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¿Es el universo una burbuja? Vamos a averiguarlo

Traducido por Mónica Caruana para Seti.cl

Un miembro de Perimeter Associate Faculty, Matthew Johnson, está trabajando junto con sus colegas para llevar la hipótesis del multiverso, que para algunos suena como un relato fantástico, al ámbito de la ciencia comprobable.

Esta es una captura de pantalla de un video de Matthew Johnson que explica los conceptos relacionados de la inflación, la inflación eterna y el multiverso. Crédito: Perimeter Institute.
Esta es una captura de pantalla de un video de Matthew Johnson que explica los conceptos relacionados de la inflación, la inflación eterna y el multiverso. Crédito: Perimeter Institute.

Olvídemonos del big bang: en el principio, estaba el vacío. El vacío hervía de energía (llamada de muchas maneras: energía oscura, energía del vacío, campo de inflación o campo de Higgs). Como agua en una olla, esta alta energía comenzó a evaporarse, formando burbujas.

Cada burbuja contenía otro vacío cuya energía era más baja, pero aún así existente. Esta energía condujo a la expansión de las burbujas. Inevitablemente, algunas de las burbujas chocaban con otras. Es posible que algunas produjeran burbujas secundarias. Quizás las burbujas eran escasas y estaban alejadas unas de otras, o quizás se encontraban agrupadas como espuma.

Pero he aquí la cuestión: cada una de esas burbujas era un universo. En esta visión, nuestro universo es un burbuja en un espumoso mar de universos burbuja.

Esta es la hipótesis del multiverso en resumidas cuentas (y burbujas).

No es una mala historia. Está motivada, como dicen los científicos, físicamente: no fue solo inventada, sino que surgió de lo que creemos saber acerca de la inflación cósmica.
La inflación cósmica no está aceptada universalmente: la mayoría de los modelos cíclicos del universo rechazan la idea. No obstante, la inflación es una teoría destacada acerca del desarrollo temprano del universo, y hay alguna evidencia observacional que puede sustentarla.

La inflación sostiene que en el primer instante después del big bang, el universo se expandió rápidamente; tan rápidamente que un área espacial que alguna vez fue de un nanómetro cuadrado acabo midiendo más de 250 mil millones de años luz de un extremo a otro en tan solo una billonésima de un billonésima de segundo. Es una idea increíble, pero explicaría algunas observaciones astrofísicas que de otra manera resultan misteriosas.

Se cree que la inflación fue impulsada por un campo de inflación; que es energía del vacío con un nombre distinto. Una vez postulado que el campo de inflación existe, es difícil evitar una historia del tipo “en el principio estaba el vacío”. Es aquí donde la teoría de la inflación se vuelve controversial: cuando empieza a proponer universos múltiples.

Los proponentes de la teoría del multiverso argumentan que es el siguiente paso lógico en el relato de la inflación. Los detractores argumentan que no se trata de física, sino de metafísica; que no es ciencia porque no puede ser comprobada. Después de todo, la física vive o muere dependiendo de los datos que se puedan reunir y de las predicciones que puedan ser comprobadas.

Es ahí donde aparece Matthew Johnson, miembro de Perimeter Associate Faculty. Trabajando con un pequeño equipo que también incluye a otro miembro de Perimeter Faculty, Luis Lehner, Johnson está trabajando para llevar la hipótesis del multiverso al ámbito de la ciencia comprobable de manera firme.

“De eso se trata este programa de investigación”, explica. “Estamos tratando de averiguar cuáles serían las predicciones comprobables de este panorama, y luego vamos a salir a buscarlas”.

Específicamente, Johnson ha estado considerando las escasas ocasiones en las que nuestro universo burbuja se estrellaría contra otro universo burbuja. Él organiza así los pasos: “Simulamos el universo entero. Empezamos con un multiverso que tiene dos burbujas dentro; hacemos chocar las burbujas en una computadora para averiguar qué pasa, y después colocamos un observador virtual en varios lugares, y le preguntamos a ese observador qué se podría ver desde allí”.

Simular el universo entero —o más de uno— parecería un reto, pero aparentemente no lo es.

“Simular el universo es fácil”, dice Johnson. Las simulaciones, explica, no están considerando cada átomo, cada estrella o cada galaxia; de hecho, no están considerando ninguno de ellos.
“Estamos simulando cosas solo en las escalas más grandes”, dice. “Lo único que necesito es la gravedad y el material que compone las burbujas. Estamos en ese punto en el que si tienes un modelo favorito del multiverso, puedo meterlo en una computadora y decirte cómo se vería”.

Es un pequeño paso para un programa de simulación de computadora, pero un gran salto para el campo de la cosmología del multiverso. Al producir predicciones comprobables, el modelo del multiverso ha cruzado la línea entre una historia atractiva y la ciencia real.

De hecho, dice Johnson, el programa ha alcanzado el punto en el que puede desechar ciertos modelos del multiverso: “Ahora somos capaces de determinar qué modelos predicen algo que deberíamos poder ver, y como de hecho no podemos verlo, podemos descartar esos modelos”.

Por ejemplo, los choques de un universo burbuja con otros dejarían lo que Johnson llama “un disco en el cielo”, una magulladura circular en la radiación de fondo de microondas. El que la búsqueda de tal disco haya sido infructuosa hasta ahora hace que algunos modelos de choques abundantes sean poco probables.

Mientras tanto, el equipo trabaja ahora para averiguar qué otros tipos de evidencia podrían quedar tras un choque de burbujas. El equipo afirma en su investigación que es la primera vez que alguien ha creado un conjunto cuantitativo de predicciones de marcas observables de los choques de burbujas. Y aunque todavía no se haya encontrado ninguna de esas marcas, algunas de ellas pueden ser buscadas.

La verdadera importancia de este trabajo es como una prueba de concepto: demuestra que el multiverso es comprobable. En otras palabras, si vivimos en un universo burbuja, tal vez seamos capaces de darnos cuenta.

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