecer y forman burbujas
definidas, como las de gas dentro de una hogaza de pan en el horno.
Surge una cantidad infinita de estas burbujas. Cada una es un
multiverso Nivel I incipiente: de tamaño infinito y lleno de materia
depositada por el campo energético que impulsó la inflación. Esas burbujas están más que infinitamente alejadas
de la Tierra, en el sentido de que jamás las alcanzaría aunque
viajase eternamente a la velocidad de la luz. La razón es que el
espacio que hay entre nuestra burbuja y sus vecinas se está
expandiendo a mayor velocidad que la que usted podría tener para
atravesarlo. Sus descendientes no verán a sus doppelgängers en
ningún lugar del Nivel II. Igualmente, si la expansión cósmica se
está acelerando, como sugieren las observaciones actuales, quizá
tampoco vean a sus otros yoes ni siquiera en el Nivel I. El multiverso Nivel II es mucho más diverso que el
Nivel I. Las burbujas varían no sólo en sus condiciones iniciales,
sino en aspectos aparentemente inmutables de la Naturaleza. La idea
predominante en la física actual es que la dimensionalidad del
espacio-tiempo, las cualidades de las partículas elementales y
muchas de las llamadas constantes físicas no son parte integral de
las leyes físicas, sino que resultan de procesos conocidos como
rupturas de la simetría. Por ejemplo, los científicos teóricos
piensan que el espacio de nuestro universo tuvo alguna vez nueve
dimensiones igual de importantes. Pronto en la historia del cosmos,
tres de ellas contribuyeron a la expansión cósmica y se convirtieron
en las tres que hoy observamos. Las otras seis son hoy
inobservables, o porque permanecen microscópicas dentro de una
topología toroide, o porque toda la materia está confinada en una
superficie tridimensional (una “membrana”) dentro del espacio de
nueve dimensiones. Se rompió, entonces, la simetría original entre las
dimensiones. Las fluctuaciones cuánticas que impulsan la inflación
caótica podrían causar distintas rupturas de simetría en las
diversas burbujas. Algunas podrían volverse tetradimensionales,
otras contendrían sólo dos y no tres generaciones de quarks, y otras
más tendrían una constante cosmológica más fuerte que la de nuestro
universo. El misterio de lo posible: ¿cuáles son las probabilidades? Otra forma de producir un multiverso Nivel II
podría ser a partir de un ciclo de nacimientos y destrucciones de
universos. Esta idea fue presentada en la década de 1930 por el
físico Richard C. Tolman y retrabajada recientemente por Paul J.
Steinhardt de la Universidad de Princeton y Neil Turok de la
Universidad de Cambridge. La propuesta de Steinhardt y Turok y otros
modelos relacionados incluyen una segunda membrana tridimensional
que es literalmente paralela a la nuestra, sólo que está desplazada
a una dimensión más elevada (véase George Musser, “Been There, Done
That”, Scientific American, marzo de 2002). Este universo paralelo
no es realmente un universo aparte, ya que interactúa con el
nuestro. Pero el conjunto de universos —pasados, presentes y
futuros— que estas membranas generan formarían un multiverso, tal
vez con una diversidad similar a la producida por la inflación
caótica. Una idea propuesta por el físico Lee Smolin, del Perimeter
Institute de Waterloo, Ontario (Canadá), incluye un multiverso más,
similar en diversidad al del Nivel II pero que muta y genera nuevos
universos a partir de agujeros negros y no tanto por la física de
las membranas. Si bien no podemos interactuar con otros universos
paralelos del Nivel II, los cosmólogos pueden inferir indirectamente
su presencia; su existencia resolvería ciertas coincidencias
inexplicables de nuestro universo. Como analogía, suponga usted que
se registra en un hotel, le asignan el cuarto 1967, que resulta ser
su año de nacimiento. “¡Qué coincidencia!”, piensa usted. Pero
meditándolo un poco, concluye que la cosa no es para tanto. El hotel
tiene cientos de habitaciones, y no hubiera pensado en algo así si
le hubieran asignado un número sin significado alguno para usted. La
lección es que, incluso si usted no supiera nada sobre los hoteles,
podría inferir la existencia de otros cuartos de hotel que
explicaran la coincidencia. Sería un ejemplo más pertinente considerar la masa
de nuestro Sol. La masa de una estrella determina su luminosidad, y
es posible calcular con la física básica que la vida, tal como la
conocemos en la Tierra, sólo es posible si la masa del Sol está
dentro de un intervalo de entre 1,6 x 1030 y 2,4 x 1030 kilogramos.
