Si el concepto del multiverso parece extraño, es porque necesitamos cambiar nuestras ideas sobre el tiempo y el espacio.
Es posible que no conozca el nombre de la imagen, Grabado de Flammarion, pero probablemente lo haya visto muchas veces. Representa a un peregrino en una capa y con un bastón. Detrás hay un paisaje de ciudades y árboles. Una concha de cristal salpicada de innumerables estrellas lo rodea. Llegó al borde del mundo, penetró al otro lado y mira con asombro el nuevo mundo de luz, arco iris y fuego.
La imagen fue publicada por primera vez en el libro de 1888 por el astrónomo francés del siglo XIX Camille Flammarion "Atmosphere: Popular Meteorology". Inicialmente, era en blanco y negro, aunque ahora puedes encontrar versiones pintadas. Señala que el cielo realmente parece una cúpula sobre la cual se fijan los cuerpos celestes, pero las impresiones son engañosas. "Nuestros antepasados", escribe Flammarion, "imaginaron que esta bóveda azul es lo que sus ojos ven". Pero, como escribió Voltaire, esto es tan significativo como un gusano de seda girando su red hasta los límites del universo ".
El grabado es visto como un símbolo de la búsqueda de conocimiento por parte de la humanidad, pero prefiero ver en él un significado más literal descrito por Flammarion. Muchas veces en la historia de la ciencia, hemos encontrado una brecha en el conocimiento límite y lo hemos atravesado. El Universo no termina más allá de la órbita de Saturno, o más allá de las estrellas más lejanas de la Vía Láctea, o más allá de las galaxias más lejanas visibles para nosotros. Hoy, los cosmólogos creen que pueden existir universos completamente diferentes.
Pero en comparación con los descubrimientos de la física cuántica, esto es casi banal. Este no es solo un nuevo agujero en el domo, sino un nuevo tipo de agujero. Los físicos y filósofos han discutido durante mucho tiempo sobre el significado de la teoría cuántica, pero de una forma u otra, están de acuerdo en que abre un vasto mundo más allá de nuestros sentidos. Quizás el resultado más simple de este principio, la lectura más directa de las ecuaciones de la teoría cuántica, es la interpretación multivariada realizada por Hugh Everett en la década de 1950. Desde su punto de vista, todo lo que puede suceder ocurre en algún lugar en un conjunto ilimitado de universos, y las probabilidades de la teoría cuántica representan el número relativo de universos en los que se desarrolla uno u otro escenario. Como David Wallace, filósofo de física de la Universidad del Sur de California, escribió en su libro de 2012, The Emergent Multiverse, con una percepción literal de la mecánica cuántica, "el mundo resulta ser mucho más grande de lo que esperábamos: de hecho, nuestro clásico" mundo "Resulta ser una pequeña parte de una realidad mucho más grande".
Este conjunto de universos, a primera vista, parece muy diferente del que interpretan los cosmólogos. El multiverso cosmológico ha surgido de modelos que intentan explicar la homogeneidad del universo a escalas que exceden el galáctico. Los supuestos universos paralelos son regiones remotas separadas del espacio-tiempo que han surgido como resultado de sus propias grandes explosiones, desarrollándose a partir de sus burbujas de espuma cuántica (o de las cuales los universos aún crecen allí). Existen de manera muy similar a las galaxias: puedes imaginar cómo abordamos una nave espacial y vamos a ellas.
Pero a diferencia de este enfoque, la interpretación multi-mundial de Everett no nos lleva tan lejos. El concepto surgió al tratar de comprender el proceso de las mediciones de laboratorio. Partículas que dejan rastros en la cámara de Wilson, átomos reflejados por imanes, objetos calientes que emiten luz: todos estos fueron experimentos prácticos que condujeron a la creación de la teoría cuántica y a la búsqueda de una interpretación lógicamente consistente. La ramificación cuántica que ocurre en el proceso de medición crea nuevos mundos superpuestos en el mismo espacio en el que existimos.
Sin embargo, estos dos tipos de multiversos tienen mucho en común. Transfiera a cualquiera de los tipos que solo podemos mentalmente. No funcionará volar a otro universo de burbujas en una nave espacial, porque el espacio se expandirá más rápido. Por lo tanto, estas burbujas están separadas entre sí. También estamos inherentemente separados de otros universos en el multiverso cuántico. Estos mundos, aunque reales, permanecerán para siempre fuera de nuestra vista.
