¿Qué es la teoría de mundos paralelos?
Se refiere a una teoría que no ha sido probada por la física. Según esta teoría, es probable que existan otros universos más allá del nuestro que sean un reflejo de posibles estados del universo. Estos universos pueden tener constantes físicas fundamentales iguales o diferentes a las del universo que conocemos. El término universo paralelo fue acuñado por el filósofo y psicólogo estadounidense William James en 1895.
Nivel de universo paralelo
Con tal definición de "universo", uno podría pensar que se trata solo de un enfoque metafísico. Sin embargo, la diferencia entre física y metafísica es si la teoría se puede probar experimentalmente, no si parece extraña o contiene algo difícil de detectar. A lo largo de los años, las fronteras de la física han seguido expandiéndose, absorbiendo e incorporando muchos conceptos abstractos (incluso metafísicos), como una Tierra esférica, campos electromagnéticos invisibles, el rápido y lento flujo del tiempo, la superposición cuántica, la curvatura del espacio, agujeros negros y más. En los últimos años, a la lista anterior se ha añadido el concepto de "multiverso", que se une a algunas teorías previamente probadas como la relatividad y la mecánica cuántica para alcanzar al menos un criterio básico de una teoría científica empírica: hacer predicciones. Por supuesto, las conclusiones extraídas también pueden ser erróneas. Hasta ahora, los científicos han discutido hasta cuatro tipos de universos paralelos independientes. Lo que importa ahora no es la existencia de los multiversos, sino cuántos niveles tienen.
Edita el primer nivel de este párrafo: Invisible
Todos los universos paralelos constituyen el primer multiverso. - Ésta es la capa menos controvertida. Todo el mundo acepta que aunque no podamos ver al otro yo en este momento, podemos observarlo en otro lugar, o simplemente esperar en el mismo lugar durante mucho tiempo. Es como observar un barco que viene desde arriba del nivel del mar; observar un objeto más allá del horizonte es similar. A medida que la luz viaja, el radio del universo observable se expande medio año luz cada año, y sólo hay que sentarse y observar. Por supuesto, no se puede esperar el día en que la luz de otro universo llegue hasta aquí, pero en teoría, si la teoría de la expansión cósmica es cierta, sus descendientes podrían verlos con supertelescopios.
¿Qué te parece? ¿El concepto de la primera capa del multiverso suena corriente? ¿No es el espacio infinito? ¿Quién podría haber imaginado que en algún lugar había un cartel que decía "El espacio se acaba, cuidado con la zanja de abajo"? Si este es el caso, todos se preguntarán instintivamente: ¿Qué hay "afuera"? De hecho, la teoría del campo gravitacional de Einstein ha convertido nuestra intuición en un problema. El espacio puede no ser infinito siempre que tenga una cierta curvatura o no sea topológico como lo pensamos intuitivamente (es decir, tenga una estructura interconectada).
Un universo esférico, con forma de donut o de trompeta puede tener un tamaño finito, pero no tiene fronteras. Se pueden utilizar observaciones de la radiación cósmica de fondo de microondas para probar estas hipótesis. Véase también el artículo ¿Es finito el universo? ” por Jean-Pierre Luminet, Glenn D. Starkman, Jeffrey R. Weeks; Scientific American, abril de 1999 Sin embargo, las observaciones hasta la fecha parecen inconsistentes con la contradicción. El modelo del universo infinito es coherente con los datos observacionales, con fuertes limitaciones.
Otra posibilidad es que el espacio en sí sea infinito, pero toda la materia esté confinada a un área finita que nos rodea: el otrora popular modelo del "universo isla". La diferencia con este modelo es que la distribución de la materia aparece en patrones fractales a gran escala y se disipa constantemente. En este caso, casi todos los universos del primer multiverso acabarían vacíos y sumidos en el silencio. Sin embargo, observaciones recientes de la distribución de galaxias tridimensionales y de los fondos de microondas han demostrado que la organización de la materia exhibe cierta uniformidad difusa en escalas grandes, y que no se pueden observar detalles claros en escalas mayores de 10,24 metros. Suponiendo que este patrón continúe, el espacio más allá del Volumen de Hubble también estará lleno de planetas, estrellas y galaxias.
