Hoy vamos a hablar del multiverso cuántico y sus repercusiones.
Actualmente todos somos conscientes del universo que nos rodea pero dicho universo podría no ser más que una minúscula parte de una estructura mucho mayor: el multiverso.
Vamos a hablar un poco del concepto de: "multiverso".
La idea del multiverso tiene su origen en la teoría que afirma que el universo primitivo se expandió de manera exponencial en un proceso conocido como inflación.
En dicho proceso algunas regiones pudieron haber detenido su rápida expansión antes que otras formándose así multitud de "universos burbuja" cada uno de ellos regido por sus propias leyes físicas.
Pero claro, la idea del multiverso tiene un problema teórico relativamente grave, anula la posibilidad de realizar predicciones, requisito clave de cualquier teoría física útil.
Es decir es un multiverso eternamente sometido a inflación cualquier cosa que pueda ocurrir acabará ocurriendo, de hecho, ocurrirá un número infinito de veces.
Esto implica unos problemas de predicción serios pues, mientras en un único universo en el que cada suceso solo acontece un número limitado de ocasiones resulta posible conocer la probabilidad relativa de un evento frente a otro, en un multiverso en el que cualquier cosa ocurre infinitas veces ese cálculo se vuelve imposible, por lo que no hay un suceso más probable que otro.
Estos problemas pueden ser resueltos gracias a la teoría cuántica ya que desde un punto de vista matemático puede ser equivalente.
MUNDOS CUÁNTICOS
Es decir es un multiverso eternamente sometido a inflación cualquier cosa que pueda ocurrir acabará ocurriendo, de hecho, ocurrirá un número infinito de veces.
Esto implica unos problemas de predicción serios pues, mientras en un único universo en el que cada suceso solo acontece un número limitado de ocasiones resulta posible conocer la probabilidad relativa de un evento frente a otro, en un multiverso en el que cualquier cosa ocurre infinitas veces ese cálculo se vuelve imposible, por lo que no hay un suceso más probable que otro.
Estos problemas pueden ser resueltos gracias a la teoría cuántica ya que desde un punto de vista matemático puede ser equivalente.
MUNDOS CUÁNTICOS
¿Qué relación puede haber entre el multiverso y la mecánica cuántica?
Sabemos que la mecánica cuántica es una realidad poco conocida y de entendimiento complejo.
Sabemos que las partículas en estado cuántico no se rigen por las leyes conocidas sino que en principio solo podemos llegar a entender su comportamiento gracias a la probabilidad.
Es decir, conocemos las probabilidades de que una partícula se comporte de determinada manera.
Esto por supuesto tiene su repercusión en el mundo macroscópico: Si por ejemplo lanzásemos una pelota siempre en las mismas condiciones, unas veces caerá en el punto A y otras veces caerá en el punto B.
De hecho hasta que no cae, los dos estados, el A y el B, se encuentran superpuestos (y muchos más claramente).
A esta superposición la conocemos como función de onda, una función probabilística, una vez cae, la función de onda colapsa y podemos medir en qué situación se encuentra la pelota, en A o en B.
De hecho, esta forma tradicional de entender la mecánica cuántica se conoce como interpretación de Copenhague, en la que no se conoce con exactitud el comportamiento de ninguna partícula cuántica hasta su medida, de hecho no se sabe siquiera si la medida es lo que hizo a la partícula comportarse así o no.
El principio de indeterminación de Heisenberg se encuentra dentro de la interpretación de Copenhague.
La pregunta que nos surge con esta experimentación es si cualquier observador condiciona el comportamiento del sistema. ¿Una mosca colapsa la función de onda? ¿Una mota de polvo lo hace? ¿Es la propia consciencia humana lo que otorga un significado específico al sistema?
Próximamente hablaremos del colapso de la función de onda explicando el experimento de Young.
Uno de los físicos estadounidenses más importantes de la década de los 50 propuso la interpretación de los muchos mundos de la mecánica cuántica que responde satisfactoriamente a estas cuestiones.
La idea fundamental de Everett era que el estado de un sistema cuántico refleja el de todo el universo a su alrededor, es decir, una descripción completa de la medida debe incluir también al observador.
En nuestro caso, si estudiamos donde caería la pelota anteriormente mencionada si la lanzamos tendríamos que incluir también a la persona que examina, dónde cae el objeto y todo lo que haya en el cosmos en ese instante.
