por Ethan Siegel
29 de septiembre de 2021
La idea del multiverso establece que
hay grandes, posiblemente infinitos números de universos
como el nuestro, y números grandes, posiblemente infinitos
de universos con diferencias.
Todo depende del tiempo que persistió la inflación
para antes del inicio de nuestro caliente Big Bang.
(Crédito: Lee Davy / flickr / cc por 2.0)
Si realmente hay
otra versión de ti por ahí
en un universo paralelo,
¿Qué nos puede enseñar eso sobre la realidad?
Conclusiones clave
La existencia de múltiples universos suena a ciencia ficción, pero las observaciones dentro de la física teórica sugieren que es posible y potencialmente inevitable.
Una pregunta clave en este escenario especulativo es si hay un número finito o infinito de universos en el multiverso.
En cualquier caso, lo que sabemos hasta ahora indica que, incluso si hay un número infinito de universos en el multiverso, lo que sucede en ellos no tiene nada que ver con lo que sucede en nuestro propio universo.
Una de las ideas más convincentes de toda la física suena a pura ficción, pero en realidad podría describir nuestra realidad:
En el escenario del multiverso, lo que conocemos como nuestro universo es solo uno de los muchos universos que existen de forma independiente y simultánea en paralelo al nuestro.
Aunque no hay evidencia convincente que apunte hacia la existencia o inexistencia del multiverso, nos proporciona un área rica para la exploración, porque las predicciones de su existencia están firmemente arraigadas en fenómenos físicos teóricos que definitivamente se sabe que existen.
Si suponemos que:
El Big Bang caliente, que dio lugar al universo observable tal como lo conocemos, fue precedido por la inflación cósmica.
todas las partículas y campos dentro del universo son fundamentalmente de naturaleza cuántica
Entonces sigue que,
la existencia de un multiverso es casi inevitable ...
Abre un rico reino de posibilidades físicas que incluyen no solo,
universos paralelos, pero también un número infinito de ellos por ahí.
Si ese es el caso, incluso podría haber universos paralelos idénticos al nuestro, donde la realidad se "bifurca" cada vez que ocurre un resultado cuántico.
Esto es lo que es posible dentro de una consideración científica del multiverso.
La concepción en escala logarítmica de un artista del universo observable.
Las galaxias dan paso a una estructura a gran escala
y el denso y caliente plasma del Big Bang en las afueras.
Este "borde" es un límite solo en el tiempo.
(Crédito: Pablo Carlos Budassi; Unmismoobjetivo / Wikimedia Commons)
La motivación para un multiverso
Para comprender por qué los físicos afirman que debería existir un multiverso, primero debe comprender algunos hechos sobre el universo que observamos.
Un hecho es que tenemos un límite a la parte del universo a la que podemos acceder: un límite en el tiempo.
El universo, como podemos ver, comenzó hace unos ~ 13,8 mil millones de años en un evento conocido como el Big Bang caliente , donde el universo era caliente, denso, lleno de materia y radiación, y se expandía, enfriaba y gravitaba desde ese estado inicial. .
Cuanto más miramos hacia atrás en el espacio, más lejos terminamos mirando hacia atrás en el tiempo, hasta el límite del Big Bang caliente:
Hace 13,8 mil millones de años en el tiempo y 46,1 mil millones de años luz de distancia en el espacio ...
Sin embargo, no se puede remontar arbitrariamente a épocas tempranas, porque si el universo hubiera excedido cierta temperatura y densidad, tendría propiedades que específicamente observamos que no tiene .
En cambio, las observaciones son mucho más consistentes con la noción de que el Big Bang caliente fue precedido y establecido por un período de inflación cósmica , que:
estiró la curvatura del universo para que fuera indistinguible del plano
Infló cualquier reliquia de alta energía problemática y no observada que se predice que se formará a altas temperaturas
le dio al universo la misma densidad de energía en todas partes, con fluctuaciones cuánticas, que ocurren durante la inflación, superpuestas sobre ese fondo de energía uniforme
Cuando la inflación llega a su fin, obtenemos un Big Bang caliente con las propiedades necesarias para reproducir el universo observable.
Las fluctuaciones iniciales que se imprimieron
en nuestro universo observable durante la inflación
solo puede entrar en juego en el nivel ~ 0.003%,
pero esas minúsculas imperfecciones conducen a la temperatura
y fluctuaciones de densidad que aparecen en el fondo cósmico de microondas,
y que siembran la estructura a gran escala que existe hoy.