Existen datos que respaldan la teoría de que el espacio se extiende más allá del universo observable. El satélite WMAP midió recientemente las fluctuaciones en la radiación de fondo de microondas (izquierda). La amplitud más fuerte supera los 0,5 kHz, lo que implica que el espacio es muy grande, incluso infinito (imagen del medio). Además, los detectores de desplazamiento al rojo de galaxias WMAP y 2dF descubrieron que la materia se distribuye uniformemente en el espacio a escalas muy grandes.
Los observadores que vivan en diferentes universos paralelos del primer multiverso percibirán las mismas leyes físicas que nosotros, pero con diferentes condiciones iniciales.
Según la teoría actual, la materia fue expulsada con cierto grado de aleatoriedad en las primeras etapas del Big Bang, y este proceso incluye todas las posibilidades de distribución de la materia, y cada posibilidad es distinta de cero. Los cosmólogos suponen que nuestro universo, con su distribución aproximadamente uniforme de la materia y su estado de onda inicial (uno entre 100.000 posibilidades), es un individuo bastante típico (al menos típico de todos los universos paralelos que han producido observadores). Entonces la persona más cercana que sea exactamente como tú estará a 10 (10 28) metros de distancia, a solo 10 (10 92) metros habrá un área con un radio de 100 años luz, y todo en ella será igual que el; espacio en el que vivimos Exactamente igual, es decir, todo lo que suceda en nuestro mundo en los próximos 100 años se reproducirá completamente en esta área al menos a 10 (10 118) metros de distancia, el área aumentará al tamaño de; Hubble. En otras palabras, existirá un universo exactamente como el nuestro.
Las estimaciones anteriores son extremadamente conservadoras. Enumera sólo un volumen de Hubble, todos los estados cuánticos del espacio con una temperatura inferior a 10 8 Kelvin. Un paso del cálculo es el siguiente: a esa temperatura, ¿cuántos protones puede contener como máximo un volumen del Hubble? La respuesta es 10 118. Cada protón puede existir o no, es decir, hay 2 (10 118) estados posibles. Ahora sólo necesitas una caja que pueda contener 2 espacios de Hubble (10 118), y todas las posibilidades están agotadas. Si la caja fuera más grande (digamos, una caja con lados de 10 (10 118) metros de longitud), la disposición de los protones se repetiría inevitablemente según el principio del casillero. Por supuesto, el universo no está formado sólo por protones, sino que también tiene más de dos estados cuánticos, pero la cantidad total de información que el universo puede contener también se puede estimar utilizando un método similar.
La distancia promedio a otro universo exactamente como el nuestro puede no ser tan lejana como calcula la teoría, pero puede estar mucho más cerca. Porque la organización de la materia también está restringida por otras leyes físicas. Teniendo en cuenta algunas leyes, como los procesos de formación de planetas y las ecuaciones químicas, los astrónomos sospechan que hay al menos 10 20 planetas habitados sólo en nuestro volumen del Hubble. Algunos de ellos pueden ser muy similares a la Tierra.
El primer marco del multiverso se utiliza a menudo para evaluar las teorías cosmológicas modernas, aunque este proceso rara vez se articula. Por ejemplo, examinemos cómo nuestros cosmólogos intentan mapear la geometría del universo en el "espacio esférico" a través del fondo de microondas. Con la diferencia en el radio de curvatura del espacio, el tamaño de las "áreas calientes" y las "áreas frías" en el mapa de fondo cósmico de microondas mostrarán algunas características: el área de observación muestra que la curvatura es demasiado pequeña para formar una esfera esférica cerrada; espacio. Sin embargo, es importante mantener el rigor estadístico. El tamaño medio de estas regiones en cada espacio del Hubble es completamente aleatorio. Entonces, es posible que el universo nos esté engañando; no es que la curvatura del espacio no sea suficiente para formar una esfera cerrada, lo que hace que el área observada sea muy pequeña, sino simplemente porque el área promedio de nuestro universo es naturalmente más pequeña que otros. Entonces, cuando los cosmólogos juran que su modelo espacial esférico es 99,9% confiable, lo que realmente quieren decir es que nuestro universo es tan insociable que sólo uno de cada 1.000 volúmenes del Hubble sería así.
