¿Pero qué hay más allá de nuestro Universo observable? Existe un abismo de la nada más allá de las señales luminosas que podrían llegar hasta nosotros desde el Big Bang? ¿Hay más Universo como el nuestro, más allá de nuestros límites de observación? O existe un Multiverso, de naturaleza misteriosa y para siempre incapaz de ser visto?
A menos que haya algo seriamente equivocado en nuestra comprensión del Universo, el Multiverso debe ser la respuesta. He aquí por qué.
El usuario de Wikipedia Pablo Carlos Budassi
El Multiverso es una idea extremadamente controvertida, pero en el fondo es un concepto muy simple. Así como la Tierra no ocupa una posición especial en el Universo, ni el Sol, ni la Vía Láctea, ni ningún otro lugar, el Multiverso va un paso más allá y afirma que no hay nada especial en todo el Universo visible.
El Multiverso es la idea de que nuestro Universo, y todo lo que contiene, es sólo una pequeña parte de una estructura mayor. Esta entidad mayor encapsula nuestro Universo observable como una pequeña parte de un Universo mayor que se extiende más allá de los límites de nuestras observaciones. Toda esa estructura -el Universo inobservable- puede ser a su vez parte de un espacio-tiempo mayor que incluye muchos otros Universos desconectados, que pueden o no ser similares al Universo que habitamos.
Ozytive / Dominio público
Si esta es la idea del Multiverso, puedo entender tu escepticismo ante la noción de que podríamos saber de alguna manera si existe o no. Después de todo, la física y la astronomía son ciencias que se basan en la confirmación medible, experimental o de otro modo observacional. Si buscamos pruebas de algo que existe fuera de nuestro Universo visible y que no deja rastro dentro de él, parece que la idea de un Multiverso es fundamentalmente incomprobable.
Pero hay todo tipo de cosas que no podemos observar y que sabemos que deben ser ciertas. Décadas antes de que detectáramos directamente las ondas gravitacionales, sabíamos que debían existir, porque observamos sus efectos. Se observó que los púlsares binarios -estrellas de neutrones giratorias que orbitan una alrededor de la otra- acortaban sus períodos revolucionarios. Algo debe estar transportando energía, y esa cosa era consistente con las predicciones de las ondas gravitacionales.
La NASA (L), el Instituto Max Planck de Radioastronomía / Michael Kramer (R)
Aunque ciertamente acogimos con satisfacción la confirmación que LIGO y Virgo proporcionaron de las ondas gravitacionales a través de la detección directa, ya sabíamos que debían existir debido a esta evidencia indirecta. Aquellos que argumenten que la evidencia indirecta no es un indicador de las ondas gravitacionales podrían seguir sin estar convencidos de que los púlsares binarios las emiten; LIGO y Virgo no vieron las ondas gravitacionales que provenían de los púlsares binarios que hemos observado.
Entonces, si no podemos observar el Multiverso directamente, ¿qué evidencia indirecta tenemos de su existencia? Cómo sabemos que hay más Universo inobservable más allá de la parte que podemos observar, y cómo sabemos que lo que llamamos nuestro Universo es probablemente sólo uno de los muchos incrustados en el Multiverso?
Miramos al propio Universo, y sacamos conclusiones sobre su naturaleza basándonos en lo que revelan las observaciones sobre él.
Grupo de Cosmología Smoot / Laboratorios Lawrence Berkeley
Cuando miramos hacia el borde del Universo observable, encontramos que los rayos de luz emitidos desde los primeros tiempos -del Fondo Cósmico de Microondas- forman patrones particulares en el cielo. Estos patrones no sólo revelan las fluctuaciones de densidad y temperatura con las que nació el Universo, así como la composición de materia y energía del mismo, sino también la geometría del propio espacio.
De esto podemos concluir que el espacio no es positivamente curvo (como una esfera) ni negativamente curvo (como una silla de montar), sino espacialmente plano, lo que indica que el Universo inobservable probablemente se extiende mucho más allá de la parte a la que podemos acceder. Nunca se curva sobre sí mismo, nunca se repite y no tiene huecos vacíos. Si está curvado, tiene un diámetro que es cientos de veces mayor que la parte que podemos ver.
