¿VIVIMOS EN UN MULTIVERSO?

http://cienciadesofa.com/2017/08/vivimos-en-un-multiverso.html

Tanto si os gusta la ciencia-ficción como si no (pero especialmente si os gusta), habréis oído hablar mil veces sobre la idea de que vivimos en un multiverso compuesto por muchos universos más o menos parecidos al nuestro. De hecho, es posible que hayáis escuchado a alguien justificando esta “teoría” con un argumento parecido a este:

Cada vez que tiene lugar un evento que puede producir varios resultados diferentes, el universo se divide en tantas versiones distintas de sí mismo como posibles conclusiones existan. Si por ejemplo lanzas un dado, el universo se ramificará en seis versiones diferentes y, en cada una de ellas, existirá una copia de ti mismo que obtendrá un número distinto. Por tanto, aunque a ti te parezca que el asunto se acaba cuando tiras el dado y sacas un 3, existirían otras cinco realidades alternativas en las que cinco versiones paralelas de ti mismo habrían observado cada posible resultado… Pero nunca podrías ponerte en contacto con ellas, porque esos nuevos universos serían inaccesibles.

Por supuesto, en función del resultado que hubieras obtenido en cada uno, tu vida se desarrollaría de manera diferente en estos nuevos universos.

Aplicado esta lógica al universo entero, este planteamiento implicaría que la realidad se habría estado ramificando constantemente desde que tuvo lugar el Big Bang, creando nuevos universos cada vez que la interacción entre dos partículas tenía más de un resultado posible. Si esto fuera cierto, existiría una cantidad potencialmente infinita de universos paralelos que habrían evolucionado de manera diferente al nuestro durante casi 14.000 millones de años. Algunas de estas realidades alternativas serían parecidas a la nuestra, pero otras serían radicalmente distintas.

¿Eso significa que existirían otras versiones del universo en las que me ha tocado la lotería varias veces? ¿Y otras en la que he ganado un premio Nobel? 

Sí, claro, voz cursiva. Y otras tantas en las que la Tierra nunca se llegó a formar o algunas en las que la especie humana ha sido extinguida por un meteorito. Incluso existiría alguna realidad en la que tú llevas el blog y yo soy la voz cursiva.

Y seguro que Ciencia de Sofá tiene mucho más éxito en ese universo. En cualquier caso, ¿a qué esperamos para desarrollar alguna tecnología que nos permita visitar todas esas realidades paralelas potencialmente fantásticas? 

Para el carro, voz cursiva. Entiendo que la idea de moverte entre las infinitas realidades de un multiverso te parezca emocionante (y más ahora que ha salido la tercera temporada de Rick&Morty), pero esta interpretación es sólo una hipótesis que sirve para intentar encontrarle sentido a las extrañas propiedades de la mecánica cuántica.

Madre mía, ya estamos con la mecánica cuántica otra vez…

No te preocupes, vamos a poner algo de contexto al asunto para ver si existe alguna posibilidad de que realmente vivamos en un vasto multiverso.

Como vimos en esta otra entrada, el comportamiento de las partículas subatómicas es muy distinto al de las cosas que estamos acostumbrados a ver en nuestra vida diaria porque se rigen por las leyes de la mecánica cuántica. Como resultado, en vez de ser objetos que siempre tienen una posición y una velocidad determinadas, como pueden ser una pelota o un coche, la existencia de una partícula subatómica está definida por una distribución estadística que representa todos los posibles estados en los que se puede encontrar en cualquier momento.

Para entender mejor este concepto, tomemos como ejemplo los electrones. En el colegio nos enseñaron que estas partículas son bolitas que dan vueltas alrededor del núcleo atómico… Pero no es así. En realidad, mientras nada interaccione con ellos, los electrones están desparramados alrededor de los núcleos de los átomos sin una posición definida, como si fueran una especie de “nube de carga eléctrica” tridimensional.