Sin inflación cósmica no hay explicación
para estas condiciones iniciales.
(Crédito: Chris Blake y Sam Moorfield)
Normalmente, nos gusta visualizar la inflación como un campo simple:
tiene ciertas propiedades que afectan el espacio sobre el que está presente el campo.
Mientras el campo permanezca en este estado inflacionario, donde la estructura del espacio tiene una gran energía inherente a él, el espacio se expandirá sin descanso y exponencialmente, de modo que la distancia entre dos puntos cualesquiera se duplica sucesivamente con cada intervalo de tiempo que pasa.
Mientras el campo permanezca en este estado inflacionario, la inflación continúa, estirando el tejido del espacio, diluyendo todo en él hasta que el campo decae.
En ese momento se acaba la inflación ...
A medida que la energía se convierte en materia y radiación, el universo se calienta a una temperatura muy alta (pero no arbitrariamente alta), lo que significa el comienzo del Big Bang caliente.
En realidad, sin embargo, sabemos que cualquier campo que impulse la inflación es abrumadoramente probable que sea de naturaleza cuántica.
Eso significa que, a medida que aumenta la inflación, existe una cierta probabilidad de que el campo:
"rodar" hacia el valle donde termina la inflación; una cierta probabilidad de que no ocurra y la inflación continúe; e incluso una cierta probabilidad de que el campo "ruede" en la dirección equivocada, alejándonos más del final de la inflación.
Y, aquí está la parte contraria a la intuición, debido a que el universo que se infla crea continuamente un nuevo espacio, todas estas posibilidades pueden ocurrir simultáneamente en diferentes regiones del universo que se infla.
La inflación termina (arriba) cuando una bola rueda hacia el valle.
Pero el campo inflacionario es cuántico (medio),
extendiéndose con el tiempo.
Mientras que muchas regiones del espacio (violeta, rojo y cian)
verá el fin de la inflación, muchos más (verde, azul)
verá la inflación continuar, potencialmente por la eternidad (abajo).
(Crédito: E. Siegel)
Esto crea un escenario fascinante a considerar.
Siempre que la inflación haya ocurrido en el pasado, lo cual tenemos abundante evidencia de que sucedió en base a lo que está impreso en nuestro universo, implica la existencia de un multiverso.
Lo que está sucediendo es lo siguiente:
se produce la inflación, estirando el universo y creando un nuevo espacio
en algunos lugares, el campo "rueda" hacia el valle, poniendo fin a la inflación
esto da como resultado la creación de Big Bangs calientes en esas regiones: lo que podríamos llamar "un universo"
entre esos universos hay un espacio más inflado, donde la inflación no termina sino que continúa
Se crea un nuevo espacio a medida que el universo se expande.
En otros lugares, el campo se adentra en el valle, lo que pone fin a la inflación allí con más Big Bangs calientes y más universos.
mientras tanto, la inflación continúa en las regiones donde no terminó, creando más espacio
Etcétera...
De manera fascinante, es bastante fácil demostrar que si desea crear un escenario en el que obtengamos suficiente inflación para configurar el Big Bang caliente con las propiedades que observamos, siempre obtendrá un multiverso:
uno donde siempre están naciendo universos independientes y desconectados, separados para siempre unos de otros por un espacio que continúa inflándose eternamente, mientras que nuevos universos y nuevos Big Bangs calientes continúan engendrando.
Siempre que tengamos esta parte de la historia correcta, y la evidencia indica abrumadoramente que lo hemos hecho, la existencia de un multiverso está predicha por la mejor ciencia actual.
Desde un estado preexistente, la inflación predice que
una serie de universos se generarán a medida que la inflación continúe,
con cada uno completamente desconectado
de todos los demás, separados por más espacio de inflado.
(Crédito: Nicolle Rager Fuller)
¿Están relacionados estos universos?
Ahora, aquí es donde tenemos que entrar en territorio especulativo.
Sabemos que la inflación debe ocurrir a una escala de energía que esté significativamente por debajo de la escala de energía de Planck; de lo contrario, veríamos señales en nuestro universo que no existen.
Sin embargo, lo que no sabemos es sumamente importante.
No sabemos cómo empezó la inflación, ni siquiera si tuvo un comienzo; es posible que la inflación fuera el estado predeterminado del universo que estaba sucediendo eternamente, hasta que terminó en nuestra región del espacio y nuestro universo fue engendrado.
No sabemos si hay propiedades entrelazadas entre estos diferentes universos dentro del multiverso.
