La primera evidencia del multiverso

En 1964, los físicos  Arno Penzias y Robert Wilson trabajaban en Bell Labs en Holmdel, Nueva Jersey, instalando receptores de microondas ultrasensibles para observaciones de radioastronomía.

No importaba lo que hicieran los dos, no podían eliminar a los receptores del ruido de fondo de la radio que, curiosamente, parecía provenir de todas las direcciones a la vez. Penzias se puso en contacto con el físico de la Universidad de Princeton, Robert Dicke, quien sugirió que el ruido de radio podría ser radiación de fondo de microondas cósmico (CMB), que es la radiación de microondas primordial que llena el universo.

Y esa es la historia del descubrimiento de CMB. Sencillo y elegante. 

Por su descubrimiento, Penzias y Wilson recibieron el Premio Nobel de Física de 1978, y por una buena razón. Su trabajo nos introdujo en una nueva era de la cosmología, permitiendo a los científicos estudiar y comprender nuestro universo como nunca antes. 

Sin embargo, este descubrimiento también condujo a uno de los hallazgos más sorprendentes de la historia reciente: las características únicas en el CMB podrían ser la primera evidencia directa que hemos tenido del multiverso, de una infinidad de mundos y pueblos extraterrestres que existen más allá de lo conocido. universo. 

Sin embargo, para comprender adecuadamente esta afirmación extraordinaria, primero es necesario emprender un viaje de regreso al comienzo del espacio y el tiempo.

La historia del universo

De acuerdo con la teoría ampliamente aceptada sobre el origen de nuestro universo, durante los primeros cientos de miles de años después del Big Bang, nuestro universo estuvo lleno de un plasma ferozmente caliente compuesto de núcleos, electrones y fotones, que dispersaban la luz. 

Alrededor de los 380.000 años de edad, la expansión continua de nuestro universo hizo que se enfriara por debajo de los 3000 grados K, lo que permitió que los  electrones se combinaran con los núcleos para formar átomos neutros, y la absorción de electrones libres permitió que la luz iluminara la oscuridad.

La evidencia de esto, en forma de radiación del fondo cósmico de microondas (el CMB mencionado anteriormente), es lo que fue detectado por Penzias y Wilson, y ayudó a establecer la teoría de la cosmología del Big Bang.

Durante eones, la expansión continua enfrió nuestro universo a una temperatura de alrededor de 2,7 K, pero esa temperatura no es uniforme. Las diferencias de temperatura surgen del hecho de que la materia no se distribuye uniformemente por todo el universo. Se cree que esto es causado por pequeñas fluctuaciones de densidad cuántica que ocurrieron justo después del Big Bang.

Un lugar, en particular, visto desde el hemisferio sur en la constelación de Eridanus, es particularmente frío, alrededor de 0,00015 grados más frío que sus alrededores. Apodado el “Punto Frío”, los científicos originalmente pensaron que era un “supervacío”, un área que contiene muchas menos galaxias de lo normal.

Luego, en 2017, investigadores del Centro de Astronomía Extragaláctica de la Universidad de Durham del Reino Unido publicaron una investigación que, según dicen, sugiere que el Punto Frío no es un supervacío después de todo. 

¿En lugar de? Puede ser evidencia de universos extraterrestres. 

El profesor de Durham, Tom Shanks, propuso lo que describió como una explicación “más exótica” del punto frío. En su trabajo, Shanks argumentó que el Punto Frío fue “causado por una colisión entre nuestro universo y otro universo burbuja … El Punto Frío podría tomarse como la primera evidencia del multiverso, y miles de millones de otros universos pueden existir como el nuestro”. . ” 

Anteriormente, físicos como Anthony Aguirre, Matt Johnson y Matt Kleban habían señalado que una colisión entre nuestro universo burbuja y otra burbuja en el multiverso produciría, de hecho, una huella en la radiación cósmica de fondo. Además, notaron que aparecería como un punto redondo que tiene un nivel más alto o más bajo de intensidad de radiación. 