De otro modo, el clima de la Tierra sería más frío que el actual de
Marte o más caliente que el de Venus. La masa medida del Sol es de
2,0 x 1030 kilogramos. A primera vista, esta aparente coincidencia
entre los valores de la masa “habitable” y la masa observada parece
ser una gran suerte. Las masas estelares van de los 1029 a los 1032
kilogramos, así que si el Sol adquirió su masa por azar, tenía
apenas una ligera posibilidad de caer dentro del intervalo que
posibilita la vida. Pero al igual que con el ejemplo del hotel, se
puede explicar esa aparente coincidencia postulando un conjunto (en
este caso, de sistemas planetarios) y un efecto de selección (el
hecho de que tenemos que encontrarnos viviendo en un planeta
habitable). Estos efectos de selección relacionados con el
observador se denominan “antrópicos”, y aunque este vocablo
despierta grandes controversias, los físicos están de acuerdo, en
general, en que estos efectos de selección no deben ignorarse cuando
se prueban teorías fundamentales. Lo mismo que se aplica a los cuartos de hotel y a
los sistemas planetarios se aplica a los universos paralelos. Muchos
de los atributos (si no es que todos) fijados por la ruptura de la
simetría parecen estar finamente calibrados. Alterar mínimamente sus
valores generaría un universo cualitativamente diferente: uno en el
que quizá no existiríamos. Si los protones fueran 0,2 por ciento más
pesados, se descompondrían en neutrones, lo que desestabilizaría a
los átomos. Si la fuerza electromagnética fuera 4 por ciento más
débil, no habría hidrógeno ni estrellas comunes. Si la interacción
débil fuera bastante más tenue, no habría hidrógeno; si fuera mucho
más fuerte, las supernovas no sembrarían el espacio interestelar con
elementos pesados. Si la constante cosmológica fuera mucho mayor, el
Universo se habría despedazado antes de que pudieran formarse las
galaxias. Aunque todavía se debate ese grado de calibración,
estos ejemplos sugieren la existencia de universos paralelos con
otros valores de las constantes físicas (véase Martin Rees,
“Exploring Our Universe and Others”, Scientific American, diciembre
de 1999). La teoría del multiverso Nivel II predice que los físicos
no podrán determinar los valores de esas constantes a partir de los
primeros principios. Cuando mucho calcularán distribuciones
probabilísticas de lo que esperarían encontrar, teniendo en cuenta
los efectos de selección. El resultado sería tan genérico como lo
permitiera una congruencia con nuestra existencia. Nivel III: Múltiples mundos cuánticos Multiverso Nivel III LOS MULTIVERSOS NIVEL I Y NIVEL II implican mundos
paralelos muy lejanos, más allá incluso de los dominios de los
astrónomos. Pero el siguiente nivel del multiverso está justo
alrededor de usted. Surge de la famosa y controvertida noción de los
mundos múltiples de la mecánica cuántica: la idea de que los
procesos cuánticos aleatorios ocasionan que el universo se ramifique
en múltiples copias, una por cada posible resultado. A principios del siglo XX, la teoría de la mecánica
cuántica revolucionó la física al explicar el reino de lo atómico,
que no obedece las reglas clásicas de la mecánica newtoniana. No
obstante los evidentes éxitos de la teoría, sigue muy vivo el debate
sobre lo que esto significa realmente. La teoría especifica el
estado del universo no en términos clásicos, como las posiciones y
velocidades de todas las partículas, sino en los de un objeto