Además el estado del sistema después de la medida sigue siendo una superposición, es decir, el lugar donde podía aterrizar la pelota originaría dos mundos distintos, uno donde la pelota aterizase en A y otro donde la pelota aterrizase en B.
Esto explicaría porqué el observador cree que su medida ha cambiado el estado del sistema.
Lo que ha ocurrido es que, al llevar a cabo la medición, el propio observador se ha dividido en dos personas que viven en sendos mundos paralelos.
En un estado de todo el universo, que sea un humano quien realice la medida no reviste especial importancia pues se ramifica continuamente en multitud de mundos paralelos que coexisten en superposición, todos igualmente reales.
EL DILEMA DEL AGUJERO NEGRO
Para entender por qué la interpretación de esos muchos mundos puede describir el multiverso inflacionario vamos a hablar de la física de los agujeros negros.
Un agujero negro es una región finita del espacio en cuyo interior existe una concentración de masa lo suficientemente elevada y densa como para generar un campo gravitatorio tal que ninguna partícula material, ni siquiera la luz, puede escapar de ella, los agujeros negros pueden ser capaces de emitir radiación.
Sabemos que la mecánica cuántica es una realidad poco conocida y de entendimiento complejo.
Sabemos que las partículas en estado cuántico no se rigen por las leyes conocidas sino que en principio solo podemos llegar a entender su comportamiento gracias a la probabilidad.
Es decir, conocemos las probabilidades de que una partícula se comporte de determinada manera.
Esto por supuesto tiene su repercusión en el mundo macroscópico: Si por ejemplo lanzásemos una pelota siempre en las mismas condiciones, unas veces caerá en el punto A y otras veces caerá en el punto B.
De hecho hasta que no cae, los dos estados, el A y el B, se encuentran superpuestos (y muchos más claramente).
A esta superposición la conocemos como función de onda, una función probabilística, una vez cae, la función de onda colapsa y podemos medir en qué situación se encuentra la pelota, en A o en B.
De hecho, esta forma tradicional de entender la mecánica cuántica se conoce como interpretación de Copenhague, en la que no se conoce con exactitud el comportamiento de ninguna partícula cuántica hasta su medida, de hecho no se sabe siquiera si la medida es lo que hizo a la partícula comportarse así o no.
El principio de indeterminación de Heisenberg se encuentra dentro de la interpretación de Copenhague.
La pregunta que nos surge con esta experimentación es si cualquier observador condiciona el comportamiento del sistema. ¿Una mosca colapsa la función de onda? ¿Una mota de polvo lo hace? ¿Es la propia consciencia humana lo que otorga un significado específico al sistema?
Próximamente hablaremos del colapso de la función de onda explicando el experimento de Young.
Uno de los físicos estadounidenses más importantes de la década de los 50 propuso la interpretación de los muchos mundos de la mecánica cuántica que responde satisfactoriamente a estas cuestiones.
La idea fundamental de Everett era que el estado de un sistema cuántico refleja el de todo el universo a su alrededor, es decir, una descripción completa de la medida debe incluir también al observador.
En nuestro caso, si estudiamos donde caería la pelota anteriormente mencionada si la lanzamos tendríamos que incluir también a la persona que examina, dónde cae el objeto y todo lo que haya en el cosmos en ese instante.
Además el estado del sistema después de la medida sigue siendo una superposición, es decir, el lugar donde podía aterrizar la pelota originaría dos mundos distintos, uno donde la pelota aterizase en A y otro donde la pelota aterrizase en B.
Esto explicaría porqué el observador cree que su medida ha cambiado el estado del sistema.
Lo que ha ocurrido es que, al llevar a cabo la medición, el propio observador se ha dividido en dos personas que viven en sendos mundos paralelos.
En un estado de todo el universo, que sea un humano quien realice la medida no reviste especial importancia pues se ramifica continuamente en multitud de mundos paralelos que coexisten en superposición, todos igualmente reales.
EL DILEMA DEL AGUJERO NEGRO
Para entender por qué la interpretación de esos muchos mundos puede describir el multiverso inflacionario vamos a hablar de la física de los agujeros negros.
Un agujero negro es una región finita del espacio en cuyo interior existe una concentración de masa lo suficientemente elevada y densa como para generar un campo gravitatorio tal que ninguna partícula material, ni siquiera la luz, puede escapar de ella, los agujeros negros pueden ser capaces de emitir radiación.
Estos objetos corresponden a regiones del espaciotiempo extremadamente curvadas, cuya gravedad es tan intensa que nada de lo que cae en ellos puede escapar.
