Comenzó con un estallido. . .
El Universo está ahí afuera, esperando que lo descubras.
Una ilustración de múltiples Universos independientes, desconectados causalmente unos de otros en un océano cósmico en constante expansión, es una representación de la idea del Multiverso. Crédito de la imagen: Ozytive - dominio público
Por Ethan Siegel, para Forbes Octubre 12 de 2017
Las opiniones expresadas por Ethan Siegel, colaborador de Forbes son propias.
Imagina que el Universo que observamos, de punta a punta, es solo una gota en el océano cósmico. Más allá de lo que podemos ver, hay más espacio, más estrellas, más galaxias y más todo, por quizás miles de millones de años luz más de lo que podremos acceder. Y tan grande como el Universo inobservable, hay innumerablemente más Universos igual, algunos más grandes y más viejos, algunos más pequeños y más jóvenes, salpicados en un espacio-tiempo aún más grande. Tan rápido e inevitablemente como estos Universos se expanden, el espacio-tiempo que los contiene se expande aún más rápidamente, separándolos unos de otros y asegurando que no se puedan encontrar dos Universos. Suena como una imagen de fantasía: la idea científica de un Multiverso. Pero si la ciencia que aceptamos hoy es correcta, no solo es una idea válida, sino que es una consecuencia inevitable de nuestras leyes fundamentales.
Concepción de escala logarítmica del artista del universo observable. Tenga en cuenta que estamos limitados en cuán lejos podemos ver la cantidad de tiempo transcurrido desde el Big Bang: 13,8 billones de años, o (incluida la expansión del Universo) 46 billones de años luz. Crédito de la imagen: usuario de Wikipedia Pablo Carlos Budassi
La idea del Multiverso tiene sus raíces en la física requerida para describir el Universo que vemos y habitamos hoy. En todas partes miramos al cielo, vemos estrellas y galaxias, agrupadas en una gran red cósmica. Pero cuanto más lejos nos miramos en el espacio, más atrás también vemos el tiempo. Las galaxias más distantes son más jóvenes y, por lo tanto, menos evolucionadas. Sus estrellas tienen menos elementos pesados en ellas, parecen más pequeñas a medida que han ocurrido menos fusiones, hay más espirales y menos elípticas (que toman tiempo para formarse a partir de fusiones), y así sucesivamente. Si vamos hasta los límites de lo que podemos ver, encontramos las estrellas más antiguas del Universo, y luego una región de oscuridad más allá de eso, donde la única luz es el resplandor sobrante del Big Bang.
Mirar a más y más objetos distantes en el Universo nos los revela como estaban más atrás en el tiempo, yendo todo el camino de regreso a antes de que hubiera átomos, hasta el Big Bang. Crédito de imagen: NASA, ESA y A. Feild (STScI)
Pero el Big Bang en sí mismo (que ocurre en todos lados a la vez unos 13.800 millones de años) no fue el comienzo del espacio y el tiempo, sino el comienzo de nuestro Universo observable. Antes de eso, hubo una época conocida como inflación cósmica, donde el espacio mismo se expandió exponencialmente, lleno de energía inherente al tejido del espacio-tiempo. La inflación cósmica es en sí misma un ejemplo de una teoría que surgió y reemplazó a la que vino antes de ella, ya que:
1. Fue consistente con todos los éxitos del Big Bang y abarcó toda la cosmología moderna.
2. Explicó una serie de problemas que el Big Bang no pudo abordar, incluyendo por qué el Universo tenía la misma temperatura en todas partes, por qué era tan espacialmente plano y por qué no había restos de reliquias de alta energía como monopoles magnéticos.
3. E hizo nuevas predicciones distintas que podrían probarse observacionalmente, la mayoría de las cuales han sido confirmadas.
También hay, sin embargo, una consecuencia de que la inflación predice que no sabemos si podemos confirmar o no: el Multiverso.
La inflación hace que el espacio se expanda exponencialmente, lo que puede provocar rápidamente que cualquier espacio curvado preexistente parezca plano. Crédito de imagen: E. Siegel (L); El tutorial de cosmología de Ned Wright (R)
La forma en que funciona la inflación es hacer que el espacio se expanda a una velocidad exponencial. Esto toma lo que existía antes del Big Bang y lo hizo mucho, mucho, mucho más grande que antes. Hasta ahora, tan bueno: esto explica cómo obtenemos un Universo tan grande y uniforme. Cuando la inflación termina, ese Universo se llena de materia y radiación, que es lo que vemos como el Big Bang. Pero aquí es donde se pone raro. Para que termine la inflación, cualquier campo cuántico que sea responsable tiene que pasar del estado de alta energía e inestabilidad que lleva a la inflación a un estado de equilibrio de baja energía. Esa transición, y "rodar" hacia abajo en el valle, es lo que hace que la inflación llegue a su fin y cree el Big Bang caliente.