La propuesta de Shanks parece ajustarse a los requisitos, pero ¿podría esta característica realmente ser evidencia de una multitud infinita de universos que existen más allá del nuestro?

Las leyes del multiverso

Hoy en día, hay tres contendientes principales que explican cómo puede funcionar el multiverso: la Interpretación de Copenhague, la interpretación de “muchos mundos” o “ramas de la función de onda” y las “branas paralelas” de la teoría de cuerdas.

Dejaremos la teoría de cuerdas para otro día y nos centraremos en las otras dos explicaciones. 

El total de todos los estados posibles en los que puede existir un objeto se denomina superposición coherente de un objeto  y se compone de lo que se conoce como la “función de onda” del objeto. 

La mecánica cuántica necesita una función de onda uniforme y completamente determinista, una expresión matemática que transmite información sobre una partícula en forma de numerosas posibilidades para su ubicación y características. También requiere algo que se dé cuenta de una de esas posibilidades y elimine todas las demás.

Las opiniones difieren sobre cómo sucede eso, pero en la teoría más común, conocida como la Interpretación de Copenhague, esto ocurre mediante la observación de la función de onda o cuando la función de onda se encuentra con alguna parte del mundo “clásico”. Esto hace que la probabilidad, o función de onda, “colapse” y fuerza a la partícula a un estado. 

La Interpretación de Copenhague fue elaborada en la década de 1920 por los físicos Niels Bohr y Walter Heisenberg, quienes argumentaron que una partícula no tiene existencia material hasta que se somete a medición (observación). 

La Interpretación de Copenhague fue esencialmente una chapuza y, para muchos, insatisfactoria. 

En 1935, el físico austriaco-irlandés Erwin Schrödinger articuló el problema de la Interpretación de Copenhague con su famoso experimento mental conocido como El gato de Schrödinger.

En este experimento teórico, se coloca un gato en una caja sellada junto con un poco de material radiactivo y un contador Geiger. Si el contador Geiger detecta la desintegración del material radiactivo, desencadena la liberación de un gas venenoso que mata al gato.

Mientras la caja está sellada, el gato está en una superposición de estar vivo y muerto al mismo tiempo. Solo cuando se abre la caja, el gato se ve obligado a entrar en un estado u otro. Schrödinger señaló que esto era ridículo y que la superposición cuántica no podía funcionar con objetos grandes como los gatos, porque es imposible que un organismo esté vivo y muerto simultáneamente. Por lo tanto, razonó que la Interpretación de Copenhague debe ser inherentemente defectuosa. 

Se propusieron varias alternativas a la Interpretación de Copenhague. Por ejemplo, el enfoque de “variables ocultas” defendido por Albert Einstein y David Bohm, entre otros, sugiere que la función de onda se trate como una solución temporal hasta que los físicos finalmente encuentren algo mejor. Al final de su vida, Heisenberg propuso que el problema está en nuestra noción de la realidad misma. Sugirió que la función de onda representa un nivel “intermedio” de realidad.

El enfoque más sencillo puede ser el de  la interpretación de “muchos mundos” (MWI) que fue planteada por primera vez en 1957 por un estudiante graduado de la Universidad de Princeton llamado  Hugh Everett.  Everett estaba estudiando física con John Archibald Wheeler , quien había imaginado el tejido de el universo como un reino subatómico agitado de fluctuaciones cuánticas, al que llamó “espuma cuántica”.

En su disertación, titulada La teoría de la función de onda universal, Everett sostuvo que la función de onda universal es real y no colapsa, como en la Interpretación de Copenhague. En ese caso, entonces cada resultado posible de una medición cuántica se realiza en algún “mundo” o universo, y por esa lógica, debe haber un número muy grande, o infinito, de universos.

La interpretación de la física cuántica de muchos mundos de Everett recibió poco apoyo de la comunidad física en general, y Everett pasó toda su vida laboral fuera de la academia. Everett creía tan firmemente en su teoría que comía lo que quería, fumaba tres paquetes de cigarrillos al día, bebía en exceso y se negaba a hacer ejercicio. En julio de 1982, Hugh Everett murió repentinamente de un ataque cardíaco a los 51 años.