Además, aunque el multiverso cuántico no fue diseñado para la cosmología, sorprendentemente le queda bien. En la mecánica cuántica convencional, en la interpretación de Copenhague adoptada por Niels Bohr y sus camaradas, es necesario distinguir entre un observador y lo que observa. Para la física ordinaria en laboratorios, todo está en orden. El observador eres tú y estás observando el experimento. Pero, ¿y si el objeto de observación es todo el universo? No puedes ir más allá para medirlo. Una interpretación multimundo no hace tales divisiones artificiales. En un
nuevo trabajo, el físico de Caltech, Sean Carroll, junto con los estudiantes de posgrado Jason Pollack y Kimberly Boddy, aplica directamente una interpretación multimundo a la creación de universos en el multiverso cosmológico. "Todo lo que en la mecánica cuántica convencional no era pescado ni carne, se vuelve en principio contable desde el punto de vista de Everett", dice Carroll.
Y finalmente, dos tipos de multiversos dan los mismos pronósticos de observaciones. La diferencia es que ponen los posibles resultados en diferentes lugares. Carroll considera similar "un multiverso cosmológico en el que diferentes estados se encuentran en regiones separadas del espacio-tiempo, y un multiverso localizado donde diferentes estados están aquí, solo en diferentes ramas de la función de onda".
El cosmólogo del MIT Max Tegmark describió esta idea durante un artículo de 2002 que evolucionó en su libro de 2014, Nuestro universo matemático. Describe varios niveles del multiverso. Nivel I: regiones extremadamente remotas de nuestro propio universo. Nivel III: su designación de un conjunto cuántico de mundos (también cumple con los niveles II y IV, pero ahora no se trata de ellos). Para ver las similitudes entre los niveles I y III, debe pensar en la naturaleza de la probabilidad. Si algo puede tener dos resultados, verá uno de ellos, pero puede estar seguro de que el otro también sucedió, ya sea en otra parte del universo gigantesco o aquí mismo, en un mundo paralelo. Si el cosmos es lo suficientemente grande y está lleno de materia, los eventos que tienen lugar aquí en la Tierra también ocurrirán en otro lugar, como cualquier posible variación de estos eventos.
Por ejemplo, está realizando un experimento en el que dirige un átomo a un par de imanes. Verá cómo se precipita hacia el imán inferior o superior, con una probabilidad del 50%. En una interpretación mundial, hay dos mundos que se cruzan en su laboratorio. En uno, el átomo sube, en el otro, baja. En el multiverso cosmológico, hay otros universos (o partes de nuestro Universo) con el gemelo idéntico de la Tierra en el que el humanoide realiza exactamente el mismo experimento, pero con un resultado diferente. Matemáticamente, estas situaciones son idénticas.
No a todos les gusta el multiverso, especialmente las variaciones similares del multiverso. Pero dada la naturaleza preliminar de estas hipótesis, veamos a dónde nos llevan. Ofrecen una idea radical: que dos multiversos no tienen que estar separados, que una interpretación multimundo no es diferente del concepto cosmológico del multiverso. Si parecen diferentes, es porque entendemos mal la realidad.
Un físico de Stanford, Leonard Saskind, sugirió tratarlos como iguales en el libro de 2005, The Cosmic Landscape. "La interpretación de Everett en varios mundos, a primera vista, parece muy diferente de las megapotencias cada vez mayores", escribe (usando su propio término para el multiverso). "Sin embargo, creo que las dos interpretaciones pueden estar hablando de lo mismo". En 2011, él, junto con Rafael Busso, un físico de Berkeley, escribió un trabajo en el que afirman que las dos ideas son idénticas. Dicen que la única forma de dar sentido a las probabilidades asociadas con la mecánica cuántica y el fenómeno de la decoherencia, gracias a las cuales aparecen nuestras categorías clásicas de posiciones y velocidades, será aplicar una interpretación multimundo a la cosmología. Como resultado, el multiverso cosmológico debería resultar naturalmente. En el mismo año, Yasunori Nomura de la Universidad de California en Berkeley confirmó una idea similar en su trabajo, donde "proporciona una unificación de los procesos de medidas cuánticas y el multiverso". Tegmark utiliza aproximadamente el mismo argumento
en un artículo de 2012 coescrito por Anthony Aguirre de la Universidad de California, Santa Cruz.
Desde este punto de vista, muchos mundos cuánticos no están directamente a nuestro lado, sino lejos de nosotros. La función de onda, como escribe Tegmark, describe no "un conjunto imaginario incomprensible de posibilidades de lo que puede hacer un objeto, sino una colección espacial real de copias idénticas de un objeto existente en un espacio infinito".