Con cada segundo que pasa, se nos revela más Universo, como el nuestro, consistente con esta imagen.
Frédéric MICHEL y Andrew Z. Colvin, anotado por E. Siegel
Eso podría indicar que hay más Universo inobservable más allá de la parte de nuestro Universo a la que podemos acceder, pero no lo prueba, y no proporciona evidencia para un Multiverso. Hay, sin embargo, dos conceptos en física que han sido establecidos más allá de una duda razonable: la inflación cósmica y la física cuántica.
La inflación cósmica es la teoría que dio lugar al caliente Big Bang. En lugar de comenzar con una singularidad, hay un límite físico a lo caliente y denso que podrían haber sido las primeras etapas de nuestro Universo en expansión. Si hubiéramos alcanzado temperaturas arbitrariamente altas en el pasado, habría claras señales que no están ahí:
- fluctuaciones de temperatura de gran amplitud en los primeros tiempos,
- fluctuaciones de densidad de la semilla limitadas por la escala del horizonte cósmico,
- y reliquias sobrantes de alta energía de los primeros tiempos, como los monopolos magnéticos.
E. Siegel (L); tutorial de cosmología de Ned Wright (R)
Todas estas firmas faltan. Las fluctuaciones de temperatura están en el nivel del 0,003%; las fluctuaciones de densidad superan la escala del horizonte cósmico; los límites de los monopolos y otras reliquias son increíblemente estrictos. El hecho de que estas firmas no estén ahí tiene una enorme implicación: el Universo nunca alcanzó esas temperaturas arbitrariamente altas. Algo más vino antes del caliente Big Bang para establecerlo.
Ahí es donde entra la inflación cósmica. Teorizada a principios de la década de 1980, fue diseñada para resolver una serie de rompecabezas con el Big Bang, pero hizo lo que se espera de cualquier nueva teoría física: hizo predicciones medibles y comprobables para las firmas observables que aparecerían dentro de nuestro Universo.
Vemos la falta de curvatura espacial predicha; vemos una naturaleza adiabática en las fluctuaciones con las que nació el Universo; hemos detectado un espectro y una magnitud de fluctuaciones iniciales que encajan con las predicciones de la inflación; hemos visto las fluctuaciones del superhorizonte que la inflación predice que deben surgir.
Las fluctuaciones del propio espaciotiempo a escala cuántica se extienden por el Universo durante… la inflación, dando lugar a imperfecciones tanto en la densidad como en las ondas gravitacionales. Se desconoce si la inflación surgió de una eventual singularidad o no, pero las firmas de si ocurrió son accesibles en nuestro Universo observable.
E. Siegel, con imágenes derivadas de ESA/Planck y el grupo de trabajo interinstitucional del DoE/NASA/ NSF sobre la investigación del CMB
Puede que no lo sepamos todo sobre la inflación, pero tenemos un conjunto de pruebas muy sólidas que apoyan un periodo en el Universo primitivo en el que ocurrió. Estableció y dio lugar al Big Bang, y predice un conjunto y un espectro de fluctuaciones que dieron lugar a las semillas de la estructura que creció en la red cósmica que observamos hoy. Sólo la inflación, por lo que sabemos, nos da predicciones para nuestro Universo que coinciden con lo que observamos.
«Así que, gran cosa», podrías decir. «Tomaste una pequeña región del espacio, permitiste que la inflación la expandiera a algún volumen muy grande, y nuestro Universo observable y visible está contenido en ese volumen. Incluso si esto está bien, esto sólo nos dice que nuestro Universo inobservable se extiende mucho más allá de la parte visible. No ha establecido el Multiverso en absoluto»
Y todo eso sería correcto. Pero recuerda que hay un ingrediente más que debemos añadir: la física cuántica.
E. Siegel / Wikimedia Commons user Maschen
La inflación se trata como un campo, como todos los cuantos que conocemos en el Universo, obedeciendo las reglas de la teoría cuántica de campos. En el Universo cuántico se obedecen muchas reglas contraintuitivas, pero la más relevante para nuestros propósitos es la regla que gobierna la incertidumbre cuántica.
