Multiverso… ¿multi qué…?

La hipótesis del multiverso no es algo que los físicos se hayan sacado de la manga, aunque como era de esperar ha encendido y provocado malentendidos por el mal uso que le han dado los nuevos “profetas” de la física y el misticismo.  Este concepto aparece de manera natural en muchos contextos y con diversas motivaciones.  El caso es comprobar si se puede comprobar esta hipótesis en un sentido u en otro.

Hoy mismo hemos visto en Ciencia Kanija una noticia referente con este tema, de hecho ha sido la inspiración para esta entrada. Luego le dedicaremos unas palabras a estos artículos.

En esta entrada pretendemos mostrar las distintas formas de llegar a este concepto de multiverso en una perspectiva cosmológica.

Multiverso

La hipótesis del multiverso nos dice que nuestro universo sólo es uno de tantos.  En dichos universos se dan todas las posibles combinaciones de leyes físicas.  Así que en algunos podrán darse las condiciones para que surja la vida tal y como la conocemos y en otros no.

Imagen artística del Multiverso

Primera idea del multiverso: Porque no lo vemos todo.

La primera forma de llegar a postular un multiverso es la más económica de todas.  Supongamos que nuestro universo es infinito.  Lo que está claro es que nosotros no podemos “ver” todo ese universo.  Unicamente tenemos acceso observacional, y por tanto donde podemos comprobar nuestras teorías, a una porción del mismo que tiene un tamaño que es el que a la luz le ha dado tiempo a recorrer desde el origen del universo hasta ahora.  Eso nos da una “burbuja” con un radio llamado radio de Hubble.  Esto es lo que identifica el universo observable.

Dado un observador, por ejemplo nuestra galaxia (que en términos cosmológicos es un puntito en el espacio) existirá una región dada por el volumen de Hubble que es el universo que podemos observar.  Evidentemente esta región aumenta con el tiempo.  Cuanto más tiempo ha pasado desde el origen del universo más tiempo ha tenido la luz para avazar y por tanto esa burbuja de Hubble se hace mayor.

Entonces la hipótesis nos dice:

Como el universo es infinito, seguro que hay zonas que son exactamente iguales a la nuestra.  Tan iguales que hay probabilidad no nula de que haya copias exactas de todos nosotros haciendo lo mismo que estamos haciendo todos nosotros.

Opinión personal:

Aquí pasa lo de siempre, el punto clave es «el infinito».  Si el universo es infinito pues hay opción a que se den infinitas opciones, infinitas veces, con lo cual no es imposible (bajo esta óptica) que la hipótesis sea cierta.

Sin embargo me parece a mí que la naturaleza tiene más imaginación que nosotros y que sería aburrido tener copias exactas de todo esto (un derroche absurdo de materia prima).  Pero esto sólo es una cosa personal, no lo toméis en serio.

Segunda idea del multiverso:  El caos de la inflación.

La teoría inflacionaria:

Esta teoría nos dice que el universo tuvo en su origen una expansión muy muy rápida aumentando su volumen en un factor de en un tiempo muy corto.

La base de este proceso es en cierto modo idéntico al que expusimos en la entrada del mecanismo de Higgs.

Inicialmente estaba la nada, el vacío.  Pero en cuántica el vacío no es algo inerte, tiene actividad, existen fluctuaciones donde se crean y de destruyen partículas.  Y además sabemos que tenemos dos vacíos:

• Vacío virtual:  No hay partículas en promedio, pero su energía no es la menor posible.
• Vacío real:  Hay partículas presentes, pero su energía es la menor posible.

El universo se originó porque estaba en un estado de vacío virtual (no había partículas ni campos pero su energía no era la menor posible) y claro, todo sistema tiene la tendencia a ir hacia su estado de menor energía.  Así se produce el paso del vacío virtual al vacío real (de mayor a menor energía).  Pero en este proceso pasa algo curioso, aparece un campo que provoca una repulsión gravitatoria bestial, provocando la expansión del universo de forma brutal.  Este es el origen de la inflación.

La idea es que en este paso del vacío virtual (mayor energía) al vacío real (menor energía y partícula) produce una burbuja (bubble en inglés):

El caso es que se introduce un modelo denominado inflación caótica o inflación eterna (indistintamente).  Esto se basa en que el universo originalmente está en el vacío virtual, y en una determinada región del vacío virtual se produce la transición al vacío real, pero no en todo el vacío virtual a la vez.  Es decir, se produce una burbuja, pero el vacío virtual no desaparece totalmente, sigue ahí.  Y por tanto este proceso se puede dar una y otra vez indefinidamente, por eso se llama inflación eterna.  Pero es más, en cada una de estas burbujas se tienen distintas leyes de la física y distintos valores de las constantes fundamentales.  Por eso se llama caótico.

Distintas burbujas, que son nuevos universos. Los distintos colores indican que hay diferentes leyes de la física y distintos valores de las constantes fundamentales.

Esta es una visión muy gráfica de lo que entendemos por multiverso.  En este caso las leyes de la física en cada universo pueden ser distintas, las constantes pueden ser distintas, las dimensiones grandes del espaciotiempo (aquellas que podríamos observar) pueden ser diferentes a las cuatro nuestras, etc.

