Física de lo imposible (39 page)

De manera similar, se especula que la materia oscura podría ser una galaxia ordinaria que se cierne sobre nosotros en otro universo membrana. Podríamos sentir la gravedad de esta galaxia, puesto que la gravedad puede abrirse camino entre universos, pero dicha galaxia sería invisible para nosotros porque la luz se mueve por debajo de la galaxia. De este modo, la galaxia tendría gravedad pero sería invisible, lo que encaja en la descripción de la materia oscura. (Pero otra posibilidad es que la materia oscura podría consistir en la siguiente vibración de la supercuerda. Todo lo que vemos a nuestro alrededor, tal como átomos y luz, no es otra cosa que la vibración más baja de la supercuerda. La materia oscura podría ser el siguiente conjunto más alto de vibraciones).

Por supuesto, la mayoría de estos universos paralelos son probablemente universos muertos, que consisten en un gas informe de partículas subatómicas, como electrones y neutrinos. En estos universos el protón podría ser inestable, de modo que la materia tal como la conocemos se desintegraría y disolvería lentamente. Es probable que en muchos de estos universos no pudiera existir materia compleja, consistente en átomos y moléculas.

Otros universos paralelos podrían ser precisamente lo contrario, y tener formas complejas de materia más allá de cualquier cosa que podamos concebir. En lugar de solo un tipo de átomo consistente en protones, neutrones y electrones, podrían tener una extraordinaria variedad de tipos de materia estable.

Estos universos membrana también podrían colisionar y crear fuegos artificiales cósmicos. Algunos físicos de Princeton creen que quizá nuestro universo empezó como dos membranas gigantescas que colisionaron hace 13.700 millones de años. Según ellos, las ondas de choque de esta colisión cataclísmica crearon nuestro universo. Es notable que cuando se exploran las consecuencias experimentales de esta extraña idea, encajan en apariencia con los resultados procedentes del satélite WMAP actualmente en órbita. (Esta se denomina la teoría del «big splat»).

La teoría del multiverso tiene un hecho a su favor. Cuando analizamos las constantes de la naturaleza encontramos que están «ajustadas» de forma muy precisa para que permitan la vida. Si aumentamos la intensidad de la fuerza nuclear, entonces las estrellas se queman con demasiada rapidez para que pueda aparecer vida. Si reducimos la intensidad de la fuerza nuclear, entonces las estrellas nunca se encienden y no puede existir vida. Si aumentamos la fuerza de la gravedad, entonces nuestro universo muere rápidamente en un big crunch. Si reducimos la intensidad de la gravedad, entonces el universo se expande rápidamente en un big freeze. De hecho, hay muchas «coincidencias» en los valores de las constantes de la naturaleza que hacen posible la vida. En apariencia nuestro universo vive en una «zona Rizos de Oro» de muchos parámetros, todos los cuales están «finamente ajustados» para permitir la vida. De modo que o bien nos quedamos con la conclusión de que hay un Dios de algún tipo que ha escogido que nuestro universo sea el «justo» para permitir la vida, o bien hay miles de millones de universos paralelos, muchos de ellos muertos. Como ha dicho Freeman Dyson: «Parece que el universo sabía que íbamos a venir».

Sir Martin Rees, de la Universidad de Cambridge, ha escrito que este ajuste fino es, de hecho, una prueba convincente a favor del multiverso. Hay cinco constantes físicas (tales como la intensidad de las diversas fuerzas) que están finamente ajustadas para permitir la vida, y él cree que también hay un número infinito de universos en los que las constantes de la naturaleza no son compatibles con la vida.

Este es el denominado «principio antrópico». La versión débil afirma simplemente que nuestro universo está finamente ajustado para permitir la vida (puesto que nosotros estamos aquí para hacer esta afirmación). La versión fuerte dice que quizá nuestra existencia fue un subproducto de un diseño o propósito. La mayoría de los cosmólogos estarían de acuerdo con la versión débil del principio antrópico. Pero hay mucho debate sobre si el principio antrópico es un nuevo principio de la ciencia que pudiera llevar a nuevos descubrimientos y resultados, o si es simplemente una afirmación de lo obvio.

Además de dimensiones más altas y el multiverso, hay todavía otro tipo de universo paralelo, un tipo que provocó dolores de cabeza a Einstein y que continúa preocupando hoy a los físicos. Se trata del universo cuántico predicho por la mecánica cuántica ordinaria. Las paradojas dentro de la física cuántica parecen tan intratables que al premio Nobel Richard Feynman le gustaba decir que nadie entiende realmente la teoría cuántica.

Resulta irónico que aunque la teoría cuántica es la teoría más satisfactoria nunca propuesta por la mente humana (hasta una precisión de una parte en 10.000 millones), está construida sobre un terreno de azar, suerte y probabilidades. A diferencia de la teoría newtoniana, que daba respuestas claras y definidas al movimiento de los objetos, la teoría cuántica solo puede dar probabilidades. Las maravillas de la era moderna, tales como los láseres, internet, los ordenadores, la televisión, los teléfonos móviles, el radar, los hornos de microondas y muchas más cosas, se basan en las arenas movedizas de las probabilidades.