Aunque convencionalmente vemos la incertidumbre como algo que ocurre mutuamente entre dos variables -momento y posición, energía y tiempo, momento angular de direcciones mutuamente perpendiculares, etc.- también hay una incertidumbre inherente en el valor de un campo cuántico. A medida que el tiempo avanza, un valor de campo que era definitivo en un momento anterior tiene ahora un valor menos seguro; sólo se le pueden atribuir probabilidades.
En otras palabras, el valor de cualquier campo cuántico se extiende con el tiempo.
Hans de Vries / Physics Quest
Ahora, combinemos esto: tenemos un Universo que se infla, por un lado, y la física cuántica por el otro. Podemos imaginar la inflación como una pelota que rueda muy lentamente sobre una colina plana. Mientras la bola permanezca en la cima de la colina, la inflación continúa. Sin embargo, cuando la bola llega al final de la parte plana, rueda hacia el valle de abajo, que convierte la energía del propio campo inflacionario en materia y energía.
Esta conversión significa el final de la inflación cósmica mediante un proceso conocido como recalentamiento, y da lugar al Big Bang caliente que todos conocemos. Pero aquí está la cuestión: cuando el Universo se infla, el valor del campo cambia lentamente. En diferentes regiones de inflado, el valor del campo se extiende en cantidades aleatorias diferentes y en diferentes direcciones. En algunas regiones, la inflación termina rápidamente; en otras, termina más lentamente.
La naturaleza cuántica de la inflación significa que termina en algunas «bolsas» del Universo y continúa… en otras. Tiene que rodar por la colina metafórica y llegar al valle, pero si es un campo cuántico, la dispersión significa que terminará en algunas regiones mientras continúa en otras.
E. Siegel / Más allá de la Galaxia
¡Este es el punto clave que nos dice por qué un Multiverso es inevitable! Donde la inflación termina de inmediato, obtenemos un Big Bang caliente y un gran Universo, donde una pequeña parte podría ser similar a nuestro propio Universo observable. Pero hay otras regiones, fuera de la región en la que termina, en las que la inflación continúa durante más tiempo.
Donde la propagación cuántica se produce de la forma adecuada, la inflación podría terminar allí también, dando lugar a un Big Bang caliente y a un Universo aún más grande, donde una pequeña parte podría ser similar a nuestro Universo observable.
Pero las otras regiones no sólo se están inflando, sino que también están creciendo. Se puede calcular el ritmo de crecimiento de las regiones inflacionistas y compararlo con el ritmo de formación de nuevos Universos y de Big Bangs calientes. En todos los casos en los que la inflación te da predicciones que coinciden con el Universo observado, crecemos nuevos Universos y regiones recién infladas más rápido de lo que la inflación puede llegar a su fin.
E. Siegel / Más allá de la Galaxia
Esta imagen, de Universos enormes, mucho más grandes que la exigua parte que es observable para nosotros, que se crea constantemente a través de este espacio que se infla exponencialmente, es de lo que trata el Multiverso. No se trata de una predicción científica nueva y comprobable, sino de una consecuencia teórica inevitable, basada en las leyes de la física tal y como se entienden hoy en día. Se desconoce si las leyes de la física son idénticas a las nuestras en esos otros Universos.
Si bien se predice la creación de muchos Universos independientes en un espaciotiempo que se infla, la inflación… nunca termina en todas partes a la vez, sino sólo en zonas distintas e independientes separadas por el espacio que sigue inflándose. De ahí viene la motivación científica para un Multiverso, y por qué nunca colisionarán dos Universos.
Karen46 / FreeImages
Si tienes un Universo inflacionario que se rige por la física cuántica, un Multiverso es inevitable. Como siempre, estamos recopilando todas las pruebas nuevas y convincentes que podemos de forma continua para entender mejor todo el cosmos. Puede resultar que la inflación esté equivocada, que la física cuántica esté equivocada o que la aplicación de estas reglas de la forma en que lo hacemos tenga algún fallo fundamental. Pero hasta ahora, todo cuadra. A no ser que nos equivoquemos en algo, el Multiverso es inevitable, y el Universo que habitamos es sólo una minúscula parte de él.