matemático denominado función de onda. De acuerdo con la ecuación de
Schrödinger, este estado evoluciona con el tiempo de un modo que los
matemáticos llaman “unitario”, es decir, que la función de onda gira
en un espacio abstracto de dimensiones infinitas, llamado espacio de
Hilbert. Aunque se dice a menudo que la mecánica cuántica es en sí
misma aleatoria e incierta, la función de onda evoluciona de manera
determinista: no tiene nada de aleatorio o incierto. Lo difícil es cómo relacionar esa función de onda
con lo que observamos. Muchas funciones de onda legítimas
corresponden a situaciones contrarias a la intuición, como la de que
un gato esté a la vez vivo y muerto en lo que se denomina una
superposición. En la década de 1920, los físicos “explicaron” esa
rareza postulando que la función de onda se “colapsaba” hacia un
determinado resultado clásico siempre que alguien realizaba una
observación. Este añadido tenía la virtud de explicar las
observaciones, pero convirtió una teoría elegante y unitaria en una
torpe y no-unitaria. La aleatoriedad intrínseca que suele atribuirse
a la mecánica cuántica se debe a este postulado. Con los años, muchos físicos abandonaron esa visión
en favor de otra desarrollada en 1957 por Hugh Everett III, un
estudiante de posgrado de Princeton que mostró que el postulado del
colapso es innecesario. De hecho, la teoría cuántica pura no plantea
ninguna contradicción. Aunque predice que una realidad clásica se va
bifurcando en superposiciones de muchas realidades, los observadores
experimentan subjetivamente esas bifurcaciones sólo como una leve
aleatoriedad, cuyas posibilidades concuerdan exactamente con las
debidas al viejo postulado del colapso. Esa superposición de mundos
clásicos es el multiverso Nivel III. La interpretación de los mundos múltiples de
Everett ha confundido a físicos y a legos durante más de cuatro
décadas. Pero la teoría es más fácil de entender si distinguimos
entre dos maneras de percibir una teoría física: la visión exterior
de un físico que estudia sus ecuaciones matemáticas, como la de un
ave que explora desde las alturas un paisaje, y la visión interior
de un observador que habita el mundo descrito por las ecuaciones,
como la de una rana que habita en el terreno estudiado por el ave.
Desde la perspectiva del ave, el multiverso Nivel
III es sencillo. Sólo hay una función de onda. Evoluciona tersa y
determinísticamente en el tiempo, sin ningún tipo de bifurcaciones
ni paralelismos. El mundo abstracto cuántico descrito por esta
función de onda en evolución contiene una enorme cantidad de
devenires clásicos y paralelos que se bifurcan continuamente y se
vuelven a unir, como diversos fenómenos cuánticos que carecen de
descripciones clásicas. Desde la perspectiva de la rana, los
observadores perciben sólo una fracción de esa realidad total.
Pueden percibir su propio universo Nivel I, pero un proceso llamado
“decoherencia”, que imita el colapso de la función de onda pero
preserva la unitaridad, impide que perciban copias paralelas Nivel
III de sí mismos. Cuando a los observadores se les hace una pregunta,
toman una decisión y dan su respuesta, los efectos cuánticos dentro
de sus cerebros conducen a una superposición de resultados, como
serían “seguir leyendo el artículo” o “abandonarlo”. Desde la
perspectiva del ave, tomar una decisión hace que una persona se
bifurque en varias copias: una que sigue leyendo y otra que no.