Gracias a esto, podemos intentar explicar un experimento mental que nos muestre dónde falla la manera tradicional de pensar sobre el multiverso y por qué esta nos impide realizar predicciones.
Vamos a suponer que dejamos caer un libro en un agujero negro y observamos desde fuera lo que ocurre.
Aunque el libro nunca podrá escapar, la teoría nos dice que la información contenida en él no se perderá. Una vez que el texto haya sido destruido por la gravedad del agujero negro, y después de que el agujero negro se haya "evaporado" poco a poco emitiendo una tenue radiación, que es la radiación conocida como radiación de Hawking, el observador externo podrá reconstruir la información contenida en el libro examinando con cuidado dicha radiación.
Aunque el libro nunca podrá escapar, la teoría nos dice que la información contenida en él no se perderá. Una vez que el texto haya sido destruido por la gravedad del agujero negro, y después de que el agujero negro se haya "evaporado" poco a poco emitiendo una tenue radiación, que es la radiación conocida como radiación de Hawking, el observador externo podrá reconstruir la información contenida en el libro examinando con cuidado dicha radiación.
Pero vamos a imaginarnos ahora que alguien cayese en el agujero negro junto al libro.
En este caso el libro simplemente cruza la frontera del agujero negro permaneciendo dentro.
Es decir que, según el observador que está en el interior del agujero negro, la información del libro se queda allí para siempre no obstante para el observador lejano como hemos comentado antes la información escapa en forma de radiación.
¿Significa esto que la información se duplica? Eso sería imposible pues el "teorema de la no clonación" prohíbe duplicar información de un estado cuántico de una manera fiel y completa.
Sin embargo distintos físicos han propuesto la siguiente solución: ambas imágenes son correctas, pero no al mismo tiempo.
Según el observador lejano, la información se halla en el exterior del agujero negro. No necesitamos describir qué ocurre en el interior ya que dicha región es inaccesible incluso en el principio. De hecho, para evitar la clonación de la información, resulta obligado considerar el interior como inexistente.
En cambio, para el observador que cae en el agujero negro, el interior es lo único que hay y en él se encuentran el libro y toda su información. Pero esta imagen solo es posible si obviamos la radiación de Hawking emitida por el objeto. Esto resulta factible, porque el observador ha cruzado la frontera y se halla atrapado en el interior, aislado por tanto de la radiación.
No existe ninguna incoherencia entre estas dos imágenes: la aparente contradicción que conduce a la clonación de la información solo surge si, de forma artificial, unimos ambas representaciones del fenómeno. Pero esto es físicamente imposible, ya que nadie puede ser un observador externo e interno a la vez.
HORIZONTES COSMOLÓGICOS
Bien, la información de los agujeros negros puede parecer desconectada de la cuestión que nos ocupa: la relación entre el multiverso y los muchos mundos de la mecánica cuántica.
No obstante la superficie de los agujeros negros guarda bastante relación con el denominado "horizonte cosmológico": La frontera que limita la región del universo desde la cual aún podemos recibir señales del espacio profundo. Bien, este horizonte está en constante expansión y todo lo que haya más allá de él se aleja a velocidades más rápidas que la velocidad de la luz, por ende, jamás ningún mensaje enviado desde allí nos llegará. Esta situación es, por tanto, similar a la de los agujeros negros vista anteriormente.
La mecánica cuántica nos obliga a considerar como inexistente el espaciotiempo al otro lado del horizonte cosmológico, pues, si lo tuviésemos en cuenta como una especie de análogo a la radiación de Hawkings estaríamos recibiendo dos veces la misma información. Por eso solo debemos considerar la zona interior del horizonte cosmológico, y el horizonte en sí, en toda descripción del estado cuántico del universo.
Así que, ¿dónde está el multiverso que existía en un espacio infinito en inflación eterna?
La respuesta es que la creación de los universos burbuja es probabilística, como cualquier otro proceso cuántico. De igual manera que una medida puede dar lugar a distintos resultados, cada uno con una probabilidad propia, la inflación puede producir muchos universos, cada uno con una probabilidad de ser generado.
Es decir, para que quede claro, el estado cuántico asociado a un espacio en inflación eterna es una superposición de mundos que representan diferentes universos, cada uno de los cuales solo incluye la región interior en su propio horizonte.
Dado que ahora tenemos cada uno de estos universos finitos podemos evadir el problema de predictibilidad que se nos presentaba al considerar un espacio infinito capaz de albergar cualquier resultado posible.