El objetivo de esta lección es: Incluso si no podemos observar otros universos, la teoría del multiverso aún se puede verificar en la práctica. La clave es predecir los puntos en común de los universos paralelos en el primer multiverso, indicando sus distribuciones de probabilidad, lo que los matemáticos llaman la "medida" de que nuestro universo debería ser uno de esos "universos más probables". De lo contrario, y lamentablemente vivimos en un universo improbable, la teoría planteada anteriormente se encontraría en un gran problema. Como veremos a continuación, cómo resolver este problema de medición se vuelve todo un desafío.
Edita el segundo nivel de este párrafo: la burbuja que quedó tras la inflación.
Si el concepto de multiverso de primer nivel no es fácil de digerir, puedes intentar imaginar la estructura de un grupo infinito del siguiente multiverso de primer nivel: los grupos son independientes entre sí e incluso Tienen diferentes dimensiones espacio-temporales y constantes físicas. Estos grupos constituyen el segundo multiverso, predicho por la teoría moderna como "expansión desordenada".
Como extensión inevitable de la teoría del Big Bang, la "inflación" está estrechamente relacionada con muchos otros corolarios de la teoría. Por ejemplo, ¿por qué nuestro universo es tan grande y regular, liso y plano? La respuesta es que "el espacio ha sufrido un rápido proceso de expansión", que no sólo puede explicar los problemas anteriores, sino también muchas otras propiedades del universo.
Véase "The Expanding Universe" de Alan H. Guth y Paul J. Steinhardt; Scientific American, mayo de 1984; "The Inflation" de Andre Linder, "The Inflation" de Self-Propagating Expanding Universe, noviembre de 1994. La teoría no sólo se afirma. por muchas teorías de partículas elementales, pero también confirmado por muchas observaciones. "Desorden continuo" se refiere al comportamiento a mayor escala. El espacio en su conjunto se está ampliando y seguirá haciéndolo para siempre. Sin embargo, algunas áreas específicas dejan de estirarse, creando "burbujas" individuales como las que se encuentran dentro de una tostada en expansión. Hay innumerables burbujas de este tipo. Cada uno de ellos es el primer multiverso: de tamaño infinito y lleno de materia precipitada por fluctuaciones en los campos de energía.
Para la Tierra, la otra burbuja está infinitamente lejos, tan lejos que nunca podrás alcanzarla incluso si viajas a la velocidad de la luz. Porque el espacio entre la Tierra y "la otra burbuja" se extiende mucho más rápido de lo que puedes viajar. Si hubiera otro tú en otra burbuja, ni siquiera tus descendientes pensarían en observarlo. Por la misma razón, es decir, la expansión del espacio se está acelerando, los resultados de la observación son frustrantes: ni siquiera se puede ver al otro yo en la primera capa del multiespacio.
El segundo nivel del multiverso es muy diferente al primer nivel. No sólo las condiciones iniciales son diferentes entre las burbujas, sino que su apariencia también es diferente. La visión predominante actual en física es que las dimensiones del tiempo y el espacio, las propiedades de las partículas elementales y muchas de las llamadas constantes físicas no son parte de las leyes físicas básicas, sino que son simplemente el resultado de un proceso llamado "rotura de simetría". " Por ejemplo, los físicos teóricos creen que nuestro universo alguna vez estuvo formado por nueve dimensiones iguales. En la historia temprana del universo, sólo tres dimensiones participaban en la atracción del espacio, formando el universo tridimensional que observamos ahora. Las otras seis dimensiones ahora son inobservables porque están acurrucadas en una escala muy pequeña, con toda la materia esparcida por las tres "superficies" completamente estiradas (que, para las nueve dimensiones, es sólo una superficie, o una "membrana").