Desde su perspectiva de rana, cada uno de los alter egos no está
consciente de los demás y percibe la bifurcación sólo como una
ligera aleatoriedad: una determinada probabilidad de seguir leyendo
o no. Por extraño que parezca, esa misma situación
acontece incluso en el multiverso Nivel I. Usted ha decidido seguir
leyendo el artículo, pero uno de sus alter egos en una galaxia
distante botó la revista después del primer párrafo. La única
diferencia entre el Nivel I y el Nivel III es dónde residen sus
doppelgängers. En el Nivel I, viven en cualquier parte de un
confortable continuo tridimensional. En el Nivel III, viven en otra
bifurcación cuántica de un espacio de Hilbert con infinitas
dimensiones. La existencia del Nivel III depende del supuesto
crucial de que la evolución temporal de la función de onda es
unitaria. Hasta ahora, los experimentadores no se han topado con
nada que se aleje de la unitaridad. En las últimas décadas se
confirmó la unitaridad incluso en los grandes sistemas, incluyendo
moléculas “buckyball” de 60 carbonos y fibras ópticas de kilómetros
de largo. En el aspecto teórico, las razones en favor de la
unitaridad han sido reforzadas por el descubrimiento de la
decoherencia (véase Max Tegmark y John Archibald Wheeler, “100 Years
of Quantum Mysteries”, Scientific American, febrero de 2001).
Algunos teóricos que trabajan sobre la gravedad cuántica cuestionan
la unitaridad; les preocupa que los agujeros negros que desaparecen
pudieran destruir la información, lo cual sería un proceso
no-unitario. Pero un avance reciente de la teoría de cuerdas,
conocido como correspondencia AdS/CFT, sugiere que incluso la
gravedad cuántica es unitaria. En tal caso, los agujeros negros no
destruyen la información sino que sólo la transmiten a otra parte.
(Nota de los editores: En un artículo próximo se tratará con mayor
detalle esta correspondencia.) Si la física es unitaria, debemos cambiar nuestra
percepción estándar de cómo eran las fluctuaciones cuánticas poco
después del Big Bang. Estas fluctuaciones no generaron condiciones
iniciales al azar sino una superposición cuántica de todas las
condiciones iniciales posibles, las cuales coexistían a la vez.
Entonces, la decoeherencia hizo que esas condiciones iniciales se
comportaran de manera clásica en ramas cuánticas separadas. Y aquí
tenemos la cuestión crucial: la distribución de resultados en
distintas ramificaciones cuánticas dentro de un determinado volumen
de Hubble (Nivel III) es idéntica a la de los resultados en otros
volúmenes de Hubble contenidos en una sola ramificación cuántica
(Nivel I). Esta propiedad de las fluctuaciones cuánticas se conoce,
en la mecánica estadística, como ergodicidad. Lo mismo se aplica al Nivel II. El proceso de
ruptura de simetría no produjo un resultado único, sino una
superposición de todos los resultados, los cuales pronto tomaron
caminos distintos. Entonces, si las constantes físicas, la
dimensionalidad espacio-temporal y demás, pueden variar entre las
ramificaciones cuánticas paralelas a un Nivel III, también pueden
hacerlo entre los universos paralelos del Nivel II. En otras palabras, el multiverso Nivel III no
agrega nada nuevo más allá de los niveles I y II: sólo más copias
indistinguibles de los mismos universos: los mismos “guiones” que se
repiten indefinidamente en otras ramificaciones cuánticas. El
apasionado debate sobre la teoría de Everett parece, por tanto,
haber terminando en un gran anticlímax, con el descubrimiento de
multiversos menos controvertidos (Niveles I y II) que son igual de
grandes. Huelga decir que las implicaciones son profundas y
que los físicos apenas comienzan a explorarlas. Consideremos, por
ejemplo, las ramificaciones de la respuesta a una añeja pregunta:
¿La cantidad de universos se incrementa exponencialmente con el
tiempo? La sorprendente respuesta es: NO. Desde la perspectiva del
ave, es obvio que hay un solo universo. Desde la de la rana, lo
importante es la cantidad de universos que se distinguen en un
momento dado, es decir, la cantidad de distintos volúmenes de Hubble
que pueden percibirse. Imaginemos mover los planetas a nuevas
