Física de lo imposible (40 page)
En la aproximación de los «muchos mundos» la solución a este problema es simple: el universo simplemente existe en muchos estados paralelos, todos ellos definidos por una función de onda maestra llamada «función de onda del universo». En cosmología cuántica el universo empezó como una fluctuación cuántica del vacío, es decir, como una minúscula burbuja en la espuma del espacio-tiempo. La mayoría de los universos bebé en la espuma del espacio-tiempo tienen un big bang e inmediatamente después tienen un big crunch. Por esto es por lo que nunca los vemos, porque son pequeños en extremo y de corta vida, surgen y desaparecen de repente en el vacío. Esto significa que incluso «la nada» está hirviendo con universos bebé que nacen y desaparecen instantáneamente, aunque en una escala que es demasiado pequeña para que la detecten nuestros instrumentos. Pero por la misma razón, una de las burbujas en la espuma del espacio-tiempo no recolapsó en un big crunch, sino que siguió expandiéndose. Este es nuestro universo. Según Alan Guth, esto significa que el universo entero es un «free lunch», un almuerzo de balde.
En cosmología cuántica, los físicos parten de algo análogo a la ecuación de Schródinger que gobierna la función de onda de electrones y átomos. Utilizan la ecuación de DeWitt-Wheeler, que actúa sobre la «función de onda del universo». Normalmente la función de onda de Schródinger está definida en todo punto del espacio y el tiempo, y por ello se pueden calcular las probabilidades de encontrar un electrón en dicho punto del espacio y el tiempo. Pero la «función de onda del universo» está definida sobre todos los universos posibles. Si resulta que la función de onda del universo es grande cuando se define para un universo específico, eso significa que hay una gran probabilidad de que el universo esté en ese estado concreto.
Hawking ha desarrollado este punto de vista. Nuestro universo, afirma, es especial entre otros universos. La función de onda del universo es grande para el nuestro y casi cero para la mayoría de los otros universos. Así pues, hay una probabilidad pequeña pero finita de que otros universos puedan existir en el multiverso, pero el nuestro tiene la probabilidad más grande. De hecho, Hawking trata de derivar la inflación de esta manera. En esta imagen, un universo que se infla es simplemente más probable que un universo que no lo hace, y por ello nuestro universo se ha inflado.
La teoría de que nuestro universo procedía de la «nada» de la espuma del espacio-tiempo podría parecer por completo indemostrable, pero es compatible con varias observaciones simples. En primer lugar, muchos físicos han señalado que es sorprendente que la cantidad total de cargas positivas y cargas negativas en nuestro universo se cancelen exactamente, al menos dentro de la precisión experimental. Damos por hecho que en el espacio exterior la gravedad es la fuerza dominante, pero esto es solo porque las cargas positivas y las negativas se cancelan exactamente. Si hubiera el más mínimo desequilibrio entre cargas positivas y negativas en la Tierra, sería suficiente para desgarrar nuestro planeta, pues la repulsión electrostática superaría a la fuerza gravitatoria que mantiene la Tierra unida. Una manera simple de explicar por qué existe este equilibrio entre cargas positivas y negativas es suponer que nuestro universo procedía de la «nada», y la «nada» tiene carga cero.
En segundo lugar, nuestro universo tiene espín cero. Aunque durante años Kurt Gódel intentó demostrar que el universo estaba rotando al sumar los espines de las diversas galaxias, los astrónomos creen hoy que el espín total del universo es cero. El fenómeno se explicaría fácilmente si el universo viniera de la «nada», puesto que la «nada» tiene espín cero.
En tercer lugar, la procedencia de nuestro universo de la nada ayudaría a explicar por qué el contenido total de materia-energía del universo es tan pequeño, quizá incluso cero. Cuando sumamos la energía positiva de la materia y la energía negativa asociada a la gravedad, las dos parecen cancelarse mutuamente. Según la relatividad general, si el universo es cerrado y finito, entonces la cantidad total de materia-energía en el universo debería ser exactamente cero. (Si nuestro universo es abierto e infinito, esto no tiene por qué ser cierto; pero la teoría inflacionaria parece indicar que la cantidad total de materia-energía en nuestro universo es extraordinariamente pequeña).
Esto deja abiertas algunas cuestiones preocupantes: si los físicos no pueden descartar la posibilidad de varios tipos de universos paralelos, ¿sería posible entrar en contacto con ellos? ¿Visitarlos? ¿O es posible que seres de otros universos nos hayan visitado?
