Dr. Ricardo Villanueva García

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Espacio

Universos paralelos. Lo que dice la fisica …por el momento.

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En el capítulo de la serie original de Star Trek titulado «Espejito, espejito», en Stargate «There But for the Grace of God», en los cómics de Superman, en la película The One, o la grandísima Fringe… por nombrar sólo unos pocos ejemplos. En todos estos mundos de ciencia ficción hacen aparición los universos paralelos. La pregunta que nos podemos hacer es ¿son físicamente posibles los universos paralelos?

A lo largo de la historia, desde las sociedades más antiguas, la humanidad ha creído en otros planos de existencia, hogares de dioses o espíritus. La Iglesia cree en el cielo, el infierno y el purgatorio. Los budistas tienen el nirvana y los diferentes estados de conciencia. Y los hindúes tienen miles de planos de existencia.

Hiperespacio

Este es el tipo de universo de más largo debate histórico. Consiste en un universo de dimensiones más altas.

—La línea tiene magnitud en una dirección, el plano en dos direcciones y el sólido en tres direcciones, y más allá de estas no hay otra magnitud porque las tres son todo—. Aristóteles.

Desde los tiempos de Aristóteles hasta hace bien poco cualquier matemático que nombrara la cuarta dimensión se arriesgaba a ser ridiculizado. Sin embargo, de un plumazo, Georg Bernhard Riemann, en una famosa conferencia que pronunció en 1854, derrocó dos mil años de geometría griega y estableció las matemáticas clásicas de las dimensiones curvas más altas que todavía hoy utilizamos. Este descubrimiento causó sensación entre escritores, filósofos y artistas (obras de H. G. Wells, el cubismo de Picasso…).

Años más tarde, en 1919, Theodor Kaluza escribió un artículo en el que sugería la presencia en nuestro mundo de dimensiones más altas. Kaluza partía de la teoría de la relatividad general de Einstein, pero la situaba en 5 dimensiones, cuatro espaciales y una temporal. Si la quinta dimensión (como se llama a la cuarta dimensión temporal) se hacía más y más pequeña, las ecuaciones se desdoblaban mágicamente en dos partes. Una parte describía la teoría de la relatividad estándar de Einstein, pero la otra parte se conviertía en la teoría del electromagnetismo de Maxwell. Al principio, el artículo de Kaluza causó sensación. Pero en los años siguientes se plantearon objeciones a esta teoría. ¿Cuál era el tamaño de esta nueva quinta dimensión? ¿Cómo se enrollaba? No se encontraron respuestas.

Tras la muerte de Einstein en 1955 la teoría fue olvidada y poco más se habló de ella.

La teoría de cuerdas

Si se analizan los últimos siglos en física, uno de los logros más importantes del siglo pasado fue resumir toda la física fundamental en dos grandes teorías: la teoría cuántica (representada por el modelo estándar) y la teoría de la relatividad general de Einstein (que describe la gravedad). Es notable que juntas representan la suma total del conocimiento físico en el nivel fundamental. La primera se basa en el estudio del mundo cuántico subatómico, mientras que la segunda describe el mundo de lo grande. Todo esto cambió con la teoría de supercuerdas, que postula que el electrón y las demás partículas subatómicas no son otra cosa que diferentes vibraciones de una cuerda, que actúa como una minúscula goma elástica. Si golpeamos la goma elástica, esta vibra en modos diferentes, y cada modo corresponde a una partícula subatómica diferente. De esta manera, la teoría de supercuerdas explica los centenares de partículas subatómicas que se han descubierto hasta ahora. De hecho, la teoría del Einstein emerge como una de las vibraciones más bajas de la cuerda.

Sheldon enseñando a Penny alguna de las ecuaciones de la teoría de cuerdas.

La teoría de cuerdas ha sido aclamada como una «teoría del todo» (así se llama la última película dedicada a la vida de Stephen Hawking), la teoría que tanto buscó Einstein durante los treinta últimos años de su vida. Einstein buscaba una teoría única y global que resumiera todas las leyes físicas, que le permitiría «leer la mente de Dios». Si la teoría de cuerdas consiguiera unificar la gravedad con la teoría cuántica, entonces podría representar la coronación de una ciencia que se inició hace dos mil años, cuando los griegos se preguntaron de qué estaba hecha la materia.

La extraña característica de la teoría de cuerdas es que estas solo pueden vibrar en unas dimensiones concretas del espacio–tiempo; solo pueden vibrar en diez dimensiones. En cualquier otro número de dimensiones la teoría de cuerdas se viene abajo matemáticamente. Como el mundo que nosotros observamos tiene cuatro dimensiones, las otras seis deberán estar colapsadas. ¿Cómo se demuestra la existencia entonces de estas otras seis dimensiones? Una manera sería utilizando la ley de la gravedad de Newton. La gravedad disminuye a razón del cuadrado de la distancia, pero esto sólo se debe a que vivimos en un mundo con tres dimensiones espaciales. Pensemos en una esfera que rodea a la Tierra. La gravedad de la Tierra se reparte uniformemente sobre la superficie de la esfera, de modo que cuanto mayor es la esfera, menor es la gravedad. Pero puesto que la superficie de la esfera crece como el cuadrado de su radio, la intensidad de la gravedad, repartida sobre la superficie de la esfera, debe disminuir con el cuadrado del radio. Sin embargo, si el universo tuviese 4 dimensiones, la gravedad debería disminuir a razón del cubo de la distancia, es decir, disminuirá a razón de la distancia elevada a n-1, siendo n el número de dimensiones.