No sabemos si todos los universos que se generan tienen las mismas leyes físicas y constantes fundamentales, o si hay dinámicas que gobiernan estas leyes y constantes que de alguna manera se "establecen" durante la inflación o durante la transición final al caliente Big Estallido.
Además, no tenemos idea de cómo cuantificar las probabilidades de estos diferentes resultados: lo que los cosmólogos que trabajan en él llaman el problema de la medida .
Se predice que estos universos existen, pero no sabemos cuántos de ellos hay, si están relacionados o cómo, y qué similitudes o diferencias tienen en relación con nuestro propio universo.
Una representación de los diferentes "mundos" paralelos
que podría existir en otros bolsillos del multiverso.
(Crédito: Pixabay / dominio público
Sin embargo, la expectativa, basada en lo que podemos medir dentro de nuestro propio universo y lo que podemos calcular en función de las propiedades cuánticas que poseen las partículas y los campos conocidos, es que las leyes y constantes deben ser las mismas entre universos, pero la inicial específica las condiciones deben ser diferentes.
¿Qué significa esto?
Significa que las propiedades generales de cada universo deberían ser las mismas, porque tenían un origen común: desde el final del mismo campo inflacionario.
Eso significa que cada universo debería nacer con la misma densidad de energía promedio, las mismas leyes, las mismas simetrías, las mismas cantidades conservadas y leyes de conservación, el mismo modelo estándar, las mismas reglas de relatividad general y muchas otras propiedades.
Las grandes diferencias, simplemente, deberían venir en forma de fluctuaciones cuánticas que se superponen sobre este fondo uniforme:
las imperfecciones de 1 parte en 30 000 que proporcionaron las semillas de la estructura cósmica en nuestro universo.
Estos deberían ser aleatorios y en todas las escalas, y nuestro universo debería ser solo uno de un conjunto extraordinariamente grande de posibles resultados.
Las fluctuaciones cuánticas que ocurren durante la inflación.
se estiran por el universo.
Cuando termina la inflación, se convierten en fluctuaciones de densidad.
Con el tiempo, esto conduce a la estructura a gran escala
observado en el universo de hoy
y las fluctuaciones de temperatura observadas en el CMB.
Las fluctuaciones son un proceso aleatorio,
lo que significa que no habrá dos universos equivalentes
si el número total de universos es finito y demasiado pequeño.
(Crédito: E. Siegel, ESA / Planck, DOE / NASA
Grupo de trabajo interinstitucional de la NSF sobre investigación de CMB)
Y, sin embargo, si tienes suficientes de estos universos que surgen, eventualmente debería haber uno que tenga exactamente las mismas propiedades iniciales que el nuestro.
Recuerda que todo lo que existe en nuestro universo es finito:
hay un número finito de partículas, una cantidad finita de energía, una cantidad finita de tiempo durante el cual pueden ocurrir interacciones entre cuantos y un número finito de posibles resultados.
Estos números son astronómicamente grande, pero que son no infinita ...
Puede o no ser la misma historia cuando se trata de la cantidad de universos que son generados por la inflación.
Si la inflación se ha producido durante un período de tiempo finito, entonces el número de universos que obtenemos aumenta exponencialmente con el tiempo, pero siempre permanece finito.
Si la inflación se ha prolongado durante una cantidad infinita de tiempo, entonces el número de universos debe ser infinito y todas las posibilidades permitidas deben haber ocurrido en algún universo.
La idea de universos paralelos aplicada al gato de Schrödinger.
Por divertida y convincente que sea esta idea,
sin una región de espacio infinitamente grande para mantener estas posibilidades,
incluso la inflación no creará suficientes universos para contener
todas las posibilidades que nos han brindado 13.800 millones de años de evolución cósmica.
(Crédito: Christian Schirm / Wikimedia Commons)
¿Aislado o interactivo?
Si la inflación ha durado solo una cantidad finita de tiempo, podemos decir firmemente que, en función de cómo aumenta el número de universos con el tiempo frente a cómo aumenta con el tiempo el número de resultados posibles dentro de un solo universo, no hay universos paralelos equivalentes. a los nuestros dentro del multiverso.
Cuando hablamos de la interpretación de muchos mundos de la mecánica cuántica, un número finito de universos es insuficiente para contener todos los resultados posibles. Requerimos una infinidad de mundos.
Esto en sí mismo requiere una duración infinita de la inflación para hacer posible un universo paralelo idéntico al nuestro.
Pero si la inflación se ha prolongado durante una cantidad infinita de tiempo, entonces la existencia de universos paralelos idénticos no solo es posible, sino obligatoria.