ubicaciones al azar, imagine haberse casado con otra persona... A
nivel cuántico, existen 10 a la 10118 universos con temperaturas
inferiores a 108 kelvins. Es un número enorme, pero finito. Desde la perspectiva de la rana, la evolución de la
función de onda corresponde al incesante deslizamiento de uno de
estos 10 a la 10118 estados a otro. Ahora se encuentra en el
universo A, en el que está usted leyendo esta oración. Ahora en el
universo B, donde está leyendo esta otra. Dicho de otro modo, el
universo B contiene un observador idéntico al del universo A,
excepto que tiene un instante más de memoria. Todos los estados
posibles existen a cada instante, por lo que el paso del tiempo
podría estar en la mente del observador, una idea explorada en la
novela de ciencia-ficción Permutation City de Greg Egan (1994) y
desarrollada por el físico David Deutsch de la Universidad de
Oxford, el físico independiente Julian Barbour y otros más. Por lo
tanto, el marco de los multiversos podría ser indispensable para
entender la naturaleza del tiempo. Nivel IV: Otras estructuras matemáticas Multiverso Nivel IV El último tipo de universo paralelo abre un mundo de
posibilidades. Los universos pueden diferir no sólo en la ubicación,
propiedades cosmológicas o estado cuántico, sino también en las
leyes de la física. Existiendo fuera del espacio y el tiempo, son
casi imposibles de visualizar; lo mejor que uno puede hacer es
pensar en ellos en forma abstracta, como esculturas estáticas que
representan la estructura matemática de las leyes físicas que los
gobiernan. Por ejemplo, consideren un universo simple: Tierra, luna
y sol, obedeciendo las leyes de Newton. Para un observador objetivo,
este universo parece un anillo circular (la órbita de la Tierra se
corrió hacia fuera en el tiempo) enrollado en una trenza (la órbita
lunar alrededor de la Tierra). Otras formas dan cuerpo a otras leyes
de la física (a, b, c, d). Este paradigma soluciona varios problemas
concernientes a las bases de la física. LAS CONDICIONES INICIALES y constantes físicas de
los multiversos Nivel I, Nivel II y Nivel III pueden variar, pero
las reglas fundamentales que gobiernan a la Naturaleza no cambian.
¿Por qué limitarnos a eso? ¿Por qué no permitir que las propias
leyes varíen? ¿Qué tal un universo que obedezca las leyes de la
física clásica sin efectos cuánticos? ¿Qué tal un tiempo que fluya
por pasos discretos, como en las computadoras, en lugar de ser
continuo? ¿Qué tal un espacio sin tiempo? ¿Qué tal un universo que
sea sólo un dodecaedro vacío? En el multiverso Nivel IV, todas esas
realidades alternativas existen. Un indicio de que tal multiverso podría no ser mera
especulación es la estrecha correspondencia entre los mundos del
razonamiento abstracto y la realidad observable. Las ecuaciones, y
más generalmente, las estructuras matemáticas, como los números,
vectores y objetos geométricos, describen el mundo con notable
verosimilitud. En una famosa conferencia de 1959, el físico Eugene
P. Wigner dijo que “la enorme utilidad de las matemáticas para las
ciencias naturales es algo casi misterioso”. A la vez, las
estructuras matemáticas nos parecen sobrenaturalmente reales.
Satisfacen el criterio central para una existencia objetiva: son las
mismas sin importar quién las esté estudiando. Un teorema es
verdadero sin importar que lo demuestre un humano, una computadora o
un delfín inteligente. Las civilizaciones extraterrestres
encontrarían las mismas estructuras matemáticas que nosotros. Por
eso los matemáticos suelen decir que descubren estructuras
matemáticas, no que las crean. Hay dos paradigmas sostenibles pero diametralmente
opuestos para entender la correspondencia entre las matemáticas y la
física, una dicotomía discutida desde Platón y Aristóteles. Según el
paradigma aristotélico, la realidad física es fundamental y el
lenguaje matemático es apenas una aproximación útil a ella. Según el
platónico, la estructura matemática es la realidad auténtica y los
observadores la perciben de manera imperfecta. En otras palabras,
los dos paradigmas difieren sobre qué cosa es más básica, si la
perspectiva de rana del observador o la de ave de las leyes físicas.