El mejor ejemplo de esta paradoja es el famoso problema del «gato de Schródinger» (formulado por uno de los fundadores de la teoría cuántica, quien paradójicamente propuso el problema para destruir esta interpretación probabilista). Schródinger cargó contra esta interpretación de su teoría, afirmando: «Si tuviéramos que quedarnos con este condenado salto cuántico, entonces lamentaría haber estado involucrado en esto».
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La paradoja del gato de Schródinger es como sigue: un gato está colocado en una caja cerrada. En el interior, una pistola apunta al gato (y el gatillo está conectado a un contador Geiger próximo a un trozo de uranio). Normalmente, cuando el átomo de uranio se desintegra dispara el contador Geiger, y con ello la pistola, y el gato muere. El átomo de uranio puede estar desintegrado o no. El gato está o muerto o vivo. Esto es puro sentido común.

Pero en teoría cuántica no sabemos con certeza si el uranio se ha desintegrado. Por ello tenemos que sumar las dos posibilidades, sumando la función de onda de un átomo desintegrado a la función de onda de un átomo intacto. Pero esto significa que, para describir el gato, tenemos que sumar los dos estados del gato. Por ello, el gato no está ni muerto ni vivo. Está representado como suma de un gato muerto y un gato vivo.

Como Feynman escribió en cierta ocasión, la mecánica cuántica «describe la naturaleza como algo absurdo desde el punto de vista del sentido común. Y concuerda plenamente con el experimento. Por eso espero que ustedes puedan aceptar la naturaleza tal como Ella es: absurda».
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Para Einstein y Schródinger, esto era un despropósito. Einstein creía en una «realidad objetiva», una visión newtoniana y de sentido común en la que los objetos existían en estados definidos, no como la suma de muchos estados posibles. Y pese a todo, esta extraña interpretación está en el corazón de la civilización moderna. Sin ella la electrónica moderna (y los átomos mismos de nuestro cuerpo) dejarían de existir. (En nuestro mundo ordinario bromeamos a veces diciendo que es imposible que una mujer esté «un poco embarazada». Pero en la teoría cuántica es incluso peor. Existimos simultáneamente como la suma de todos los posibles estados corporales: no embarazada, embarazada, una hija, una mujer anciana, una quinceañera, una trabajadora, etc).

Hay varias maneras de resolver esta peliaguda paradoja. Los fundadores de la teoría cuántica creían en la Escuela de Copenhague, que decía que una vez que se abre la caja, se hace una medida y se puede determinar si el gato está muerto o está vivo. La función de onda ha «colapsado» en un único estado y domina el sentido común. Las ondas han desaparecido, dejando solo partículas. Esto significa que el gato entra ahora en un estado definido (o muerto o vivo) y ya no está descrito por una función de onda.

Así pues, hay una barrera invisible que separa el extraño mundo del átomo y el mundo macroscópico de los humanos. En el caso del mundo atómico, todo se describe por ondas de probabilidad, donde los átomos pueden estar en muchos lugares a la vez. Cuanto mayor es la onda en un punto, mayor es la probabilidad de encontrar a la partícula en ese punto. Pero en el caso de objetos grandes estas ondas han colapsado y los objetos existen en estados definidos; con ello prevalece el sentido común.

(Cuando iba algún invitado a la casa de Einstein, él apuntaba a la Luna y preguntaba: «¿Existe la Luna porque la mira un ratón?». En cierto sentido, la respuesta de la Escuela de Copenhague sería sí).

La mayoría de los libros de texto de física se adhieren religiosamente a la Escuela de Copenhague original. Pero muchos investigadores la han abandonado. Ahora tenemos la nanotecnología y podemos manipular átomos individuales, de modo que átomos que aparecen y desaparecen pueden manipularse a voluntad, utilizando nuestros microscopios de efecto túnel. No hay ninguna «pared» invisible que separe el mundo microscópico del macroscópico. Hay un continuo.

Hoy día no hay consenso en cómo resolver esta cuestión, que afecta al mismo corazón de la física moderna. En los congresos, muchas teorías compiten acaloradamente con otras. Un punto de vista minoritario es que debe haber una «conciencia cósmica» que llena el universo. Los objetos nacen cuando se hacen medidas, y las medidas son hechas por seres conscientes. Por ello debe haber una conciencia cósmica que llena el universo y determina en qué estado estamos.

Algunos, como el premio Nobel Eugene Wigner, han argumentado que esto prueba la existencia de Dios o alguna conciencia cósmica. (Wigner escribió: «No era posible formular las leyes [de la teoría cuántica] de una forma plenamente consistente sin referencia a la conciencia». De hecho, él manifestó incluso un interés por la filosofía vedanta del hinduismo, en la que el universo está lleno de una conciencia que todo lo abarca).