No importa cuán grande sea un número finito, incluso si tiende hacia el infinito con el tiempo, nunca se volverá infinito después de una cantidad de tiempo finita.
Dentro de nuestro universo observable, solo hay un número finito
de partículas, una cantidad finita de tiempo para que interactúen,
y un número finito de posibles resultados.
Si hay un número infinito de universos
como el nuestro que ahora existe, cada conjunto posible de resultados
debe estar representado en al menos un universo.
(Crédito: Jaime Salcido / Colaboración EAGLE)
Por lo tanto, aunque hay una cantidad astronómica de posibles resultados que podrían haber ocurrido, incluidas las interacciones cuánticas con un conjunto continuo de resultados permitidos, un número infinito de universos paralelos debe contenerlos todos.
Sin embargo, incluso si tales universos paralelos existen dentro de un multiverso más grande, incluso si hay un número infinito de ellos, no todos los efectos imaginables son posibles.
No puedes transferir nada entre universos, por ejemplo.
A pesar de que cada universo surgió de la misma pequeña región del espacio, ya que puede rastrear dos puntos cualesquiera en un espacio-tiempo que se infla hasta que estén arbitrariamente juntos , nunca se puede transferir información entre ellos:
ya no están conectados causalmente ...
Si la 'burbuja' que dio origen a nuestro universo
chocó con otro en las primeras etapas,
sobrevendría un rasgo parecido a un hematoma.
No se encuentran tales firmas en nuestras observaciones,
lo que indica que la imagen estándar de la inflación,
donde los universos distintos no interactúan, sigue siendo válido.
(Crédito: Stephen Feeney, Matt Johnson,
Daniel Mortlock, Hiranya Peiris / UCL)
No se produce ninguna retrocausalidad. En otras palabras, lo que sucede en un universo no puede afectar a otro.
Sabemos cómo cuantificar lo que ocurriría, durante la inflación, si dos universos cualesquiera chocaran, se fusionaran o interactuaran de alguna otra manera, y podemos afirmar definitivamente que no existe tal evidencia de que eso haya ocurrido en nuestro universo.
Además, las posibilidades cuánticas que existen ahora para nuestro universo solo son posibles para eventos futuros cuyos resultados ya han sido determinados.
La idea de que múltiples historias podrían superponerse para crear la realidad que habitamos ahora, a menudo conocida coloquialmente como el efecto Mandela , es un ejemplo físicamente inadmisible de pseudociencia, sin el apoyo de ninguna evidencia en absoluto.
Una ilustración de múltiples universos independientes,
causalmente desconectados unos de otros en un océano cósmico en constante expansión,
es una representación de la idea del multiverso.
Durante la inflación, dondequiera que termine la inflación, tenemos un Big Bang caliente,
algo que claramente sucedió aquí hace ~ 13,8 mil millones de años.
Pero si comenzó la inflación y cómo, de ser así,
no es una pregunta que podamos responder actualmente.
(Crédito: Ozytive / Dominio público)
Es extraordinariamente tentador considerar la posibilidad de que todos nuestros errores y malas decisiones, y las consecuencias que se han producido para nosotros y los demás a causa de ellos, puedan haber resultado diferentes en otros lugares.
En otro momento, en otro lugar, tal vez hubo una versión de ti que tomó mejores decisiones en una coyuntura crítica, y esa versión de ti, en otro universo, está teniendo una vida mejor y habitando un mundo mejor por eso.
La idea del multiverso, y específicamente de universos paralelos que eran idénticos al nuestro hasta esas decisiones críticas, nos ofrece la esperanza de que nuestras decisiones pasadas no sean tan inmutables como creemos actualmente.
Y, sin embargo, eso no es en absoluto lo que indica la ciencia.
Incluso si la inflación ha estado en curso durante una cantidad infinita de tiempo, lo que ocurra en los otros universos que existen no está relacionado de ninguna manera con lo que está ocurriendo o ha ocurrido en nuestro universo .
Nuestro pasado está fundamentalmente escrito.
No surgen oportunidades en ningún escenario de multiverso, ya sea para reescribir el pasado o para importar, de otro universo, un resultado que resultó diferente.
El multiverso puede ser inevitable y los universos paralelos pueden ser posibles, pero no afectan nuestro universo de ninguna manera medible u observable.
Más allá de los límites de la ciencia, todo lo que tenemos es especulación ...
Hasta que la evidencia se ponga al día, no se pueden hacer más declaraciones definitivas.
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