La conclusión es que debe pensar cuidadosamente sobre su punto de vista. Imagina que estás mirando el multiverso desde la posición de Dios, desde el cual todas las posibilidades realizadas son visibles. No hay probabilidades Todo sucede con certeza en uno de los lugares. Desde el punto de vista limitado de nuestro mundo, vinculado al planeta Tierra, se desarrollan varios eventos con diferentes probabilidades. "Estamos cambiando la imagen global en la que absolutamente todo sucede en algún lugar, pero nadie puede ver todo a la vez, en el local, en el que tiene un sitio, básicamente conocido", dice Busso.
Muchos cosmólogos encuentran evidencia de un espacio mucho más grande en la imagen de radiación relicta de lo que podemos observar directamentePara pasar de lo global a lo local, necesitamos cortar el universo para separar lo medible de lo inconmensurable. Lo medido es nuestro "sitio causal", como lo llama Busso. Esta es la suma de todo lo que nos puede afectar, no solo el universo observable, sino también la región del espacio que estará disponible para nuestros descendientes distantes. Cortando nuestra trama del resto del espacio-tiempo, podemos imaginar qué observaciones podemos hacer y, como resultado, obtenemos la mecánica cuántica al viejo estilo.
Desde este punto de vista, la razón de la incertidumbre de los eventos cuánticos es que no sabemos dónde estamos en el multiverso. En el espacio infinito hay un número infinito de criaturas que se ven y se comportan exactamente como tú en todo. El misterio principal ilumina la caricatura clásica del neoyorquino. En un trozo de hielo hay una multitud de pingüinos idénticos. Uno de ellos pregunta: "¿Y quién de nosotros soy yo?"
El pobre pingüino todavía tiene la oportunidad de establecer su paradero a través de la triangulación del hielo flotante más cercano, pero en el multiverso no existen tales puntos de referencia, por lo que nunca podemos compartir nuestras copias múltiples. David Deutsch es un físico de Oxford y, al igual que Carroll y Tegmark, un fiel seguidor de la interpretación multivariante, escribe en The Fabric of Reality: “Suponiendo un punto en la pregunta, cuál de las copias idénticas es Quiero decir, asumir que hay algún sistema de referencia fuera del multiverso, con respecto al cual uno puede responder esta pregunta: "Soy el tercero a la izquierda". Pero, ¿qué es esta "izquierda" y qué es esta "tercera"? No hay un "punto de vista fuera del multiverso".
Tegmark dice que, de hecho, el concepto de probabilidad en la mecánica cuántica refleja "su incapacidad para encontrarse en el multiverso del primer nivel, es decir, cuál de las infinitas copias en el espacio tiene su sensación subjetiva". En otras palabras, los eventos parecen probabilísticos porque nunca se sabe cuál de ustedes es usted. En lugar de no estar seguro de cómo irá el experimento, va todo el camino; simplemente no está seguro de cuál de ustedes está observando cuál de sus resultados.
Para Busso, el éxito matemático de este enfoque es suficiente, y no va a sufrir de insomnio debido a cómo alguien determinará el significado profundo de los multiversos fusionados. "De hecho, lo que importa son sus predicciones y cómo se relacionan con sus observaciones", dice. - No se pueden observar las regiones más allá de nuestro horizonte cosmológico, así como la ramificación de la función de onda, en la que no estábamos. Estas son solo las herramientas que utilizamos para los cálculos ".
Pero este enfoque instrumental de la teoría física no satisface a muchos. Queremos saber qué significa todo esto: cómo leer un medidor puede traicionar la existencia de burbujas infinitas en el espacio-tiempo. Massimo Pigliucci, filósofo de la ciencia en la Universidad de la Ciudad de Nueva York, dice: "Si estás hablando de una división real del universo, explícame exactamente cómo sucede esto y dónde están exactamente estos otros mundos".
Quizás para comprender el significado de la conexión entre las opciones de multiverso, es necesario renovar nuestra comprensión del espacio y el tiempo. Si el multiverso al mismo tiempo está en algún lugar lejano y justo aquí, tal vez esto sea una señal de que nuestras categorías "allí" y "aquí" nos fallan.