Tercera opción: Membranas y universos

Mundos brana:

Esta opción está motivada por la teoría de cuerdas.  En dicha teoría la dimensión del espaciotiempo es de 10 u 11 dimensiones (esta última posibilidad recogida en la llamada teoría M).  Los elementos básicos de esta teoría son cuerdas muy pequeñas, filamentos de energía, que en sus distintos modos de vibración producen todas la partículas conocidas y todas las interacciones (aún no hemos comprobado eso con total exactitud pero cada vez se está más cerca).  Pero nuevos refinamientos de la teoría además de cuerdas admiten objetos de más dimensiones llamadas branas.  Estas branas pueden tener de 0 dimensiones (una partícula puntual), 1dimensión (una cuerda), 2 dimensiones (una membrana), 3 (una 3-brana), y así hasta 10 dimensiones espaciales y por supuesto todo esto evolucionando con el tiempo.

Entonces se puede dar el caso de que dos branas de tres dimensiones grandes que contengan un universo completo.  De hecho el origen del universo se provoca por una colisión de dos de estas branas.  A este modelo se llama universo Ekpitótico.

Esta posibilidad está plagada de partículas taquiónicas, con lo cual la cosa es ciertamente inestable (ver entrada sobre los taquiones para entender mejor esta frase).  Aunque también proporciona un método de comprobar el modelo.  Las interacciones no gravitatoria y las partículas están confinadas en una brana dada, no pueden saltar de una brana a otra a través de las dimensiones adicionales, sin embargo la gravedad si que puede ir de una brana a otra.

Tenemos dos 3-branas (que contienen un universo cada una) inmersas en un ambiente de 11 dimensiones. Unicamente cuerdas cerradas, correspondientes a gravitones, es decir a gravedad, pueden moverse de un universo a otro.

Hemos revisado aquí las formas más comunes de hablar del multiverso en un contexto cosmológico.  Falta una fuente más para hablar de esto, y es la interpretación de los mundos múltiples de la mecánica cuántica.  Sin embargo, el origen de esta última propuesta, que también da lugar a un «multiverso», es distinta en esencia y se merece una entrada aparte.

Lo que hemos querido mostrar aquí es que hay formas de llegar a este concepto, que no tiene nada que ver con duendes o gnomos y que, por supuesto, todas estas hipótesis se están confrontando con las observaciones.

Sobre la noticia de que se pueden ver señales observacionales del multiverso:

Por ejemplo en la noticia reflejada en Ciencia Kanija se da un método para encontrar señales de colisiones de burbujas de universos en la radiación cósmica de fondo dentro del modelo de inflación caótica.  Sin embargo las conclusiones son que no se puede concluir ni que sí, ni que no.  Pero al menos se ponen herramientas físico matemáticas sobre la mesa con las cuales preguntarnos, y posiblemente respondernos cuando tengamos mejores datos, si eso del multiverso es una falacia o es una realidad física.

En mi opinión estos métodos, que está basados en métodos estadísticos Bayesianos, no son muy potentes si no se tienen datos muy fiables (y muchos de ellos).  La estadística de Bayes es un método para estudiar el tanto por ciento de plausibilidad de una hipótesis, lo malo es que depende fuertemente de que veracidad que le dota el experimentador a los resultados que confirman o desmienten la misma.  Este método es muy bueno si tenemos muchos datos y son confiables.  Pero no es el caso por ahora en este contexto.

Igualmente pasa con este artículo «La probabilidad de vida extraterrestre es arbitrariamente pequeña».  No hemos hecho los cálculos, pero suponemos que modificando la hipótesis de partida se podría probar exactamente lo contrario.  El hecho es que esta gente parte de la hipótesis que dado que sólo hemos visto la vida en la tierra no podemos decir que haya vida en otro sitio.  Así que calculan, a la Bayes, la probabilidad de que haya vida en otro lugar del universo (asignandole una probabilidad muy pequeña de entrada) y concluyen que la probabilidad de existencia de extraterrestes es depreciable.  Claro que tampoco hemos mirado en muchos planetas, lo único que sabemos es que no los hemos visto, pero hay muchas razones para no haberlos visto aunque existan.  Por lo tanto, la conclusión, cuanto menos, es muy arriesgada.

Perdón por esta salida por la tangente, pero es que el uso de los métodos de Bayes son peligrosos si uno no controla bien las hipótesis iniciales y los hechos que las apoyan o las desacreditan.  Uno puede construir el problema para concluir lo que uno quiera de entrada.

El caso es que los artículos en los que se basa esta noticia:

First Observational Tests of Eternal Inflation: Analysis Methods and WMAP 7-Year
Results
First Observational Tests of Eternal Inflation

Estos artículos se publicaron en Diciembre del 2010 pero no han tenido mucha repercusión.  Hemos encontrado que ha sido citado 3 veces cada uno y dos de dichas citas son de los propios autores en otros artículos.  Esto en principo no quiere decir nada, pero indica el grado de interés que ha despertado el tema.

Bueno, seguiremos con esto en otras ocasiones y hablaremos de la interpretación de los mundos múltiples en mecánica cuántica.

Nos seguimos leyendo…