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Multiverso

Entre el rigor de la matemática y la fantasía científica.

WORLDS WITHOUT END. THE MANY LIVES OF THE MULTIVERSE.
Por Mary-Jane Rubinstein. Columbia University Press, Nueva York, 2014.

La difusión de la idea de multiverso y de los conceptos asociados de inflación y teoría de cuerdas debe mucho a Scientific American (Investigación y Ciencia en el mundo de expresión española). De hecho, son tres los foros principales donde ha venido madurando la cuestión: las revistas de física subatómica, las de cosmología y la nuestra. Así lo reconocen quienes trabajan en el campo o relatan su historia. Como la autora de este libro.

La palabra griega kosmos la encontramos ya en la Ilíada de Homero, para designar el orden de los soldados en el campo de batalla o el de los remeros en la nave. Con ese término indicaba Herodoto el alto grado de organización del estado de Esparta; también, el orden en general. De ahí pasó a denominar al mundo en su globalidad, con Pitágoras, en el siglo VI a.C., y en Protágoras, un siglo después. Ese significado quedó plenamente asentado en el tiempo de Platón (429-347 a.C.). Otros términos empleados por este para referirse al universo fueron pan («todo»), onta («todas las cosas»), ouranos («el firmamento») y to olon («el todo»). En el Timeo, Platón insiste en que el mundo debe ser singular y perdurable. Pero su mundo está sembrado de diferencias, de mezcla y pluralidad; es un universo de interrelación entre orden y desorden, entre lo singular y lo plural, entre la unidad y la diferencia.

Con Aristóteles se consolida la idea de un cosmos singular y geocéntrico, un universo cuya unicidad y eternidad no estaban aseguradas con Platón. Como el estagirita explica en De caelo, el mundo puede ser generado y corruptible o increado e incorruptible. Pero no al mismo tiempo generado e incorruptible. Un universo con un principio no puede ser un universo sin un final. De las dos opciones que plantea (generado y corruptible, o increado e incorruptible), Aristóteles optará por la segunda, para subrayar que un mundo que exista eternamente ha de ser único.

La teoría de una posible multiplicidad de mundos se remonta a los filósofos atomistas del siglo V a.C. Frente a los principios de la materia constituidos por un solo elemento (agua, aire, fuego, lo indefinido) de los filósofos jónicos, Leucipo y su discípulo Demócrito sostenían que el mundo estaba compuesto no de un elemento básico, sino de piezas microscópicas e indivisibles de materia denominadas átomos. Esos átomos se mueven eternamente en un vacío (kenon). En un tiempo y lugar indeterminados colisionan al azar y forman un vórtice, en el que los átomos quedan mutuamente entrelazados, entrelazamientos que terminarán por dar lugar a un universo. Lo mismo acontecerá con otros vórtices. Pero ni la multiplicidad espacial de los atomistas ni la posterior multiplicidad temporal de los estoicos triunfaron.

De Aristóteles hasta Einstein, la tradición filosófica y científica sostuvo que el universo era uno e inmutable. En la Edad Media, santo Tomás de Aquino defendió la singularidad cósmica en la línea de Aristóteles, una postura que años más tarde condenaría el obispo Etienne Tempier de París cuando declaró que la tesis de que Dios no podía crear más de un mundo era anatema. Los decenios y siglos que siguieron fueron testigos de un torrente de tratados sobre la posibilidad de mundos múltiples; citemos, por mor de ejemplo, el multiverso sin centro de Nicolás de Cusa en el siglo XV y los mundos infinitos de Giordano Bruno.

Una característica notable de nuestro universo reside en que las constantes físicas poseen los valores que se necesitan para permitir la formación de estructuras complejas, entre ellas, los seres vivos. A eso se le llama ajuste fino. Steven Weinberg, Martin Rees, Leonard Susskind y otros sostienen que la hipótesis de un multiverso proporciona una explicación elegante para esta llamativa coincidencia: si las constantes de la naturaleza adoptan todos los valores posibles en un conjunto lo bastante grande de universos, aquellos que hacen posible la vida deberán darse en algún lugar. De ese modo se introdujo la «solución multiverso» que resolvía el problema del ajuste fino sin necesidad de apelar a una mente extramundana. Hay más de un multiverso, más de un conjunto hipotético de universos. Algunos de esos conjuntos son incompatibles entre sí. De otros se dice que se encuentran encajados a la manera de muñecas rusas, en una jerarquía cósmica de infinitos dentro de infinitos. Otros modelos podrían ser maneras diferentes de expresar el mismo conjunto. Tal es lo que acontece cuando hablamos del «paisaje» de la teoría de cuerdas [véase «El paisaje de la teoría de cuerdas», por Raphael Bousso y Joseph Polchinski; Investigación y Ciencia, noviembre de 2004].

La primera hipótesis de fuste científico sobre el multiverso emergió a finales de los años cincuenta, cuando Hugh Everett convirtió la interpretación de los muchos mundos en explicación alternativa a la interpretación de Copenhague, entonces estándar, de la mecánica cuántica, avanzada por Niels Bohr y Werner Heisenberg [véase «Los muchos mundos de Hugh Everett», por Peter Byrne; Investigación y Ciencia, febrero de 2008]. Otra hipótesis temprana sobre el multiverso entró en escena a mediados de los ochenta, cuando Alexander Vilenkin, André Linde, Alan Guth, Andreas Albrecht y Paul Steinhardt propusieron que el proceso inflacionario que generó nuestro universo podía ir eternamente engendrando nuevos universos [véase «El universo inflacionario», por Alan H. Guth y Paul J. Steinhardt; Investigación y Ciencia, julio de 1984 y «El universo inflacionario autorregenerante», por Andréi Linde; Investigación y Ciencia, enero de 1995].