Hace casi dos décadas, Deutsch argumentó en su Fabric of Reality que el multiverso estaba inventando un nuevo concepto de tiempo. Tanto en la vida cotidiana como en la física, asumimos la existencia de algo como el tiempo eternamente actual de Newton. El multiverso generalmente se describe como una estructura que se desarrolla con el tiempo. De hecho, el tiempo no fluye y no pasa, y no nos movemos a lo largo de alguna manera misteriosa. El tiempo es la forma en que determinamos el movimiento. No se puede mover. Por lo tanto, el multiverso no evoluciona. Ella solo existe. Deutsch escribe: "El Multiverso no ha" aparecido "y no" desaparece "; estos términos significan el paso del tiempo ".
En lugar de imaginar cómo se desarrolla el multiverso en el tiempo, Deutsch cree que deberíamos imaginar cómo se desarrolla el tiempo en el multiverso. Otras veces son simplemente casos especiales de otros universos. Independientemente de él, el físico Julian Barbour también jugó con esta idea en su libro de 1999, The End of Time. Deutsch escribe que algunos de estos otros universos recuerdan tanto al nuestro, nuestro "ahora", que los interpretamos como partes de la historia de nuestro universo, y no como universos separados. Para nosotros, no están en algún lugar del espacio, sino en nuestra línea de tiempo. Así como no podemos percibir todo el universo a la vez, tampoco podemos percibir una variedad infinita de momentos a la vez. En cambio, nuestras percepciones reflejan nuestra perspectiva de observadores incorporados que viven en momentos aislados. Pasando de un punto de vista global a uno local, restauramos los signos familiares de los tiempos.
El multiverso también puede corregir nuestra visión del espacio. "¿Por qué el mundo se ve clásico?" Carroll pregunta. "¿Por qué existe el espacio-tiempo en cuatro dimensiones?" Carroll, quien
escribió una publicación de blog sobre la unificación de multiversos, admite que Everett no responde a estas preguntas, "pero le brinda una plataforma para formularlas".
Él cree que el espacio no es fundamental, sino que es el resultado de un fenómeno. ¿Pero de dónde viene? ¿Qué es lo que realmente existe? Para Carroll, la imagen de Everett proporciona una respuesta simple a esta pregunta. "El mundo es una función de onda", dice Carroll. - Este es un elemento del espacio de Hilbert. Eso es todo.
El espacio de Hilbert es un espacio matemático asociado con una función de onda cuántica. Esta es una representación abstracta de todos los estados posibles del sistema. Es un poco como Euclidiana, pero el número de mediciones varía y depende del número de estados admisibles del sistema. Para un qubit, una unidad fundamental de datos en computadoras cuánticas, capaz de tomar el valor 0, 1 o estar en su superposición, el espacio de Hilbert es bidimensional. Una cantidad continua, como una posición o velocidad, corresponde a un espacio de Hilbert de dimensión infinita.
Los físicos generalmente comienzan con un sistema que existe en el espacio real y derivan el espacio de Hilbert, pero Carrol cree que este proceso puede revertirse. Imagina todo el estado posible del universo y llega a aquel en el que debería existir el sistema, si es que existe en algún espacio. Un sistema puede existir no en uno, sino en varios espacios al mismo tiempo, y luego lo llamaremos multiverso. Esa visión "naturalmente recae en la idea del espacio-tiempo emergente", dice Carroll.
Algunas personas, especialmente los filósofos, rechazan este enfoque. El espacio de Hilbert puede ser una herramienta matemática aceptable, pero esto no significa que vivamos en él. Wallace, que apoya una interpretación multimundo, dice que el espacio de Hilbert no es literalmente una estructura existente, sino una forma de describir cosas reales: cadenas, partículas, campos o en qué consiste el universo.
"En un sentido metafórico, vivimos en un espacio de Hilbert, pero no en uno literal", dice.Hugh Everett no vivió para ver un resurgimiento del interés en su versión de la mecánica cuántica. Murió de un ataque al corazón en 1982, a los 51 años. Era un ateo inquebrantable y estaba seguro de que este era el final; su esposa, siguiendo sus instrucciones, tiró las cenizas junto con la basura. Pero su mensaje puede estar comenzando a echar raíces. Se puede resumir brevemente: tome en serio la mecánica cuántica. ¡En este caso, descubrimos que el mundo es una sorpresa! - cada vez más rico y más de lo que imaginamos. Al igual que Voltaire, el gusano de seda solo vio su red, solo vemos una pequeña parte del multiverso, pero gracias a Everett y sus seguidores, todavía podemos atravesar la grieta en la concha de cristal, "donde la tierra se encuentra con el cielo" y echar un vistazo rápido eso se extiende más allá.