Pero una partícula subatómica no permanece en esta forma incierta para siempre porque, en cuanto interacciona con algún elemento de su entorno, escoge uno de sus estados posibles de manera aleatoria y lo adopta, abandonando así su existencia “borrosa” (si os suena raro, recomiendo leer la entrada que he mencionado).

De hecho, puede que hayáis oído que “las partículas no existen en un estado u otro hasta que las observas“. En este contexto, observación no es literalmente el acto de mirarlas, sino conseguir que entren en contacto con alguna otra partícula para poder deducir información sobre ellas a partir de su interacción.

Total, que mientras nadie la moleste, el comportamiento de una partícula está descrito por su función de onda que, matemáticamente, no es más que una lista que contiene todos los posibles estados que tiene asociados y la probabilidad de que se encuentre en cada uno de ellos en un instante determinado. Cuando se observa una partícula y ésta adopta uno de esos estados arbitrariamente, entonces se dice que su función de onda se ha colapsado.

El componente estadístico de este fenómeno puede parecer muy confuso pero, en realidad, la función de onda en sí es determinista, en el sentido de que se puede predecir con precisión cómo cambiarán con el tiempo las probabilidades de que una partícula se encuentre en un estado concreto u otro. Lo que no se puede predecir con antelación es el estado que elegirá adoptar la partícula cuando sea observada, que es el único momento del proceso en el que interviene el azar.

Pero, ojo, que aquí viene un dato importante.

Resulta que, sobre el papel, todos los estados descritos por la función de onda son igual de reales. Y eso es un problema conceptual porque, si una partícula se encuentra siempre en una superposición de muchos estados igual de reales, ¿por qué no los manifiesta todos a la vez cuando la observamos? ¿Por qué la función de onda se colapsa y sólo podemos observar uno de ellos?

¿Y qué pasa con el resto de estados que la partícula decide no adoptar? ¿Simplemente se desintegran y dejan de existir?

Buen apunte, voz cursiva. Nos estamos acercando a lo interesante.

Para explicar este extraño comportamiento, se suele asumir que el mundo cuántico y los instrumentos que utilizamos para medirlo se rigen por principios fundamentalmente distintos. Este argumento propone que, al contrario que las partículas subatómicas, los objetos macroscópicos sólo pueden existir en un único estado en todo momento (una suposición bastante natural, teniendo en cuenta que los objetos que nos rodean nunca parecen encontrarse en varios estados a la vez). Por tanto, cuando usamos nuestros instrumentos para observar una partícula, ésta “entiende” que ha llegado el momento de comportarse según las reglas macroscópicas, así que decide abandonar su superposición de estados adoptando uno de ellos al azar.

Pero esta explicación, la llamada interpretación de Copenhague, no es del todo satisfactoria.

La función de onda gobierna el comportamiento de las partículas incluso cuando se juntan en grupos. De hecho, desde el punto de vista matemático, no debería existir ninguna razón por la que los objetos macroscópicos (que no son más que agrupaciones de partículas) no se puedan encontrar también en múltiples estados al mismo tiempo. De nuevo, eso no es lo que observamos en nuestro día a día, pero parece que la formulación de la mecánica cuántica lo permite.

Pero, si esto fuera cierto, ¿por qué las partículas abandonan su estado de superposición cuando son observadas por otro montón de partículas que también siguen los mismos principios?

Dicho de otra manera: ¿cómo sabe una partícula que debe comportarse de manera distinta ante un sistema de medición que, a su vez, está compuesto por partículas que tienen posiciones inciertas a menos que algo las perturbe? ¿De dónde sale nuestro mundo macroscópico, en el que todos los objetos tienen un estado definido en todo momento, a partir de partículas que no lo tienen? ¿Y qué pasa con los estados que no se llegan a manifestar tras una observación?

Uf, nos estamos poniendo filosóficos.

No te preocupes, voz cursiva, que vamos a arrojar algo de luz sobre el asunto con la hipótesis de los multiversos… O la interpretación de los muchos mundos, que es como terminaron llamando a la idea original de Hugh Everett.