El paradigma aristotélico prefiere la de la rana, mientras que el
platónico opta por la del ave. Cuando niños, mucho antes de saber que las
matemáticas existían, fuimos adoctrinados en el paradigma
aristotélico. La visión platónica es un gusto adquirido. Los físicos
teóricos modernos tienden a ser platónicos, sospechan que las
matemáticas son tan buenas para describir el Universo porque éste es
inherentemente matemático. Entonces, toda la física es, en resumidas
cuentas, un conjunto de problemas matemáticos: en principio, un
matemático con inteligencia ilimitada y recursos podría en principio
calcular la perspectiva de la rana; es decir, calcular qué
observadores conscientes hay en el Universo, qué perciben, y qué
lenguajes inventan para comunicar sus percepciones. Una estructura matemática es una entidad abstracta
e inmutable que está fuera del espacio y del tiempo. Si la historia
fuera un filme, la estructura correspondería no a un cuadro, sino a
todo el rollo de película. Consideremos, por ejemplo, un mundo
formado por partículas puntuales que se mueven en un espacio
tridimensional. En un espacio-tiempo tetradimensional (la
perspectiva del ave) las trayectorias de esas partículas semejan una
maraña de fideos. Si la rana ve una partícula que se mueve a
velocidad constante, el ave percibe una fibra recta de fideo. Si la
rana ve un par de partículas en órbita mutua, el ave percibe dos
tramos de fideo trenzados, como una doble hélice. Para la rana, el
mundo se describe mediante las leyes del movimiento y gravitación de
Newton. Para el ave, se describe mediante la geometría de la pasta:
una estructura matemática. La propia rana es simplemente un conjunto
de fideos, cuyo complejo trenzado corresponde a un aglutinamiento de
partículas que almacenan y procesan información. Nuestro universo es
bastante más complicado que ese ejemplo, y los científicos todavía
no saben a qué estructura matemática corresponde, si es que
corresponde a alguna. El paradigma platónico propone la pregunta de por
qué el Universo es como es. Para un aristotélico, esa pregunta no
tiene sentido: el Universo simplemente es. Pero el platónico no deja
de admirarse de que pudo ser distinto. Si el Universo es
inherentemente matemático, ¿por qué sólo se escogió una de las
muchas estructuras matemáticas para describir un universo? Parecería
que el corazón mismo de la realidad incorpora una asimetría
fundamental. Como salida de este laberinto, propongo que la
simetría matemática total sigue siendo válida; que todas las
estructuras matemáticas existen también en lo físico. Cada
estructura matemática corresponde a un universo paralelo. Los
elementos de este multiverso no residen en el mismo espacio, sino
que existen fuera del espacio-tiempo. La mayoría de ellos quizá no
tiene observadores. Podemos considerar esta hipótesis como una forma
de platonismo radical, afirmando que las estructuras matemáticas del
reino de las ideas de Platón o el “paisaje mental” del matemático
Rudy Rucker de la Universidad Estatal de San José existen en un
sentido físico. Es similar a lo que el cosmólogo John D. Barrow de
la Universidad de Cambridge denomina “el p de los cielos”; lo que el
difunto filósofo de la Universidad de Harvard, Robert Nozick, llamó
el principio de fecundidad y lo que el difunto filósofo de
Princeton, David K. Lewis, denominó realismo modal. El Nivel IV
completa la jerarquía de los multiversos, pues cualquier teoría
física fundamental congruente consigo misma puede expresarse como
algún tipo de estructura matemática. La hipótesis del multiverso Nivel IV hace
predicciones que pueden probarse. Como la del Nivel II, involucra un
conjunto (en este caso, toda la gama de estructuras matemáticas) y
efectos de selección. A medida que los matemáticos sigan
categorizando las estructuras matemáticas, seguramente hallarán que
la estructura que describe nuestro mundo es la más genérica y