El contacto con otros universos cuánticos que no estén en coherencia con nosotros parece bastante improbable. La razón de que hayamos perdido la coherencia con estos otros universos es que nuestros átomos han rebotado incesantemente con otros átomos en el ambiente circundante. Cada vez que se produce una colisión, la función de onda de dicho átomo parece «colapsar»; es decir, el número de universos paralelos decrece. Cada colisión reduce el número de posibilidades. La suma total de todos estos billones de «minicolapsos» atómicos produce la ilusión de que los átomos de nuestro cuerpo están totalmente colapsados en un estado definido. La «realidad objetiva» de Einstein es una ilusión creada por el hecho de que tenemos muchos átomos en nuestro cuerpo, cada uno de los cuales está chocando continuamente con los demás y reduciendo cada vez el número de universos posibles.
Es como examinar una imagen desenfocada a través de una cámara. Esto correspondería al micromundo, donde todo parece borroso e indefinido. Pero cada vez que ajustamos el foco de la cámara, la imagen se hace más y más nítida. Esto corresponde a billones de minúsculas colisiones con átomos vecinos, cada una de las cuales reduce el número de universos posibles. De esta manera hacemos suavemente la transición del micromundo borroso al macromundo.
Así pues, la probabilidad de interaccionar con otro universo cuántico similar al nuestro no es nula, pero disminuye con rapidez con el número de átomos en nuestro cuerpo. Puesto que hay billones de billones de átomos en nuestro cuerpo, la probabilidad de que interaccionemos con otro universo que contenga dinosaurios o alienígenas es infinitesimalmente pequeña. Se puede calcular que tendríamos que esperar un tiempo mucho mayor que la vida del universo para que suceda tal acontecimiento.
Por lo tanto, el contacto con un universo paralelo cuántico no puede descartarse, pero sería un suceso extraordinariamente raro, puesto que no estamos en coherencia con ellos. Pero en cosmología encontramos un tipo diferente de universo paralelo: un multiverso de universos que coexisten unos con otros, como burbujas de jabón que flotan en un baño de burbujas. El contacto con otro universo en el multiverso es una cuestión diferente. Sin duda sería una hazaña difícil, pero una hazaña que sería posible para una civilización tipo III.
Como hemos visto antes, la energía necesaria para abrir un agujero en el espacio o para ampliar la espuma del espacio-tiempo es del orden de la energía de Planck, donde toda la física conocida deja de ser válida. El espacio y el tiempo no son estables a dicha energía, y esto abre la posibilidad de dejar nuestro universo (suponiendo que existan otros universos y que no muramos en el proceso).
Esta no es una cuestión puramente académica, puesto que toda vida inteligente en el universo tendrá que enfrentarse algún día al fin del universo. En definitiva, la teoría del multiverso puede ser la salvación para toda vida inteligente en nuestro universo. Datos recientes del satélite WMAP actualmente en órbita confirman que el universo se está expandiendo a un ritmo acelerado. Quizá un día perezcamos todos en lo que los físicos llaman un big freeze. Finalmente, el universo entero se oscurecerá; todas las estrellas en los cielos se apagarán y el universo consistirá en estrellas muertas, estrellas de neutrones y. agujeros negros. Incluso los átomos mismos de sus cuerpos pueden empezar a desintegrarse. Las temperaturas se hundirán hasta cerca del cero absoluto, lo que hará la vida imposible.
A medida que el universo se aproxime a ese punto, una civilización avanzada que se enfrente a la muerte final del universo podría contemplar la idea de hacer el último viaje a otro universo. Estos seres tendrían que elegir entre congelarse hasta la muerte o salir. Las leyes de la física son una garantía de muerte para toda vida inteligente, pero hay una cláusula de escape en dichas leyes.
Una civilización semejante tendría que dominar la potencia de enormes colisionadores de átomos y de haces láser tan grandes como un sistema solar o un cúmulo estelar para concentrar una enorme potencia en un único punto y alcanzar la fabulosa energía de Planck. Es posible que hacerlo fuera suficiente para abrir un agujero de gusano o una puerta a otro universo. Una civilización tipo III podría utilizar la colosal energía a su disposición para abrir un agujero de gusano y hacer un viaje a otro universo, dejando nuestro universo moribundo para empezar de nuevo.
Por increíbles que puedan parecer algunas de estas ideas, han sido seriamente consideradas por los físicos. Por ejemplo, cuando tratamos de entender cómo se originó el big bang, tenemos que analizar las circunstancias que condujeron a esa explosión original. En otras palabras, tenemos que preguntar: ¿cómo hacer un universo bebé en el laboratorio? Andrei Linde de la Universidad de Stanford, uno de los cocreadores de la idea del universo inflacionario, dice que si podemos crear universos bebé, entonces «quizá sea tiempo de redefinir a Dios como algo más sofisticado que solo el creador del universo».
