Por qué es probable que nuestro universo exista solamente dentro de un multiverso

Es fácil imaginar otros universos, regidos por leyes físicas ligeramente distintas, en los que no podría surgir vida inteligente ni, de hecho, ningún tipo de sistema complejo organizado. ¿Debería sorprendernos, por tanto, que exista un universo en el que hayamos podido nacer nosotros?

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Jesús Díaz

Es una pregunta que los físicos, entre los que me incluyo, llevamos décadas intentando responder. Pero está resultando difícil. Aunque podemos rastrear con seguridad la historia cósmica hasta un segundo después del Big Bang, lo que ocurrió antes es más difícil de calibrar. Nuestros aceleradores no pueden producir energía suficiente para reproducir las condiciones extremas del primer nanosegundo.

Pero esperamos que sea en esa primera fracción de segundo donde se imprimieron las características clave de nuestro universo.

Las condiciones del universo pueden describirse a través de sus 'constantes fundamentales', cantidades fijas en la naturaleza, como la constante gravitatoria (llamada G) o la velocidad de la luz (llamada C). Hay unas 30 que representan el tamaño y la fuerza de parámetros como las masas de las partículas, las fuerzas o la expansión del universo. Pero nuestras teorías no explican qué valores deben tener estas constantes. En su lugar, tenemos que medirlas e introducir sus valores en nuestras ecuaciones para describir con precisión la naturaleza.

Los valores de las constantes se encuentran en el intervalo que permite evolucionar a sistemas complejos como las estrellas, los planetas, el carbono y, en última instancia, los seres humanos. Los físicos han descubierto que si modificáramos algunos de estos parámetros sólo en un pequeño porcentaje, nuestro universo se quedaría sin vida. Por tanto, el hecho de que exista vida tiene su explicación.

Algunos sostienen que se trata de una afortunada coincidencia. Una explicación alternativa, sin embargo, es que vivimos en un multiverso, que contiene dominios con diferentes leyes físicas y valores de las constantes fundamentales. La mayoría podrían ser totalmente incompatibles con la vida. Pero unos pocos, estadísticamente hablando, deberían ser favorables a la vida.

¿Una revolución inminente?

¿Cuál es el alcance de la realidad física? Estamos seguros de que es más extensa que el dominio que los astrónomos pueden llegar a observar, incluso en principio. Ese dominio es definitivamente finito. Eso se debe esencialmente a que, como en el océano, hay un horizonte del que no podemos ver más allá. Y del mismo modo que no creemos que el océano se detenga más allá de nuestro horizonte, esperamos que haya galaxias más allá del límite de nuestro universo observable. En nuestro universo en aceleración, nuestros descendientes remotos tampoco podrán observarlas nunca.

La mayoría de los físicos estarían de acuerdo en que hay galaxias que nunca podremos ver y que éstas superan en número a las que podemos observar. Si se extendieran lo suficiente, todo lo que podríamos imaginar que ocurriera podría repetirse una y otra vez. Mucho más allá del horizonte, todos podríamos tener avatares.

Este vasto (y principalmente inobservable) dominio sería la secuela de 'nuestro' Big Bang y probablemente se regiría por las mismas leyes físicas que prevalecen en las partes del universo que podemos observar. Pero, ¿fue nuestro Big Bang el único?

La teoría de la inflación, según la cual el universo primitivo pasó por un periodo en el que duplicaba su tamaño cada trillonésima de trillonésima de trillonésima de segundo, cuenta con un verdadero apoyo observacional. Explica por qué el universo es tan grande y liso, salvo por las fluctuaciones y ondulaciones que son las 'semillas' de la formación de galaxias.

Pero algunos físicos, entre ellos Andrei Linde, han demostrado que, bajo algunas hipótesis específicas pero plausibles sobre la física incierta en esta época antigua, habría una producción 'eterna' de Big Bangs, cada uno de los cuales daría lugar a un nuevo universo.

La teoría de cuerdas, que intenta unificar la gravedad con las leyes de la microfísica, sostiene que todo en el universo está formado por pequeñas cuerdas vibrantes. Pero parte del supuesto de que existen más dimensiones que las que experimentamos. Estas dimensiones adicionales, sugiere, están tan compactadas que no las percibimos todas. Y cada tipo de compactación podría crear un universo con una microfísica diferente, de modo que otros Big Bangs, cuando se enfríen, podrían regirse por leyes distintas.

