En física teórica, el multiverso es una idea que postula la existencia de universos coexistentes fuera de nuestro espacio-tiempo , a menudo denominados dimensiones paralelas .
El concepto de multiverso fue propuesto rigurosamente por primera vez por Hugh Everett III en 1957 con la interpretación de muchos mundos de la mecánica cuántica . Posteriormente se reafirmó como una posible consecuencia de algunas teorías científicas, especialmente la teoría de cuerdas y la de la inflación caótica o teoría de la burbuja.
Desde el punto de vista filosófico, la hipótesis es antigua, ya que los atomistas griegos la plantearon como una pluralidad de mundos similares a la Tierra , y encontró un nuevo vigor después de la revolución copernicana con el descubrimiento del tamaño efectivo del universo, que contiene miles de millones de galaxias _ Un precursor de la idea moderna del multiverso fue el filósofo renacentista Giordano Bruno . [1] [2] [3]
La hipótesis es fuente de desacuerdo en la comunidad de físicos, que la ubican en la frontera de la ciencia . Los partidarios de al menos uno de los modelos del multiverso incluyen a Stephen Hawking , [4] Steven Weinberg , [5] Brian Greene , Michio Kaku , Neil Turok , Lee Smolin , Max Tegmark , Andrej Linde , Alex Vilenkin . Entre quienes no aceptan la hipótesis tal como está formulada o quienes la critican están David Gross , [6] Paul Steinhardt (quien apoya la hipótesis de la colisión de dos mundos brana [7] ), Roger Penrose (quien propone una versión diferente de lo llamó cosmología cíclica conforme ) y Paul Davies . Para algunos de estos estudiosos la pregunta es más filosófica que científica, por lo tanto dañina para la física teórica ya que es simplemente pseudociencia , [7] o una especulación teórica que no puede ser falseada por datos o evidencias experimentales.
El término Multiverso fue acuñado en 1895 por el filósofo y psicólogo estadounidense William James . [8] La idea de los universos paralelos fue retomada por el escritor estadounidense de ciencia ficción Murray Leinster en 1934 y posteriormente por muchos otros, como Jorge Luis Borges , convirtiéndose en un clásico del género fantástico .
El multiverso es, científicamente hablando, un conjunto de universos coexistentes predichos por diversas teorías , como la de la inflación eterna de Linde o aquella según la cual de cada agujero negro existente nacería un nuevo universo , concebida por Smolin . Las dimensiones paralelas también se contemplan en todos los modelos relacionados con el concepto de D-brana , una clase de P-brana inherente a la teoría de cuerdas .
El concepto de multiverso fue propuesto seriamente por primera vez en la llamada " interpretación de muchos mundos " de la mecánica cuántica de Hugh Everett III , en su tesis doctoral ( The Many-Worlds Interpretation of Quantum Mechanics , abreviado como MWI): cada medida cuántica conduce a la división del universo en tantos universos paralelos como resultados posibles de la operación de medición.
La teoría del multiverso propuesta por MWI tiene un parámetro de tiempo compartido. En muchas de sus formulaciones, los universos constituyentes del multiverso son estructuralmente idénticos, y pueden existir en diferentes estados aunque posean las mismas leyes físicas y los mismos valores de las constantes fundamentales . Los universos constituyentes también son incomunicantes, en el sentido de que no puede haber tránsito de información entre ellos, aunque en la hipótesis de Everett podrían potencialmente ejercer una acción recíproca [9] .
«Las dimensiones del Multiverso son tan inmensas que tiene como consecuencia que en algún lugar hay otros seres como nosotros, pero no nos arriesgamos a encontrarnos con ellos. La distancia que tendríamos que recorrer es tan grande que el número de kilómetros tiene más dígitos que partículas hay en el Universo conocido". |
( Max Tegmark ) |
Otras interpretaciones de los muchos-mundos son la de Copenhague y la de las " historias consistentes ". [10] En estas hipótesis, el estado de todo el multiverso está relacionado con los estados de los universos constitutivos por la superposición cuántica , y se describe mediante una única función de onda universal . Similares a este punto de vista son la interpretación de Feynman de múltiples historias y la de Zeh para muchas mentes .
Muchos mundos La interpretación no puede explicar el aparente universo antrópico , porque las constantes físicas de al menos una parte de los infinitos "mundos" posibles son las mismas. La interpretación de muchos mundos puede, sin embargo, explicar la (aparentemente improbable) existencia de un planeta como la Tierra . Vea la Hipótesis de la Rareza de la Tierra : Si la interpretación de muchos mundos fuera correcta, habría tantas copias de nuestro universo que la existencia de al menos otra Tierra no sería sorprendente.