El universo observable se extiende hasta una distancia de unos 42.000 millones de años luz, nuestro horizonte visual cósmico. Pero no existe ninguna razón para suponer que todo termina ahí. Más allá podría haber muchos —tal vez infinitos— dominios similares al nuestro. Cada uno habría comenzado con una distribución diferente de materia, pero todos se regirían por las mismas leyes de la física. La mayoría de los cosmólogos aceptan ese tipo de multiverso, que Max Tegmark tipifica como de «nivel 1» [véase «Universos paralelos», por Max Tegmark; Investigación y Ciencia, julio de 2003]. Se supone que nuestro volumen constituye una muestra representante del total. Otros seres en lugares lejanos verían regiones diferentes. El conjunto de todas esas regiones, visibles o no por nosotros, conformaría la versión más sencilla de multiverso.

En el segundo nivel de Tegmark, las leyes físicas varían dentro del multiverso, de suerte que las regiones remotas pueden considerarse universos distintos. Esta versión es necesaria para explicar, por ejemplo, la constante cosmológica. La mayoría de esos universos serían estériles, pero algunos hervirían de vida. Defensor de este multiverso de «nivel 2» es Vilenkin, quien defiende un conjunto infinito de universos, con un número infinito de galaxias y planetas. Por su propia naturaleza, la idea de multiverso de nivel 2 trasciende toda verificación empírica. Quienes se adhieren a ese modelo han elaborado mecanismos diversos para explicar cómo habrían surgido esos mundos y dónde podrían encontrarse. De entre todas las opciones, la que goza de mayor aceptación es el modelo de inflación caótica. Sostiene este que, a gran escala, el espacio es un vacío en eterna expansión. En el tercer nivel de Tegmark, habría universos paralelos solo como estados cuánticos. El multiverso de nivel cuarto proclama que el multiverso no solo está bien descrito por la matemática, sino que es matemática. Todas las estructuras matemáticas posibles presentarían existencia física y, colectivamente, ofrecerían un multiverso que subsumiría todos los demás.

Gozó de especial predicamento el avanzado en 1977 por John Archibald Wheeler: un universo cíclico. Una secuencia infinita de universos que van alternando su colapso y su expansión, que perdura siempre. Cada gran implosión rebota en una nueva singularidad inicial (big bang). Los universos se van sucediendo bajo condiciones iniciales enteramente inéditas.

Lo mismo el multiverso de Vilenkin que el de Linde se basan en la cosmología cuántica (una derivación especulativa de la mecánica cuántica) y en el universo inflacionario. Para ellos, las fluctuaciones cuánticas en la nada (donde «nada» significa no solo ausencia de materia, sino también de espacio y tiempo) producen una multiplicidad (infinitud) de nucleaciones, cada una de las cuales conduce a un superuniverso diferente y eternamente inflacionario. En 1987 Steven Weinberg partió de la hipótesis de multiverso para predecir que nuestro universo observable debía tener una constante cosmológica de valor no cero, de una cuantía suficiente para acomodar una aceleración en la expansión del universo. La predicción se confirmó diez años más tarde a través de las observaciones de supernovas lejanas por dos equipos de astrónomos, liderados por Saul Perlmutter, Adam Riess y Brian Schmidt [véase «Cuando la aceleración cambió de signo», por Adam G. Riess y Michael S. Turner; Investigación y Ciencia, abril de 2004]. Posteriormente, la teoría de cuerdas y la cosmología inflacionaria apuntalarían la hipótesis de la existen-
cia de un multiverso, un conjunto enorme de 10500 universos. La inflación eterna, teoría dominante sobre la evolución temprana del universo, se halla estrechamente unida a la teoría de cuerdas.

Lee Smolin propuso un modelo cosmológico evolutivo en cuyo marco, siempre que se forma un agujero negro, los procesos que se desarrollan en su interior podrían desencadenar la creación de otro universo en un espacio disjunto del suyo propio. El así llamado universo-bebé hereda algunas de las propiedades de su universo progenitor, incluida la capacidad de producir nuevos agujeros negros y engendrar nuevas generaciones de universos sin final. Lisa Randall y Raman Sundrum consideran los multiversos brana, subespacios tetradimensionales de un supuesto espaciotiempo pentadimensional. Las branas se hallaban separadas en dimensiones espaciales extra, sin contacto entre sí [véase «Salir de la oscuridad», por Giorgi Dvali; Investigación y Ciencia, abril de 2004].

Muy pocos discuten que con el multiverso nos hallamos ante un nuevo paradigma cosmológico. Sin embargo, su punto de apoyo, la inflación, tendrá que esperar. En marzo de 2014 los científicos que trabajaban en el experimento BICEP2, del Polo Sur, declararon que, a través del estudio del resplandor de la gran explosión inicial, habían obtenido una prueba directa de que el cosmos recién nacido había acometido un brote singular de desarrollo exponencial, una inflación cósmica. Pero, pasados unos meses, los investigadores del observatorio espacial Planck de la ESA, demostraron que la radiación procedente del polvo de nuestra galaxia explica parte y, posiblemente toda, la señal de BICEP2 [véase «¿Inflación o polvo?», por Licia Verde; Investigación y Ciencia, julio de 2014].

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