Por tanto, las 'leyes de la naturaleza' podrían ser, desde esta perspectiva aún más amplia, las leyes locales que rigen nuestra propia parcela cósmica.

Si la realidad física es así, existe una motivación real para explorar universos 'contrafactuales' -lugares con gravedad diferente, física diferente, etc.- para explorar qué rango o parámetros permitirían que surgiera la complejidad y cuáles conducirían a cosmos estériles o "mortinatos". La investigación reciente sugiere que es posible imaginar universos aún más favorables a la vida que el nuestro. Sin embargo, la mayoría de los "ajustes" de las constantes físicas harían que el universo naciera muerto.

Dicho esto, a algunos no les gusta el concepto de multiverso. Les preocupa que la esperanza de una teoría fundamental que explique las constantes sea tan vana como la búsqueda numerológica de Kepler para relacionar las órbitas planetarias con los sólidos platónicos anidados.

Pero nuestras preferencias son irrelevantes para la realidad física, por lo que deberíamos estar abiertos a la posibilidad de una gran revolución cosmológica inminente. Primero descubrimos que la Tierra no es el centro del Sistema Solar, sino que gira alrededor del Sol. Luego nos dimos cuenta de que hay miles de millones de sistemas planetarios en nuestra galaxia y que hay miles de millones de galaxias en nuestro universo observable.

Entonces, ¿podría ser que nuestro dominio observable -de hecho, nuestro Big Bang- sea una parte minúscula de un conjunto mucho mayor y posiblemente diverso?

¿Física o metafísica?

¿Cómo saber hasta qué punto nuestro universo es atípico? Para responder a esta pregunta tenemos que calcular las probabilidades de cada combinación de constantes. Y eso es una caja de Pandora que aún no podemos abrir: habrá que esperar a grandes avances teóricos.

En última instancia, no sabemos si existen otros Big Bangs. Pero no son sólo metafísica. Algún día podríamos tener razones para creer que existen.

Concretamente, si tuviéramos una teoría que describiera la física en las condiciones extremas del Big Bang ultratemprano -y si esa teoría se hubiera corroborado de otras maneras, por ejemplo derivando algunos parámetros inexplicables en el modelo estándar de la física de partículas-, entonces si predijera múltiples Big Bangs, deberíamos tomarla en serio.

A veces los críticos argumentan que el multiverso no es científico porque nunca podremos observar otros universos. Pero no estoy de acuerdo. No podemos observar el interior de los agujeros negros, pero creemos lo que dice el físico Roger Penrose sobre lo que ocurre allí: su teoría ha ganado credibilidad al coincidir con muchas cosas que podemos observar.

Hace unos 15 años, participé en una mesa redonda en Stanford en la que se nos preguntó hasta qué punto nos tomábamos en serio el concepto de multiverso, en la escala ¿apostaría su pez, su perro o su vida? Yo dije que estaba casi en el nivel del perro. Linde dijo que casi apostaría su vida. Más tarde, cuando le contaron esto, el físico Steven Weinberg dijo que "apostaría gustosamente el perro de Martin Rees y la vida de Andrei Linde".

Lamentablemente, sospecho que Linde, mi perro y yo estaremos muertos antes de tener una respuesta.

De hecho, ni siquiera podemos estar seguros de entender la respuesta, del mismo modo que la teoría cuántica es demasiado difícil para los monos. Es concebible que la inteligencia de una máquina pueda explorar las complejidades geométricas de algunas teorías de cuerdas y arrojar, por ejemplo, algunas características genéricas del modelo estándar. Entonces confiaríamos en la teoría y nos tomaríamos en serio el resto de sus predicciones.

Pero nunca tendríamos el momento "ajá", que es la mayor satisfacción para un teórico. La realidad física en su nivel más profundo podría ser tan profunda que su esclarecimiento tendría que esperar a las especies posthumanas, por deprimente o estimulante que sea, según los gustos. Pero no es razón para descartar el multiverso como no científico

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Lord Martin Rees es catedrático emérito de Cosmología y Astrofísica de la Universidad de Cambridge. Posee el título honorífico de Astrónomo Real y es cofundador del Centro para el Estudio del Riesgo Existencial.

Este artículo ha sido traducido y publicado en Novaceno con licencia Creative Commons. Puede leer el artículo original en inglés aquí.