congruente con nuestras observaciones. De igual manera, nuestras
observaciones futuras deberán ser las más genéricas que sean
congruentes con nuestras observaciones pasadas, y nuestras
observaciones pasadas deberán ser las más genéricas que sean
congruentes con nuestra existencia. Cuantificar qué significa “genérica” es un grave
problema, y esta investigación apenas se inicia. Pero una
sorprendente y alentadora característica de las estructuras
matemáticas es que las propiedades de simetría e invariancia, a las
que se debe la simplicidad y orden de nuestro universo, tienden a
ser genéricas: más la regla que la excepción. Las estructuras
matemáticas tienden a tener por principio esas propiedades, y es
necesario agregarles complicados axiomas adicionales para
disiparlas. Y, ¿qué opina Occam? LAS TEORÍAS CIENTÍFICAS de los universos paralelos
forman, entonces, una jerarquía de cuatro niveles, en la cual los
universos van siendo cada vez más diferentes del nuestro. Podrían
tener distintas condiciones iniciales (Nivel I); diferentes
constantes físicas, partículas y simetrías (Nivel II); o diferentes
leyes físicas (Nivel IV). Es irónico que el Nivel III haya sido el
más atacado en las últimas décadas, pues es el único que no agrega
tipos cualitativamente nuevos de universos. En la próxima década, las enormemente mejoradas
mediciones cosmológicas del fondo de microondas y de la distribución
a gran escala de la materia apoyarán o refutarán el Nivel I, al
describir mejor la curvatura y topología del espacio. Esas
mediciones también explorarán el Nivel II, al ensayar la teoría de
la inflación caótica. Los avances en la astrofísica y en la física
de altas energías deberán aclarar a qué grado están “calibradas” las
constantes físicas, y así reforzarán o debilitarán la verosimilitud
del Nivel II. Si tienen éxito los esfuerzos actuales por
construir computadoras cuánticas, se tendrán mayores evidencias en
favor del Nivel III, ya que, en esencia, se estaría explotando el
paralelismo del multiverso Nivel III para realizar cálculos
paralelos. Los experimentadores también están buscando evidencias de
violación de la unitaridad, lo cual descartaría al Nivel III.
Finalmente, el éxito o fracaso en el gran desafío de la física
moderna —de unificar la relatividad general y la teoría cuántica de
campos— será crucial en las opiniones sobre el Nivel IV. O bien
descubriremos una estructura matemática que concuerde exactamente
con nuestro universo, o nos toparemos con un límite a la irrazonable
eficacia de las matemáticas y nos veremos obligados a olvidar ese
nivel. ¿Debería usted creer entonces en los universos
paralelos? Los principales argumentos contra ellos dicen que son un
desperdicio y que son raros. El primer argumento es que las teorías
de multiversos no resisten la navaja de Occam (o principio de la
parsimonia) porque postulan la existencia de otros mundos que no
podremos observar. ¿Por qué habría de ser tan derrochadora la
Naturaleza permitiendo una infinidad de mundos diversos? Pero ese
argumento se puede voltear en favor de los multiversos. ¿Exactamente
qué estaría desperdiciando la Naturaleza? Ciertamente no sería
espacio, ni masa ni átomos; el incontrovertible multiverso Nivel I
ya tiene cantidades infinitas de los tres, así que, ¿a quién le
importa si la Naturaleza desperdicia un poco más? La cuestión
importante aquí es la aparente disminución de la simplicidad. A un
escéptico le preocuparía toda la información que faltaría para
especificar todos esos mundos invisibles. Pero un conjunto completo es a menudo bastante más
sencillo que uno de sus miembros. Este principio puede enunciarse
más formalmente usando la noción del contenido de información
algorítmica. En el caso de un número éste es, en general, la
cantidad en bits del programa computacional más breve cuyo resultado
sería ese número. Por ejemplo, consideremos el conjunto de todos los
enteros. ¿Qué es más sencillo, todo el conjunto o un solo número?