En el mundo de lo grande, en el mundo macroscópico, la razón del cuadrado de la distancia está más que demostrada. Sin embargo, hasta hace poco la ley de Newton no se comprobó para distancias pequeñas. El experimento ser realizó en la Universidad de Colorado en 2003, con resultados negativos (parecía seguir funcionando a razón del cuadrado de la distancia). Por lo tanto, parece ser que todavía no hay pruebas de universos paralelos. Sin embargo hay quien espera repetir el experimento con mayor precisión, esperando que el resultado sea distinto la próxima vez.

Multiverso

La teoría de las supercuerdas comprende cinco teorías o formulaciones alternativas de teorías de cuerdas combinadas. Sin embargo, en 1994, Edward Witten y Paul Townsend conjeturaron que las cinco teorías de cuerdas eran en realidad la misma teoría, pero solo si se añadía una undécima dimensión. Es en esta nueva dimensión donde aparece un nuevo objeto matemático: la membrana.

Esta undécima dimensión significaba que quizás el propio universo era una membrana, flotando en un espacio–tiempo 11–dimensional. Además, no todas estas dimensiones tenían que ser pequeñas, algunas podrían incluso ser infinitas.

Y aquí llegamos al quid de la cuestión. Esto plantea la posibilidad de que nuestro universo exista en un multiverso de otros universos. Pero, ¿cuántos universos habría? La teoría de cuerdas predice un gugol (10.000.000.000.000.000. 000.000.000.000. 000.000.000.000.000.000.000.000.  000.000.000.000.000.000. 000.000.000.000.  000.000.000 .000.000.000) de universos posibles compatibles con la relatividad y la teoría cuántica.

 

Por desgracia, la comunicación con estos universos paralelos parece imposible. Nuestros átomos se mueven solo dentro de los límites de nuestro universo membrana. Por la misma razón viajar de uno a otro nos sería imposible. Sin embargo, la gravedad, al ser una deformación del espacio–tiempo, podría flotar con libremente entre estos universos (hay una teoría que afirma que la materia oscura, una forma invisible de materia que rodea a la galaxia, podría ser materia ordinaria flotando en un universo paralelo, algo análogo a El hombre invisible de H. G. Wells).

Por otro lado, es posible que la mayoría de estos universos sean “universos muertos”, compuestos de un gas de partículas subatómicas. Es, por lo tanto, probable, que en muchos de estos universo no pudiese existir la materia compleja. También se puede argumentar que haya otros universos en los que pase justamente lo contrario, en los cuáles, además de protones, neutrones y electrones, hayan otros tipos de materia estable. (Hay hasta quien piensa que nuestro universo surgió del choque de dos membranas gigantescas…).

La teoría cuántica

En 1957 Hugh Everett afirmó que el universo se desdobla por la mitad, con un gato vivo en una mitad y un gato muerto en la otra (haciendo referencia al gato de Schrödinger). Es decir, que hay una enorme proliferación o ramificación de universos paralelos cada vez que ocurre un suceso cuántico. Cualquier universo que pueda existir, existe. Cuanto más extraño menos probable, pero existen igualmente. En otras palabras, la función de onda nunca colapsa. Solo sigue su camino, desdoblándose en innumerables universos.

Un punto de vista que está ganando popularidad entre los físicos es algo llamado «decoherencia». Esta teoría afirma que todos estos universos paralelos son posibilidades, pero nuestra función de onda se ha desacoplado de ellos (es decir, ya no vibra al unísono con ellos), y por lo tanto ya no interacciona con ellos. Esto significa que en cada lugar coexistimos simultáneamente con la función de onda de dinosaurios, alienígenas…, pero ya no estamos «sintonizados» con ellos.

La teoría de Everett se ha vuelto a poner de moda ya que los físicos están intentando aplicar la teoría cuántica al propio universo y esto lleva de forma natural al multiverso. De aquí surge el concepto de «cosmología cuántica». Ya que los electrones se describen mediante una ecuación de onda probabilística (la ecuación de Dirac) y pueden existir en universos paralelos, y ya que el universo una vez fue más pequeño que un electrón, entonces el universo también debe existir en estados paralelos. 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 estos universos se colapsan imediatamente después de su creación. Pero una de esas burbujas no colapsó y siguió expandiéndose. Ese sería nuestro universo.

 

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.

Conclusiones

Después de dar un paseo por todas las teorías físicas de los universos paralelos vemos que todavía queda mucho por saber y esto nos da pie a seguir dejando volar la imaginación. Mientras que las teorías sean coherentes con las leyes de la física actuales todo sigue abierto. Mientras las matemáticas “cuadren” la teoría sigue siendo válida, a la espera de ser demostrada (como pasó en su día con la teoría de la gravedad y la de la relatividad).

Fuente: Física de lo imposible. Michio Kaku
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