Otro punto de vista sobre la paradoja es la idea de los «muchos mundos», propuesta por Hugh Everett en 1957, que afirma que el universo simplemente se desdobla por la mitad, con un gato vivo en una mitad y un gato muerto en la otra. Esto significa que hay una enorme proliferación o ramificación de universos paralelos cada vez que ocurre un suceso cuántico. Cualquier universo que pueda existir, existe. Cuanto más extraño es el universo, menos probable es, pero en cualquier caso estos universos existen. Esto significa que hay un mundo paralelo en el que los nazis ganaron la Segunda Guerra Mundial, o un mundo en donde la Armada Invencible nunca fue derrotada y todos hablan en español. En otras palabras, la función de onda nunca colapsa. Solo sigue su camino, desdoblándose felizmente en incontables universos.
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Como ha dicho el físico del MIT Alan Guth: «Hay un universo en donde Elvis está todavía vivo, y Al Gore es presidente». El premio Nobel Frank Wilczek dice: «Nos asusta saber que infinitas copias de nosotros mismos, con ligeras variantes, están viviendo sus vidas paralelas, y que en cada instante nacen más duplicados y asumen nuestros muchos futuros alternativos».
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Un punto de vista que está ganando popularidad entre los físicos es algo llamado «decoherencia». Esta teoría afirma que todos estos universos paralelos son posibilidades, pero nuestra función de onda se ha desacoplado de ellos (es decir, ya no vibra al unísono con ellos), y por lo tanto ya no interacciona con ellos. Esto significa que dentro de su sala de estar usted coexiste simultáneamente con la función de onda de dinosaurios, alienígenas, piratas, unicornios..., todos los cuales creen firmemente que el universo es el «real», pero ya no estamos «sintonizados» con ellos.

Según el premio Nobel Steven Weinberg, esto es como sintonizar una emisora de radio en su sala de estar. Usted sabe que su sala de estar está inundada con señales procedentes de numerosas emisoras de radio de todo el país y todo el mundo. Pero su radio sintoniza solo una estación. Ya no es «coherente» con todas las demás emisoras. (Para resumir, Weinberg señala que la idea de los «muchos mundos» es «una idea miserable, con excepción de todas las demás ideas»).

Entonces, ¿existe la función de onda de una malvada Federación de Planetas que somete a los planetas más débiles y mata a sus enemigos? Quizá, pero si es así, nosotros no estamos en coherencia con dicho universo.

Cuando Hugh Everett discutió su teoría de los «muchos mundos» con otros físicos, recibió reacciones de desconcierto o indiferencia. Un físico, Bryce DeWitt, de la Universidad de Texas, puso objeciones a la teoría porque «yo no puedo sentir cómo me desdoblo». Pero esto, decía Everett, es un caso similar al de Galileo cuando respondía a sus críticos que decían que no podían sentir que la Tierra se moviera. (Finalmente DeWitt se pasó al lado de Everett y se convirtió en un destacado defensor de la teoría).

Durante décadas, la teoría de los «muchos mundos» languideció en la oscuridad. Sencillamente era demasiado fantástica para ser cierta. John A. Wheeler, tutor de Everett en Princeton, llegó a la conclusión de que había demasiado «exceso de equipaje» relacionado con la teoría. Pero una razón de que la teoría se haya puesto ahora de moda repentinamente es que los físicos están intentando aplicar la teoría cuántica al último dominio que se ha resistido a ser cuantizado: el propio universo. Aplicar el principio de incertidumbre al universo entero lleva de forma natural al multiverso.

El concepto de «cosmología cuántica» parece al principio una contradicción en los términos: la teoría cuántica se refiere al mundo infinitesimalmente minúsculo del átomo, mientras que la cosmología se refiere al universo entero. Pero consideremos esto: en el instante del big bang el universo era mucho más pequeño que un electrón. Todos los físicos coinciden en que los electrones deben estar cuantizados; es decir, se describen mediante una ecuación de ondas probabilista (la ecuación de Dirac) y pueden existir en universos paralelos. Por ello, si los electrones deben estar cuantizados y si el universo fue un vez más pequeño que un electrón, entonces el universo debe existir también en estados paralelos —una teoría que lleva de manera natural a una aproximación de «muchos universos»—. Sin embargo, la interpretación de Copenhague de Niels Bohr tropezaba con problemas cuando se aplicaba al universo entero. La interpretación de Copenhague, que se enseña en cualquier curso de mecánica cuántica en doctorado, depende de un «observador» que hace una observación y colapsa la función de onda. El proceso de observación es absolutamente esencial para definir el mundo macroscópico, pero ¿cómo puede uno estar «fuera» del universo mientras está observando el universo entero? Si una función de onda describe el universo, entonces ¿cómo puede un observador «exterior» colapsar la función de onda del universo? De hecho, algunos ven la incapacidad de observar el universo desde «fuera» del universo como un defecto fatal de la interpretación de Copenhague.