Si la inflación fuera un campo clásico, obtendrías inflación mientras el valor del campo se mantuviera grande, pero a medida que se hizo más pequeño, por ejemplo, rodando en el valle a continuación, la inflación llegaría a su fin y recalentaría el Universo. Crédito de la imagen: E. Siegel / Beyond the Galaxy
Pero cualquier campo que sea responsable de la inflación, como todos los demás campos que obedecen las leyes de la física, debe ser inherentemente un campo cuántico en la naturaleza. Al igual que todos los campos cuánticos, se describe mediante una función de onda, con la probabilidad de que esa onda se extienda a lo largo del tiempo. Si el valor del campo está rodando lentamente, lo suficiente para bajar la colina, entonces la dispersión cuántica de la función de onda será más rápida que la tirada, lo que significa que es posible -incluso probable- que la inflación termine más lejos de terminar y dar lugar a un Big Bang a medida que pasa el tiempo.
Si la inflación es un campo cuántico, entonces el valor del campo se extiende a lo largo del tiempo, con diferentes regiones del espacio tomando diferentes realizaciones del valor del campo. En muchas regiones, el valor del campo terminará en el fondo del valle, terminando la inflación, pero en muchos más, la inflación continuará, arbitrariamente en el futuro. Crédito de la imagen: E. Siegel / Beyond The Galaxy
Debido a que el espacio se está expandiendo a una tasa exponencial durante la inflación, esto significa que se crean exponencialmente más regiones del espacio a medida que pasa el tiempo. En algunas regiones, la inflación llegará a su fin: donde el campo rueda hacia el valle. Pero en otros, la inflación continuará, dando lugar a más y más espacio que rodea a todas y cada una de las regiones donde termina la inflación. La tasa de inflación es mucho más rápida que incluso la tasa máxima de expansión de un universo lleno de energía y materia, por lo que en muy poco tiempo las partes infladas se apoderan de todo. De acuerdo con los mecanismos viables que nos dan la inflación suficiente para producir el Universo que vemos, hay muchas más regiones de espacio que rodean al nuestro, donde la inflación sí terminó, donde la inflación no termina de inmediato.
Dondequiera que ocurra la inflación (cubos azules), da lugar a exponencialmente más regiones de espacio con cada paso adelante en el tiempo. Incluso si hay muchos cubos donde termina la inflación (X rojas), hay muchas más regiones donde la inflación continuará en el futuro. El hecho de que esto nunca llega a su fin es lo que hace que la inflación sea "eterna" una vez que comienza. Crédito de la imagen: E. Siegel / Beyond the Galaxy
Aquí es donde proviene el fenómeno conocido como inflación eterna. Cuando termina la inflación, tenemos un Big Bang y un Universo calientes, de los cuales podemos observar parte de aquel en el que estamos, muy parecido al nuestro. (Denotado por la "X" roja arriba). Pero donde la inflación no termina, eso produce más espacio de inflado, lo que da lugar a algunas regiones que tendrán Big Bang calientes causalmente desconectadas de la nuestra, y otras regiones que continuarán inflar. Y así sucesivamente.
Tan vasto como nuestro Universo observable es y todo lo que podemos ver, es solo una pequeña fracción de lo que debe existir. Crédito de imagen: NASA, ESA, R. Windhorst, S. Cohen y M. Mechtley (ASU), R. O'Connell (UVa), P. McCarthy (Carnegie Obs), N. Hathi (UC Riverside), R. Ryan (UC Davis), y H. Yan (tOSU)
Esta imagen, de grandes Universos, mucho más grande que la parte escasa que se nos puede observar, constantemente creada en este espacio exponencialmente inflado, es de lo que se trata el Multiverso. Es importante reconocer que el Multiverso no es una teoría científica por sí sola. No hace predicciones para ningún fenómeno observable al que podamos acceder desde nuestro propio bolsillo de existencia. Más bien, el Multiverso es una predicción teórica que surge de las leyes de la física tal como se las entiende mejor hoy en día. Es tal vez incluso una consecuencia inevitable de esas leyes: si tienes un Universo inflacionario gobernado por la física cuántica, esto es algo con lo que estás destinado a terminar.
Si bien se predice que muchos Universos independientes se crearán en un espacio-espacio inflado, la inflación nunca termina en todas partes a la vez, sino solo en áreas distintas e independientes separadas por el espacio que continúa inflando. Aquí es donde proviene la motivación científica para un Multiverso. Crédito de la imagen: Karen46 / FreeImages
Es posible que nuestra comprensión del estado antes del Hot Big Bang sea incorrecta, y que nuestras ideas sobre la inflación sean completamente erróneas para esta aplicación. Si ese es el caso, entonces la existencia de un Multiverso no es una conclusión inevitable. Pero la predicción de un estado eternamente inflado, en el que una cantidad innumerable de Universos de bolsillo nacen continuamente y se separan mutuamente, es una consecuencia directa de nuestras mejores teorías actuales, si son correctas.
¿Qué es el multiverso, entonces? Puede ir mucho más allá de la física y ser la primera "metafísica" físicamente motivada que hayamos encontrado. Por primera vez, estamos comprendiendo los límites de lo que nuestro Universo nos puede enseñar. Hay información que necesitamos, pero que nunca obtendremos, para elevar esto al ámbito de la ciencia comprobable. Hasta entonces, podemos predecir, pero no verificar ni refutar, el hecho de que nuestro Universo es solo una pequeña parte de un reino mucho más grandioso: el Multiverso.
El astrofísico y autor Ethan Siegel es el fundador y principal escritor de Starts With A Bang! Sus libros, Treknology y Beyond The Galaxy, están disponibles dondequiera que se vendan libros.
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