Ingenuamente podríamos pensar que un solo número es más sencillo,
pero todo el conjunto puede generarse mediante un programa
computacional bastante trivial, mientras que el programa para un
solo número puede ser larguísimo. Por lo tanto, en realidad lo más
sencillo es el conjunto completo. De manera similar, el conjunto de todas las
soluciones a las ecuaciones de campo de Einstein es más sencillo que
una solución específica. El primero consiste de unas cuantas
ecuaciones, mientras que la segunda exige especificar una cantidad
enorme de datos iniciales sobre alguna hipersuperficie. La lección
es que la complejidad crece cuando restringimos nuestra atención a
un determinado elemento de un conjunto y perdemos así la simetría y
simplicidad que eran inherentes a la totalidad de los elementos
tomados en conjunto. En este sentido, los multiversos de más alto nivel
son los más sencillos. Pasar de nuestro universo al multiverso Nivel
I elimina la necesidad de especificar condiciones iniciales; pasar
al de Nivel II elimina la de especificar constantes físicas, y el
multiverso Nivel IV elimina la de especificar cualquier cosa. La
opulencia de la complejidad reside únicamente en las percepciones
subjetivas de los observadores; es decir, en la perspectiva de la
rana. Desde el punto de vista del ave, el multiverso no podría ser
más sencillo. La objeción de la rareza es estética y no
científica, y sólo tiene sentido dentro de una perspectiva
aristotélica. Pero, ¿qué esperábamos? Cuando hacemos una pregunta
profunda sobre la naturaleza de la realidad, ¿no se espera una
respuesta que suene rara? La evolución nos confirió una intuición
para la física cotidiana que ayudaba a nuestros lejanos antepasados
a sobrevivir; por eso cuando nos aventuremos más allá del mundo
cotidiano, deberíamos esperar que todo nos parezca raro. Una característica común de los cuatro niveles de
multiverso es que la teoría más sencilla y discutiblemente más
elegante implica por principio universos paralelos. Para negar la
existencia de esos universos, tendríamos que complicar nuestra
teoría agregándole procesos no comprobados experimentalmente y
postulados ad hoc: el espacio finito, el colapso de la función de
onda y la asimetría ontológica. Nuestra decisión depende, entonces,
de lo que consideremos más dispendioso e inelegante: muchos mundos o
muchas palabras. Quizá nos iremos acostumbrando poco a poco a las
rarezas de nuestro cosmos y aceptaremos que son parte de su belleza.
Referencias: Why Is the CMB Fluctuation Level 10-5? Max Tegmark and Martin
Rees in Astrophysical Journal, Vol. 499, No. 2, pages 526-532; June
1, 1998. Available online at arXiv.org/abs/astro-ph/9709058 Is "The Theory of Everything" Merely the Ultimate Ensemble
Theory? Max Tegmark in Annals of Physics, Vol. 270, No.1, pages
1-51; November 20, 1998. Available online at
arXiv.org/abs/gr-qc/9704009 Many Worlds in One. Jaume Garriga and Alexander Vilenkin in
Physical Review, Vol. D64, No. 043511; July 26, 2001. Available
online at arXiv.org/abs/gr-qc/0102010 Inflation, Quantum Cosmology and the Anthropic Principle. Andrei
Linde in Science and Ultimate Reality: From Quantum to Cosmos.
Edited by J. D. Barrow, P.C.W. Davies and C. L. Harper. Cambridge
University Press, 2003. Available online at
arXiv.org/abs/hep-th/0211048 The author's Web site has more information at www.hep.upenn.edu/~max/multiverse.html Our Cosmic Habitat. Martin Rees. Princeton University Press,
2001. --------------------------------------------------------------------------------
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