Hemos visto que, desde el punto de vista matemático, todos los posibles estados descritos por la función de onda de una partícula son igual de “reales” y que, a priori, no debería existir ningún motivo por el que un sistema macroscópico tenga que existir en un único estado. Pero, aunque las ecuaciones lo permitan, está claro que en nuestro día a día sólo experimentamos una realidad en la que las cosas se encuentran en unúnico estado en todo momento.

¿Cómo se puede arreglar esta contradicción? Pues, basado en estas ideas, Everett sugirió que no uno, sino todos estados en los que puede existir una partícula o un sistema se manifiestan en cuanto los observamos, pero no vemos señales de ellos en nuestra vida cotidiana porque no somos capaces de detectarlos. Y ahí es donde entran las realidades paralelas.

En vez de asumir que nuestro universo es la única realidad posible y que, por tanto, las partículas sólo pueden manifestar en ella una de las opciones que tienen a su disposición, Everett propuso que una partícula podría adoptar todos los estados contenidos en su función de onda si el universo se ramificara en muchas versiones de sí mismo en el momento de la observación.

Por tanto, como cada uno de los resultados posibles tendría lugar en un universo diferente, ese elemento aleatorio de la mecánica cuántica, el instante en el que, de manera arbitraria, la partícula decide adoptar un estado u otro durante su observación, desaparecería por completo.

Eso sí, aunque la interpretación elimina el azar de la ecuación, a cada nueva versión del observador le seguiría pareciendo que el proceso de observación produce resultados aleatorios, porque no tendría ninguna manera de acceder a los universos en los que se manifiestan el resto de estados de la partícula, ni tampoco podría predecir con antelación en qué versión del universo se encuentra él.

Hasta aquí la interpretación de los muchos mundos, una idea especialmente atractiva porque responde a una pregunta muy importante en el campo de la física: ¿las partículas se comportan de manera verdaderamente aleatoria al ser observadas o, por el contrario, su comportamiento sólo parece aleatorio porque obedecen una serie de leyes que aún no hemos descubierto?

Si esta interpretación fuera correcta, entonces el enigma estaría resuelto, porque esa aleatoriedad aparente del mundo subatómico no sería más que una ilusión provocada por la existencia de infinitas realidades paralelas, pero inaccesibles para los observadores que viven en ellas.

Vale, vale, pero vamos a ponernos escépticos un momento antes de que me haga ilusiones. ¿Hay alguna evidencia de que realmente vivamos en un multiverso? ¿O sólo es una idea bonita, pero sin fundamento?

Pues siento decírtelo, voz cursiva, pero no hay ninguna evidencia de que la interpretación de los muchos mundossea correcta…

… Peeeeero, si te consuela, tampoco hay evidencias de que alguna de las interpretaciones actuales del mundillo cuántico sea más válida que las otras porque, aunque todas ellas intentan explicar qué pasa tras la aparente aleatoriedad del reino subatómico, ninguna predice la existencia de algún fenómeno en particular que la distinga de las demás y se pueda comprobar empíricamente.

Aun así, es posible que haya una manera de obtener alguna pista.

Como hemos visto, la interpretación de Copenhague sugiere que el universo se rige por leyes distintas a gran y pequeña escala. La de los muchos mundos, en cambio, propone que la mecánica cuántica también rige el universo a gran escala, pero que no podemos percibir sus efectos porque ocurren en otras realidades paralelas.

Por tanto, si se observaran fenómenos cuánticos en un objeto macroscópico, entonces existiría una evidencia sólida a favor de la interpretación de los muchos mundos. El problema es que la magnitud de estos efectos disminuye a medida que la escala aumenta y, aunque se han conseguido detectar comportamientos cuánticosen un objeto de 30 micrómetros de longitud, probablemente nunca existirá un experimento que nos permita detectarlos a escalas humanas, que es lo que haría falta para arrojar algo de luz sobre la naturaleza del un posible multiverso.

O sea, que de momento nos tendremos que conformar con lo que ven nuestros ojos: un sólo universo observable de 93.000 millones de años luz de diámetro y potencialmente infinito… Que tampoco está tan mal.

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