La teoría de las burbujas suele ser la teoría más acreditada del multiverso, porque está más cerca de los datos y las mediciones. [11]
La formación de nuestro universo a partir de una "burbuja" del multiverso fue propuesta por Andrej Linde , basándose en los estudios de Alan Guth sobre inflación cosmológica [12] en la década de 1980, y se conoce como teoría del universo burbuja.
El concepto de universo burbuja implica la creación de universos resultantes de la espuma cuántica de un "universo padre". En las escalas más pequeñas (cuánticas), la espuma hierve debido a las fluctuaciones de energía. Estas fluctuaciones pueden crear pequeñas burbujas y agujeros de gusano . Si la fluctuación de energía no es muy grande, se puede formar un pequeño universo burbuja, experimentar cierta expansión (como un globo inflándose) y luego contraerse. Sin embargo, si la fluctuación de energía es mayor que un cierto valor crítico, se forma un pequeño universo burbuja a partir del universo progenitor que experimenta una expansión a largo plazo, y permite la formación tanto de materia como de estructuras galácticas
En la "Teoría del Multiverso" el físico David Deutsch , uno de los más grandes teóricos vivos de la computación cuántica y las computadoras cuánticas, ve precisamente en la viabilidad de tales dispositivos la prueba experimental de una hiperestructura cosmológica llamada multiverso.
Dentro de la teoría de las supercuerdas encontramos un cuarto tipo de multiverso, las membranas. Según la teoría de cuerdas, la materia está formada por diminutas cuerdas que vibran en un espacio de 11 dimensiones (10 + 1), 7 más que el espacio tridimensional que conocemos (más la dimensión del tiempo).
Las cuerdas podrían agregarse a membranas tridimensionales (o más) sumergidas en un espacio mucho más grande (hiperespacio): cada membrana es un universo distinto. Algunos creen que el Big Bang en el origen de nuestro universo fue causado por una colisión entre dos o más membranas.
Según la teoría de cuerdas y supercuerdas , las hipótesis de una naturaleza corpuscular y ondulatoria de la materia no son alternativas. A nivel microscópico, la materia parece estar compuesta de partículas, en realidad agregados de cargas energéticas. En un tamaño de análisis creciente, estas partículas parecen estar compuestas de energía.
El constituyente principal de la materia son cadenas de energía que vibran a una determinada frecuencia o longitud de onda característica , y que se agregan para formar partículas.
Los infinitos universos paralelos podrían coexistir en el mismo continuo de dimensiones, vibrando a diferentes frecuencias. El número de dimensiones necesario es independiente del número de universos, y es el necesario para definir una cadena (actualmente 11 dimensiones). Estos universos podrían extenderse desde un mínimo de 4 a todas las dimensiones en las que una cadena es definible. Si ocupan 4 dimensiones, estas son el continuo espacio-tiempo: en nuestro espacio-tiempo coexistirían un número infinito o menos de universos paralelos de cuerdas, vibrando dentro de un rango de longitudes de onda/frecuencias propias de cada universo. Coexistiendo en las mismas 4 dimensiones que el nuestro, estos universos estarían sujetos a leyes con un significado físico similar a las de nuestro universo.
La novedad de esta teoría es que los infinitos universos no viven en dimensiones paralelas , y no necesita postular la existencia de más de 4 dimensiones del espacio-tiempo . Lo que permite definir una pluralidad de universos independientes no es un grupo de 4 o más dimensiones para cada universo, sino el rango de longitud de onda característico.
El rango teórico de frecuencia/longitud de onda para las vibraciones de una cuerda también determina el número finito/infinito de universos paralelos definibles.
La existencia de universos paralelos constituye una posible explicación de la misteriosa sintonía cosmológica ("fine tuning", o "acorde perfecto") hacia la vida. Algunas constantes de la naturaleza de nuestro universo están en efecto perfectamente reguladas para permitir la existencia de la vida: su mínima variación la habría hecho imposible. Por ello, algunos científicos suponen que existen innumerables universos regidos por diferentes leyes físicas, y que solo un pequeño porcentaje de estos (incluido el nuestro, obviamente) es capaz de albergar seres vivos.
Ejemplos de parámetros "finamente ajustados" [13] son:
Si los parámetros mencionados fueran (en algunos casos incluso ligeramente) diferentes a los actuales, la vida no podría haberse desarrollado en el universo : los átomos no serían estables, las estrellas no existirían , las moléculas de carbono no podrían formarse , etc.
Como alternativa a los universos paralelos, otras explicaciones avanzadas para el ajuste fino son la coincidencia fortuita o el diseño inteligente .