No nos sorprende especialmente que vivamos en un espacio-tiempo de 3+1 dimensiones. Cuando las ecuaciones diferenciales parciales que describen la naturaleza son ecuaciones elípticas o hiperbólicas, es decir, cuando una de espacio o tiempo tiene 0 o más dimensiones al mismo tiempo, es imposible para el observador predecir el universo (partes violeta y verde). En otros casos (ecuación hiperbólica), si n >; 3. Los átomos no pueden existir de manera estable, n
Así, decimos que la simetría del espacio se destruye. La incertidumbre en las ondas cuánticas hace que diferentes burbujas alteren su equilibrio de diferentes maneras a medida que se expanden. Y los resultados pueden ser extraños. Algunos de ellos pueden extenderse a cuatro dimensiones; otros pueden formar sólo dos generaciones de quarks en lugar de las tres que conocemos y algunas de las constantes físicas fundamentales del universo pueden ser mayores que las nuestras;
Otra forma de crear un segundo multiverso es atravesar un ciclo completo de universos desde la creación hasta la destrucción. En la historia de la ciencia, esta teoría fue propuesta en la década de 1930 por un físico llamado Richard C. Recientemente, dos científicos, Paul J. Steinhardt de la Universidad de Princeton y Neil Turok de la Universidad de Cambridge, profundizaron en esto. Steinhardt y Turok propusieron un modelo de una "brana tridimensional secundaria" que está bastante cerca de nuestro espacio, pero con cierta traslación a dimensiones superiores. Véase “Been There, Done That”, de George Musser; News Scan Scientific American, marzo de 2002. Los universos paralelos no son realmente universos independientes, pero el universo en su conjunto (pasado, presente, futuro) formó un multiverso que podría contener tantos tanta diversidad como la expansión desordenada del universo. Además, el físico de Waterloo Lee Smolin ha propuesto otra teoría con diversidad similar a la del segundo multiverso, en la que el universo se crea y muta a través de agujeros negros en lugar de mediante la física de membranas.
Aunque no podemos interactuar con otras cosas en el segundo multiverso, los cosmólogos pueden señalar indirectamente su existencia. Porque su existencia puede usarse para explicar la aleatoriedad de nuestro universo. Una analogía: supongamos que entras a un hotel y encuentras una habitación con el número de casa 1967, que es el año en que naciste. ¡Qué coincidencia! En ese momento te quedaste atónito. Pero tu reacción inmediata no es una coincidencia. Hay cientos de habitaciones en todo el hotel, y es normal que alguna de ellas coincida con tu cumpleaños. Pero si ve otro número que no tiene nada que ver con usted, no desencadenará los pensamientos anteriores.
¿Qué quiere decir esto? Incluso si no sabes nada sobre hoteles, puedes utilizar el método anterior para explicar muchos fenómenos accidentales.
Para poner otro ejemplo más pertinente: examina la masa del sol. La masa del sol determina su luminosidad (es decir, la cantidad total de radiación). A través de cálculos físicos básicos, sabemos que sólo cuando la masa del Sol está dentro de un rango estrecho de 1,6x 10 30 ~ 2,4x 10 30 kilogramos, la Tierra puede ser adecuada para la vida. De lo contrario, la Tierra sería más caliente que Venus o más fría que Marte. La masa del sol es exactamente 2,0x10^30 30 kilogramos. A primera vista, la masa del Sol parece ser un sorprendente caso de suerte y coincidencia. Las masas de la mayoría de las estrellas están distribuidas aleatoriamente en el enorme rango de 10 29 ~ 10 32 kg, por lo que si la masa del Sol se determina al azar al nacer, la probabilidad de caer dentro del rango apropiado será muy pequeña. Sin embargo, con la experiencia del hotel, entendemos que este accidente superficial es en realidad el resultado inevitable de un gran sistema (aquí se refiere a muchos sistemas solares) (porque estamos aquí, la masa del sol tiene que ser así). Esta selección dependiente del observador se conoce como "principio antrópico". Aunque es comprensible lo controvertido que ha sido, los físicos han aceptado ampliamente que este efecto de selección no puede ignorarse al probar teorías fundamentales.