Así que, en nuestro caso, los distintos universos no existen a la vez, simultáneamente, en el espacio real, sino que coexisten en el espacio de probabilidades.
La historia cósmica se desarrolla de tal manera que el multiverso comienza en algún estado inicial y evoluciona hasta convertirse en una superposición de múltiples universos burbuja. Con el tiempo ese estado correspondiente a cada una de esas burbujas se ramifica a su vez en más superposiciones de estados.
En esta nueva imagen, nuestro mundo no es más que uno de los posibles universos permitidos por los principios de la física cuántica, los cuales existen simultáneamente en el espacio de probabilidades.
Próximamente entraremos más al detalle en los cálculos de toda esta teoría.
Si tenéis alguna duda, podéis dejármela en los comentarios.
Gracias.
Sin embargo distintos físicos han propuesto la siguiente solución: ambas imágenes son correctas, pero no al mismo tiempo.
Según el observador lejano, la información se halla en el exterior del agujero negro. No necesitamos describir qué ocurre en el interior ya que dicha región es inaccesible incluso en el principio. De hecho, para evitar la clonación de la información, resulta obligado considerar el interior como inexistente.
En cambio, para el observador que cae en el agujero negro, el interior es lo único que hay y en él se encuentran el libro y toda su información. Pero esta imagen solo es posible si obviamos la radiación de Hawking emitida por el objeto. Esto resulta factible, porque el observador ha cruzado la frontera y se halla atrapado en el interior, aislado por tanto de la radiación.
No existe ninguna incoherencia entre estas dos imágenes: la aparente contradicción que conduce a la clonación de la información solo surge si, de forma artificial, unimos ambas representaciones del fenómeno. Pero esto es físicamente imposible, ya que nadie puede ser un observador externo e interno a la vez.
HORIZONTES COSMOLÓGICOS
Bien, la información de los agujeros negros puede parecer desconectada de la cuestión que nos ocupa: la relación entre el multiverso y los muchos mundos de la mecánica cuántica.
No obstante la superficie de los agujeros negros guarda bastante relación con el denominado "horizonte cosmológico": La frontera que limita la región del universo desde la cual aún podemos recibir señales del espacio profundo. Bien, este horizonte está en constante expansión y todo lo que haya más allá de él se aleja a velocidades más rápidas que la velocidad de la luz, por ende, jamás ningún mensaje enviado desde allí nos llegará. Esta situación es, por tanto, similar a la de los agujeros negros vista anteriormente.
La mecánica cuántica nos obliga a considerar como inexistente el espaciotiempo al otro lado del horizonte cosmológico, pues, si lo tuviésemos en cuenta como una especie de análogo a la radiación de Hawkings estaríamos recibiendo dos veces la misma información. Por eso solo debemos considerar la zona interior del horizonte cosmológico, y el horizonte en sí, en toda descripción del estado cuántico del universo.
Así que, ¿dónde está el multiverso que existía en un espacio infinito en inflación eterna?
La respuesta es que la creación de los universos burbuja es probabilística, como cualquier otro proceso cuántico. De igual manera que una medida puede dar lugar a distintos resultados, cada uno con una probabilidad propia, la inflación puede producir muchos universos, cada uno con una probabilidad de ser generado.
Es decir, para que quede claro, el estado cuántico asociado a un espacio en inflación eterna es una superposición de mundos que representan diferentes universos, cada uno de los cuales solo incluye la región interior en su propio horizonte.
Dado que ahora tenemos cada uno de estos universos finitos podemos evadir el problema de predictibilidad que se nos presentaba al considerar un espacio infinito capaz de albergar cualquier resultado posible.
Así que, en nuestro caso, los distintos universos no existen a la vez, simultáneamente, en el espacio real, sino que coexisten en el espacio de probabilidades.
La historia cósmica se desarrolla de tal manera que el multiverso comienza en algún estado inicial y evoluciona hasta convertirse en una superposición de múltiples universos burbuja. Con el tiempo ese estado correspondiente a cada una de esas burbujas se ramifica a su vez en más superposiciones de estados.
En esta nueva imagen, nuestro mundo no es más que uno de los posibles universos permitidos por los principios de la física cuántica, los cuales existen simultáneamente en el espacio de probabilidades.
Próximamente entraremos más al detalle en los cálculos de toda esta teoría.
Si tenéis alguna duda, podéis dejármela en los comentarios.
Gracias.