En julio de 2007 , Tom Gehrels de la Universidad de Arizona publicó un artículo titulado "El multiverso y el origen de nuestro universo" [14] , en el que sugiere los efectos medibles de la existencia del multiverso.
Laura Mersini-Houghton propuso la teoría de que el " punto frío " revelado por el satélite WMAP podría proporcionar evidencia empírica mensurable de un universo paralelo dentro del multiverso. Según Max Tegmark , [15] la existencia de otros universos es una consecuencia directa de las observaciones cosmológicas. Tegmark describe el conjunto general de conceptos relacionados que comparten la noción de que existen otros universos más allá del observable, y continúa proporcionando una taxonomía escalonada de universos paralelos. [dieciséis]
Para aclarar la terminología, los físicos George Ellis , U. Kirchner y WR Stoeger recomiendan el uso del término " Universo" para el modelo teórico de la totalidad del espacio-tiempo conectado en el que vivimos, dominio del universo para el universo observable o un parte similar del mismo espacio-tiempo, "universo" para un espacio-tiempo general, que se aplica a nuestro "Universo" o a otro desconectado del nuestro, multiverso para una colección de espacio-tiempos desconectados y multidominio universo para referirse a un modelo del conjunto de espacio-tiempos únicos conectados de la manera descrita por los modelos de la teoría de la inflación caótica . [17]
A continuación se describen brevemente los niveles según la clasificación Tegmark descritos en la terminología de Ellis, Koechner y Stoeger.
Universos multidominio (según la interpretación de Ellis, Koechner y Stoeger)Nivel I (Multiverso Abierto) : una predicción genérica de la inflación cosmológica es la del universo infinito de la hipótesis ergódica , que al ser infinito debe contener varios volúmenes de Hubble que cumplan todas las condiciones iniciales.
Universos con diferentes constantes físicasNivel II ( Teoría del Universo Burbuja de Andrej Linde ) : en la inflación caótica , otras regiones termalizadas pueden tener diferentes constantes físicas , diferente dimensionalidad y diferente contenido de partículas (sorprendentemente, este nivel también incluye la teoría de Wheeler del universo oscilante ).
Multiversos (interpretados por Ellis, Koechner y Stoeger)Nivel III ( Interpretación Multimondo de Hugh Everett III ) : es una interpretación de la mecánica cuántica que propone la existencia de múltiples universos todos con las mismas constantes físicas pero que difieren en lo que ocurre en su interior: por ejemplo, si en un universo una partícula elemental sufre el efecto túnel , en otro no; de la misma manera, nuevamente a modo de ejemplo, un hombre podría morir en un universo pero no en otro y así sucesivamente. Muchos creen que la interpretación de Everett es una extensión conservadora de la mecánica cuántica estándar, lo que significa que si sus resultados pueden expresarse en el lenguaje de la mecánica cuántica ordinaria, no conduce a nuevos universos con diferentes leyes físicas y constantes, es decir, a nuevos resultados no contemplados por la física sin interpretación everettiana, lo que hace superflua a esta última desde el punto de vista de la Navaja de Occam . Esto, según Tegmar, “es un dato irónico, ya que históricamente este nivel ha sido el más controvertido”. En septiembre de 2007 , David Deutsch presentó lo que se considera una prueba de la interpretación de muchos mundos. [18] [19]
Conjunto finalNivel IV (conjunto definitivo de Tegmark) : otras estructuras matemáticas dan diferentes ecuaciones fundamentales para la física. Este nivel considera como real cualquier universo hipotético basado en estas estructuras. Dado que contiene todos los demás conjuntos, cierra la jerarquía de multiversos: no puede haber un nivel 5. La pregunta aún abierta se refiere a las posibles subdivisiones del nivel IV en el futuro.
Teoría MSe ha planteado la hipótesis de un multiverso de una especie diferente con la extensión de 11 dimensiones de la teoría de cuerdas conocida como Teoría M. En esta teoría, el nuestro y los otros universos son creados por colisiones entre membranas en un espacio que tiene 11 dimensiones. [20]
Las hipótesis sobre el multiverso son controvertidas dentro de la comunidad científica y aún no aceptadas por la mayoría de los estudiosos, quienes las ubican en el límite de la ciencia y afirman que la teoría debe ser objeto de estudios científicos apropiados para ser validada. Las críticas más comunes son las siguientes: [21] [22] .
Numerosos escenarios de libros, películas, cómics y series de televisión se han creado en torno a la hipótesis de la existencia del multiverso. El denominador común de los hechos narrados es la posibilidad de viajar o interactuar con mundos existentes en las diversas dimensiones teorizadas por la idea de multiverso.