Skip to content

El Ășltimo artĂ­culo de Stephen Hawking trata sobre el multiverso

El Ășltimo artĂ­culo de Stephen Hawking trata sobre el multiverso

Quizás, solo quizás el multiverso no sea tan complicado, dice el último artículo de Stephen Hawking y el coautor Thomas Hertog. Mark Garlick / Biblioteca de fotografías científicas / Getty Images

Días antes de su muerte, el 14 de marzo, el famoso físico teórico y cosmólogo Stephen Hawking concluyó el que sería su último artículo de investigación. Originalmente disponible a través del servicio de preimpresión arXiv, fue aprobado en la revisión por pares y publicado en línea en el Journal of High Energy Physics el 27 de abril.

Escrito con el coautor Thomas Hertog, físico teórico de la Universidad de Lovaina, Bélgica, el artículo agrega otro aspecto a la comprensión del universo en el que vivimos. No hace falta decir que es complicado. Titulado “¿Una dulce salida de la inflación eterna?” la publicación analiza un problema enigmático al que se enfrentan los cosmólogos.

Pero antes de sumergirnos en el corazón del estudio, volvamos a cuando nuestro universo era un niño, hace 13.800 millones de años.

Anuncio

Big Bang e inflación

Existe una amplia evidencia que sugiere que nuestro universo surgió de una singularidad, un punto infinitamente denso donde nació todo el universo tal como lo conocemos. A esto lo llamamos el Big Bang. Pero cómo ocurrió la singularidad y por qué ocurrió el Big Bang no son motivo de preocupación ahora. Nos interesa lo que sucedió inmediatamente después del nacimiento de nuestro universo, un período conocido como “inflación”.

Los cosmólogos predicen que la inflación ocurrió en un período de tiempo extremadamente corto inmediatamente después del Big Bang, o durante los primeros 10 días de nuestro universo.-32 ¡segundos! Durante la inflación, el universo creció exponencialmente y mucho más rápido que la velocidad de la luz. Después de solo un segundo, la energía de esta explosión gigantesca inconcebible se condensó para formar las partículas subatómicas que, durante millones de años, crearon estrellas, galaxias, planetas y (después de 3.800 millones de años) vida. Después del final de este período inflacionario, la tasa de expansión del universo se desaceleró, pero continúa expandiéndose hoy.

Dado que la inflación impulsó una expansión más rápida que la velocidad de la luz, el “universo observable” que vemos hoy no es el todos universo. En cambio, simplemente existimos dentro de una región del cosmos que la luz ha tenido tiempo de alcanzar. Es como arrojar una piedra a una piscina tranquila. La primera onda circular que se propaga desde el rocío viaja a una velocidad fija a través de la superficie de la piscina. Si imaginamos que el límite de nuestro universo observable es esta onda, viajando a través de la piscina a la velocidad de la luz, no es que nada exista más allá de esta onda (hay mucho más lago o universo más allá), simplemente no podemos ver todavía.

Entonces, la consecuencia de la inflación es que debe haber MUCHOS más universos de los que podemos ver con nuestros telescopios más poderosos.

Anuncio

Entra en el multiverso

Coliflor fractal

Esta coliflor ilustra un fractal en el mundo natural. Es posible que el multiverso también parezca un fractal.

Fuhito Kanayama / The Image Bank / Getty Images

Los cosmólogos han luchado durante mucho tiempo con la posibilidad de que nuestro universo no sea el solamente universo. De hecho, podríamos ser nada más que una sola burbuja en un océano infinito y brillante, un concepto conocido como “multiverso”. Mira, la inflación no ha ocurrido ni una vez; esto es alguna vez que ocurre a través de una reacción en cadena infinitamente grande conocida como “inflación eterna”. Aparecerá un universo, la inflación tomará el control, expandiendo este universo y este universo tendrá sus inestabilidades cuánticas que generarán más singularidades que seguirán creando más universos. Es como inflar un globo de fiesta que, a su vez, genera varios otros globos de fiesta que estallan de su superficie de goma aparentemente aleatoria. Parece caótico, y lo es. Los partidarios de esta hipótesis creen que la inflación eterna es imparable, extremadamente compleja y que genera nuevos universos. Las matemáticas de esta situación sugieren que el multiverso se comporta como un fractal.

Cabe señalar que cada universo subsiguiente en el multiverso probablemente no comparte la misma física que Ntro universo. Un universo puede no tener gravedad. Otro puede no apoyar las fuerzas que mantienen unida la materia. Hay muchos universos nacidos muertos que simplemente no son muchos. Los humanos tenemos la suerte de tener un universo que tiene el entorno adecuado para crear lo que vemos, un argumento filosófico conocido como el principio antrópico.

