Una nueva visión radical de la mecánica cuántica acaba con las eternas “burbujas” del multiverso, y sugiere cómo el multiverso (muchos mundos) se acerca a su fin.

Una visión popular del multiverso dice que nuestro universo es sólo uno de una multitud de discretos universos “burbuja”. El Universo conocido tiene sus propias leyes de la física, mientras que otros universos pueden tener unas leyes diferentes.

Sin embargo, un nuevo punto de vista de los efectos cuánticos – una idea original de Sean Carroll del Instituto de Tecnología de California y de sus colegas – se opone a esta descripción. También podría ser muy útil para los teóricos cuánticos, ya que elimina algunas cuestiones espinosas de la cosmología actual, incluyendo una paradoja desconcertante que involucra las conciencias (o cerebros) sin cuerpo conocidas como “cerebros de Boltzmann”.

La visión de Carroll proviene de una nueva forma de ver los movimientos aleatorios conocidos como fluctuaciones cuánticas.

Los sistemas cuánticos desconciertan nuestra mejor intuición de la física. Los modelos actuales dicen que una pequeña partícula, como un electrón, no tiene una posición precisa: lo mejor que podemos hacer es describir la probabilidad de encontrar un electrón en un punto en particular, dada una ecuación llamada su función de onda. Al intentar realizar una medición, la función de onda se “colapsa” y nos da un único valor – pero, hasta ese instante, la posición del electrón fluctúa. Uno de los resultados de esta incertidumbre es la aparición de fluctuaciones cuánticas en un espacio aparentemente vacío.

A pesar de sus cualidades extrañas, debemos nuestra propia presencia a estas fluctuaciones cuánticas. Los estudios de la primera luz emitida en el Universo, unos 380.000 años después del Big Bang, sugieren que las fluctuaciones cuánticas en el Universo temprano provocaron fluctuaciones en la densidad de la materia, o sea algunas regiones eran más densas en materia que otras, lo que resulta en una red cósmica de galaxias, estrellas, planetas y, en última instancia, personas.

Estas fluctuaciones aleatorias también parecían tener otra consecuencia intrigante. En la fracción de segundo después del Big Bang, se piensa que el Universo tuvo que haber pasado por un período de crecimiento explosivo, conocido como la inflación, impulsado por las partículas cuánticas llamadas inflatones. Estas estarían sujetas a las fluctuaciones cuánticas también. De vez en cuando, un inflatón se ve infundido al azar con una energía extra, lo que hace que una burbuja universo separada se expanda. Esta burbuja también pasaría por un periodo de inflación y, a su vez, crearía más burbujas universo, lo que lleva a la idea del multiverso.

Con esta forma de pensar, una vez que la inflación empieza nunca puede realmente acabar, y siempre están naciendo nuevos universos – por lo que este multiverso sería infinito e interminable.

Esta es la visión que prevalece, por lo menos. Carroll y sus colegas decidieron echar un segundo vistazo a esta teoría, ya que lleva a algunas preguntas sin resolver. En un multiverso tan infinito, todo lo que tiene incluso una ligera posibilidad de ocurrir es casi seguro que sucederá – sólo es cuestión de esperar el tiempo suficiente.

Algunos teóricos han señalado que, si esta idea es llevada a su conclusión lógica, se debe también incluir la agregación espontánea de materia para crear cerebros autoconscientes sin cuerpo. Es el mismo tipo de lógica que dice que un número infinito de monos escribiendo al azar eventualmente producirán las obras completas de Shakespeare. Según Scott Aaronson del Instituto Tecnológico de Massachussetts: “Esto no suena como un problema científico real”.

Esto puede ser cierto, pero los “cerebros de Boltzmann” crean algunos problemas serios para los teóricos: En toda la historia del Universo, tales cerebros sin cuerpos nos superarían en número. Y esto es un gran problema, ya que el punto de partida para la comprensión del Universo y de su comportamiento es que los observadores típicos son seres humanos y no cerebros incorpóreos. Lo que es más, los cerebros de Boltzmann son demasiado extraños para algunas personas.

Carroll se propuso escribir un artículo que demuestre que los cerebros de Boltzmann son una amenaza real, pero en el proceso se encontró con una manera de vencerlos. Su punto de partida fue la idea de que las fluctuaciones cuánticas dependen de la interacción con un sistema externo o una partícula, conocida como “observador” – un concepto muy familiar en la mecánica cuántica. Cuando se aplica esta forma de pensar a nuestro punto de vista de la inflación, eso lo cambió todo. El inflatón debe haber precedido a todas las otras partículas en el Universo primitivo. Eso quiere decir que era el único tipo de partícula que existía, por lo que, según Carroll, no habría nada externo que interactuara con los inflatones. En este caso, el inflatón no habría sido objeto de fluctuaciones cuánticas.

Este estado “inactivo” se prolongó hasta que los inflatones decayeron en diferentes tipos de partículas ordinarias, que luego podrían interactuar con las demás. Carroll dijo: “Entonces esas fluctuaciones cuánticas finalmente vuelven a la vida”, lo que les permite cumplir su función crucial que es la formación de la red cósmica, eliminando así la necesidad de un multiverso infinito.

Sin embargo, su idea no acaba con el multiverso por completo. Eso es porque las matemáticas que hacen que las fluctuaciones cuánticas dependan de un observador, se basan en la teoría de “muchos mundos” de la mecánica cuántica. Esta nos dice que: cada vez que un sistema cuántico se mide, el Universo se descompone en diferentes ramas, una para cada resultado posible. A diferencia del multiverso en el que cada universo burbuja discreto parte de cero y se desarrolla de forma independiente, un multiverso de “muchos mundos” está hecho de ramas superpuestas que comenzaron todas con las mismas condiciones iniciales. Carroll dijo: “Tal vez en un universo diferente, Hitler ganó la segunda guerra mundial, eso podría ser uno de los resultados. Pero, en todos estos universos, las leyes de la física son las mismas”.

Aquí os dejo un diagrama a modo de resumen de las dos teorías del multiverso:

En la teoría de Carroll, incluso las ramificaciones del Multiverso deben tener un final. El Universo se está expandiendo a un ritmo acelerado, por lo que los cosmólogos piensan que la muerte del Universo tendrá mucho en común con su nacimiento, sin materia reconocible y con un único campo cuántico. En ese caso, una vez más, no habrá observadores para hacer que las fluctuaciones cuánticas cobren vida.

La simplicidad de la teoría impresionó a Aaronson: “Creo que fundamentalmente está en lo cierto”.

Sin embargo, los defensores de la inflación eterna siguen pegados a su historia. Aunque es bastante comprensivo el deseo de Sean Carroll de no tener cerebros de Boltzmann. Sin embargo, Alan Guth del Instituto Tecnológico de Massachusetts, y fundador de la teoría de la inflación, cree que es posible que el multiverso inflacionario en constante burbujeo pueda existir, aunque, incluso todas las matemáticas de Carroll sean correctas. En estos momentos Guth está trabajando en un artículo para demostrar esto.

Actualmente no existe ninguna manera de resolver el debate. Pero David Wallace, de la Universidad de Oxford, dice que la teoría de Carroll también puede tener consecuencias prácticas, por ejemplo, para ayudarnos a entender mejor la forma en la que la materia se comporta a nivel cuántico.

Fuente: New Scientist