Lo que se aplica a las habitaciones de hotel, también se aplica a los universos paralelos. Curiosamente, cuando se rompe la simetría de nuestro universo, todas (al menos la mayoría) de las propiedades quedan "ajustadas" a la perfección. Si hiciéramos el más mínimo cambio en estas propiedades, el universo entero sería irreconocible: ningún ser vivo podría sobrevivir en él. Si la masa de un protón aumenta un 0,2%, inmediatamente se desintegra en un neutrón y el átomo no puede existir de forma estable. Si la fuerza electromagnética se redujera en un 4%, no habría hidrógeno ni estrellas. Si la interacción débil fuera más débil, tampoco se podría formar hidrógeno. Por el contrario, si fueran más fuertes, esas supernovas no serían capaces de transmitir iones de elementos pesados a la estrella. Si la constante cosmológica es grande, se destruirá antes de que se formen galaxias.
Aunque aún no se sabe qué tan bien sintonizado está el universo, cada uno de los ejemplos mencionados anteriormente implica que hay muchos universos paralelos que contienen todos los estados posibles de sintonización. Véase "Exploring Our Universe and Beyond" de Martin Rees Scientific American, diciembre de 1999. El segundo multiverso muestra que es imposible para los físicos determinar los valores teóricos de esas constantes. Sólo pudieron calcular la distribución de probabilidad de los valores esperados después de tener en cuenta los efectos de selección.
Edite el tercer nivel de este párrafo: Mundo paralelo cuántico
Los mundos paralelos predichos por el primer y segundo multiverso están muy separados y los astrónomos no pueden alcanzarlos. Pero el próximo multiverso nos rodea a ti y a mí. Proviene directamente de la famosa y controvertida interpretación de la mecánica cuántica: que cualquier proceso cuántico aleatorio hace que el universo se rompa en partes, cada una de las cuales representa una posibilidad.
Universo paralelo cuántico. Cuando tiras un dado, parece obtener aleatoriamente un resultado específico. Pero la mecánica cuántica dice que en realidad se descartan todos los estados en ese instante, y el dado se detiene en diferentes puntos de diferentes universos. En un universo, sacas un 1, en otro universo, sacas un 2. Pero sólo podemos ver una pequeña parte de toda la verdad: uno de los universos.
A principios del siglo XX, el éxito de la teoría de la mecánica cuántica a la hora de explicar los fenómenos atómicos desencadenó una revolución en la física. En el ámbito atómico, el movimiento de la materia ya no obedece a las leyes clásicas de la mecánica newtoniana. Si bien la teoría cuántica explicó su extraordinario éxito, desató un debate explosivo y acalorado. ¿Qué significa esto exactamente? La teoría cuántica afirma que el universo no es como lo describe la teoría clásica. Lo que determina el estado del universo no es la posición y la velocidad de todas las partículas, sino un objeto matemático llamado función de onda. Según la ecuación de Schrödinger, los estados evolucionan con el tiempo de una manera que los matemáticos llaman "unidad", lo que significa que la función de onda evoluciona en un espacio de dimensión infinita llamado "espacio de Hilbert". Aunque la mecánica cuántica se describe como estocásticamente incierta la mayor parte del tiempo, el patrón de evolución de la función de onda en sí es completamente determinista y completamente desprovisto de aleatoriedad.