Según sus instrucciones, Everett fue incinerado y sus cenizas arrojadas a la basura. En 1996, la hija de Everett, Elizabeth, se suicidó, y su nota de suicidio decía que ella también quería que sus cenizas fueran arrojadas a la basura para poder “terminar en el universo paralelo correcto para encontrarse con papá”.

El hijo de Everett, Mark Oliver Everett pasó a formar el grupo de rock “The Eels” cuya música a menudo está llena de temas de la familia, la muerte y el amor perdido.

Stephen Hawking y el multiverso

El famoso físico británico Stephen Hawking murió el 14 de marzo de 2018, después de pasar décadas confinado a una silla de ruedas y dependiente de un sintetizador de voz debido a que padecía esclerosis lateral amiotrófica. El trabajo de investigación final de Hawking, publicado solo 10 días antes de su muerte, fue escrito junto con Thomas Hertog, profesor de física teórica en la Universidad KU Leuven en Bélgica, y se refería al multiverso.

En el documento titulado “¿Una salida sin problemas de la inflación eterna?” Hawking y Hertog propusieron que la rápida expansión del espacio-tiempo después del Big Bang pudo haber ocurrido repetidamente, creando una multitud de universos.

Esta fue una expansión de la teoría de la inflación, la teoría actualmente sostenida de que el Big Bang no fue realmente el comienzo. La teoría de la inflación sugiere que, antes del Big Bang, el Universo estaba lleno de energía que era parte del espacio mismo, y esa energía hizo que el espacio se expandiera a un ritmo exponencial. Es esa energía la que dio origen al Big Bang. 

Sin embargo, debido a que la inflación, como todo lo demás, es de naturaleza cuántica, debe haber terminado en diferentes momentos en diferentes ubicaciones, mientras que el espacio entre las ubicaciones continuó inflándose. Esto, a su vez, significa que habría regiones del espacio donde la inflación termina y comienza un Big Bang, pero estas regiones nunca pueden encontrarse entre sí, ya que están separadas por regiones de espacio inflado. 

En una entrevista, Hawking explicó sus preocupaciones con la teoría de la inflación, diciendo: ‘La teoría habitual de la inflación eterna predice que globalmente nuestro universo es como un fractal infinito, con un mosaico de diferentes universos de bolsillo, separados por un océano que se infla. Las leyes locales de la física y la química pueden diferir de un universo de bolsillo a otro, que juntos formarían un multiverso. Pero nunca he sido fanático del multiverso. Si la escala de diferentes universos en el multiverso es grande o infinita, la teoría no puede ser probada “.

En cambio, la pareja predice que el universo, al menos en las escalas más grandes, es en realidad liso y finito. Su teoría utiliza el concepto de holografía, que describe cómo la realidad física en ciertos espacios 3D se puede reducir matemáticamente a proyecciones 2D en una superficie. Al usar este concepto, pudieron reducir la inflación eterna a un estado atemporal, definido en una superficie espacial al comienzo del tiempo mismo.

Hertog y Hawking luego usaron su nueva teoría para predecir que el universo que emerge de la inflación eterna es en realidad finito y mucho más simple que la estructura fractal infinita predicha por la teoría existente de la inflación eterna.

Hawking explicó que, “No estamos en un único universo único, pero nuestros hallazgos implican una reducción significativa del multiverso, a un rango mucho más pequeño de universos posibles”.

Esto hace que la teoría no solo sea más predictiva sino también comprobable.

Y, si Hawking y Hertog, Everett y Laura Mersini-Houghton , Tegmark y Greene, y una multitud de otros físicos tienen razón, entonces en algún lugar, en otro universo en el momento exacto en que estás leyendo este artículo, Hawking está caminando y hablando. animadamente sobre la física. Esperemos.