La idea no es nueva. Cuando hace años los físicos calcularon la energía necesaria para desencadenar el big bang «la gente empezó a preguntarse inmediatamente qué sucedería si se colocaran montones de energía en un espacio en el laboratorio —muchos cañonazos a la vez—. ¿Podría concentrarse energía suficiente para desencadenar un mini big bang?», pregunta Linde.
Si concentramos suficiente energía en un punto, todo lo que tendríamos sería un colapso del espacio-tiempo en un agujero negro, nada más. Pero en 1981 Alan Guth del MIT y Linde propusieron la teoría del «universo inflacionario», que desde entonces ha generado enorme interés entre los cosmólogos. Según esta idea, el big bang empezó con una expansión turbocargada, mucho más rápida de lo que se creía previamente. (La idea del universo inflacionario resolvía muchos problemas persistentes en cosmología, tales como por qué el universo debería ser tan uniforme. Miremos donde miremos, ya sea una región del cielo nocturno o la opuesta, vemos un universo uniforme, incluso si no ha habido tiempo suficiente desde el big bang para que estas regiones enormemente separadas entren en contacto. La respuesta a este rompecabezas, según la teoría del universo inflacionario, es que un minúsculo fragmento de espacio-tiempo que era relativamente uniforme se hinchó hasta convertirse en el universo visible entero). Para desencadenar la inflación Guth supone que en el principio del tiempo había minúsculas burbujas de espacio-tiempo, una de las cuales se infló enormemente para convertirse en el universo de hoy.
De un golpe, la teoría del universo inflacionario respondía a numerosas preguntas cosmológicas. Además, es compatible con todos los datos que tenemos hoy procedentes del espacio exterior captados por los satélites WMAP y COBE. De hecho, es indiscutiblemente la primera candidata para una teoría del big bang.
Pero la teoría del universo inflacionario plantea una serie de preguntas embarazosas, ¿por qué empezó a inflarse esta burbuja? ¿Qué apagó la expansión, de la que resultó el universo actual? Si la inflación sucedió una vez, ¿podría suceder de nuevo? Resulta irónico que aunque el escenario inflacionario es la primera teoría en cosmología, casi nada se sabe sobre lo que puso en marcha la inflación y lo que la detuvo.
Para responder a estas molestas preguntas, en 1987 Alan Guth y Edward Fahri del MIT plantearon otra pregunta hipotética: ¿cómo podría una civilización avanzada inflar su propio universo? Ellos creían que si pudieran responder a esta pregunta, podrían responder a la pregunta más profunda de por qué el universo se infló de entrada.
Encontraron que si se concentraba energía suficiente en un punto se formarían espontáneamente minúsculas burbujas de espacio-tiempo. Pero si las burbujas fueran demasiado pequeñas, desaparecerían de nuevo en la espuma del espacio-tiempo. Solo si las burbujas fueran suficientemente grandes podrían expandirse para dar un universo entero.
Desde el exterior el nacimiento de este nuevo universo no se notaría mucho, no más que la detonación de una bomba nuclear de 500 kilotones. Parecería como si una pequeña burbuja hubiera desaparecido del universo, dejando una pequeña explosión nuclear. Pero dentro de la burbuja podría expandirse un universo totalmente nuevo. Pensemos en una burbuja de jabón que se desdobla o genera una burbuja más pequeña, dando lugar a una burbuja de jabón bebé. La minúscula burbuja de jabón podría expandirse rápidamente hasta formar una burbuja de jabón totalmente nueva. De la misma forma, dentro del universo veríamos una enorme explosión del espacio-tiempo y la creación de un universo entero.
Desde 1987 se han propuesto muchas teorías para ver si la introducción de energía puede hacer que una gran burbuja se expanda hasta dar un universo entero. La teoría más comúnmente aceptada es que una nueva partícula, llamada «inflatón», desestabilizó el espacio-tiempo, e hizo que se formaran y expandieran tales burbujas.
La última controversia estalló en 2006, cuando los físicos empezaron a considerar seriamente una nueva propuesta para desencadenar un universo bebé con un monopolo. Aunque los monopolos —partículas que llevan un solo polo norte o polo sur— nunca se han visto, se cree que abundaban en el universo primitivo. Son tan masivos que son extraordinariamente difíciles de crear en el laboratorio; pero, precisamente porque son tan masivos, si inyectamos aún más energía en un monopolo podríamos desencadenar un universo bebé para expandirlo hasta dar un universo real.
¿Por qué querrían los físicos crear un universo? Linde dice «¿En esta perspectiva, cada uno de nosotros puede convertirse en un dios». Pero hay una razón más práctica para querer crear un nuevo universo: en definitiva, para escapar a la eventual muerte de nuestro universo.