El problema con la inflación eterna es que es confuso e infinito, y la hipótesis es, al final, imposible de probar. ¿Cuál es el punto de tener un modelo matemático maravilloso para el universo (o universos) si al menos no podemos encontrar evidencia observacional para apoyar la hipótesis del multiverso?

Anuncio

Hawking no era fanático del multiverso.

Entonces, ¿qué tiene que ver la búsqueda de Hawking y Hertog con este implacable multiverso?

En el multiverso, nuestro universo es solo un universo de bolsillo donde la inflación ha terminado y, a pesar de las probabilidades, encontró la calma para crear una abundancia de estrellas y galaxias y un grupo de humanos que viven en una roca al azar meditando en el cosmos. Lo que sucede más allá de nuestro bolsillo de calma, sin embargo, es un poco diferente.

“La teoría habitual de la inflación eterna predice que nuestro universo en su conjunto es como un fractal infinito, con un mosaico de varios universos de bolsillo separados por un océano hinchado”, dijo Hawking en una entrevista el año pasado. “Las leyes locales de la física y la química pueden diferir de un universo de bolsillo a otro, que juntos formarían un multiverso. Pero nunca fui un fanático del multiverso. Si la escala de los diferentes universos en el multiverso es grande o infinita, el la teoría no se puede verificar “.

El problema, según Hawking y Hertog, radica en la incompatibilidad entre la relatividad general de Einstein (que rige la evolución del universo) y la mecánica cuántica (que provoca la creación de nuevos universos a través de fluctuaciones cuánticas). El modelo de inflación eterna del multiverso “difumina la separación entre la física clásica y cuántica”, dijo Hertog en el comunicado de prensa adjunto. “Como resultado, la teoría de Einstein se descompone en una inflación eterna”.

Su estudio no llega tan lejos como para reconciliar la relatividad general con la física cuántica (una investigación que hasta ahora ha fracasado), pero utilizan las matemáticas de la teoría de cuerdas para simplificar el modelo del multiverso. Resumen rápido: la teoría de cuerdas predice que todas las partículas subatómicas de nuestro universo están compuestas en realidad de cadenas unidimensionales que se propagan por el espacio. El estado vibratorio de estas cuerdas es lo que le da a estas partículas su estado cuántico (como carga, rotación y masa). Pero la teoría de cuerdas también predice la existencia del hipotético gravitón, una partícula cuántica que transporta la fuerza de la gravedad. La teoría de cuerdas proporcionaría una explicación de cómo la relatividad general (gravedad) de Einstein encaja en la física cuántica.

Usando la estructura matemática de la teoría de cuerdas, este estudio simplifica el multiverso. Hawking y Hertog utilizaron el concepto de holografía de la teoría de cuerdas para reducir nuestro universo tridimensional a una “superficie” bidimensional a partir de la cual está diseñado el universo que conocemos y amamos. De esta manera, pudieron describir la inflación eterna sin relatividad general, creando un “estado atemporal”.

“Cuando rehacemos la evolución de nuestro universo a lo largo del tiempo, llegamos a algún punto en el umbral de la inflación eterna, donde nuestro sentido familiar del tiempo ya no tiene sentido”, dijo Hertog en un comunicado.

El cálculo es complejo, pero el resultado es interesante. Los cálculos tienen el efecto de transformar el multiverso fractal infinito en una situación mucho más simple (y finita) que la inflación eterna predicha.

“No estamos reducidos a un solo universo, pero nuestros resultados implican una reducción significativa del multiverso, a un rango mucho más pequeño de universos posibles”, dijo Hawking.

Anuncio

¿Cómo probarlo?

Para poner esto en perspectiva, el artículo final de Hawking no revoluciona nuestra comprensión de cómo funciona el universo (y, de hecho, el multiverso), pero es un valiosa adición a un amplio campo de trabajo teórico. Específicamente, Hertog espera que este estudio nos ayude a buscar ondas gravitacionales antiguas generadas por la inflación eterna. Sin embargo, estas ondas en el espacio-tiempo son demasiado débiles para ser detectadas por los detectores de ondas gravitacionales actuales. Debemos esperar el lanzamiento de observatorios espaciales avanzados, como la misión LISA prevista de la Agencia Espacial Europea.

LISA Pathfinder de la ESA

Una representación artística del LISA Pathfinder de la ESA, que se encargará de detectar ondas gravitacionales en el espacio.

Azulejo ESA / C.

Independientemente de cómo este estudio conduzca a descubrimientos revolucionarios sobre el cosmos en el que vivimos, es un testimonio de un gran científico que ha trabajado incansablemente a lo largo de su vida para responder algunas de las preguntas más importantes que la humanidad ha hecho. Y sobre los hombros de Hawking, otras grandes mentes confiarán en este trabajo para descifrar si nuestro universo es único o si es una burbuja que flota caóticamente en el océano del multiverso.

Anuncio