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Autor Tema: Un article interessant i ben explicat  (Leído 1135 veces)
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φύσις


« : 19 de Octubre de 2011, 12:20:18 »

La revolución supracopernicana
16/10/11

En un artículo reciente publicado en Investigación y Ciencia (octubre 2011), con título “¿Existe el multiverso?”, el Prof. George Ellis se planteaba si es científica la pregunta sobre la finitud o infinitud del universo que habitamos, así como sobre la existencia de universos paralelos completamente distintos del nuestro.

 

En este artículo voy a intentar responder a algunas cuestiones que podrían ayudar a comprender el dilema que plantea el Prof. Ellis y darles mi perspectiva personal, como investigador que ha trabajado desde hace casi dos décadas en esos dilemas.

 

¿Es infinito el universo? ¿Qué queremos decir con ello? El vocablo “infinito” viene del latín “infinitas”, es decir “sin contorno” o “sin límite”. En física y matemáticas el infinito está asociado a un proceso de límite, un punto de acumulación en el análisis matemático, o un punto de fuga en geometría. Aunque suele ser tratado como una cantidad concreta, el infinito es un concepto abstracto e inabarcable, una idealización. Es por eso por lo que es tan fascinante. El ser humano ha sentido siempre atracción por conocer sus límites, fascinación por llegar a “lo más” lejos, alto, profundo, complejo, espiritual, musical, etc. Es lo que nos diferencia de los demás seres vivos.

 

El universo observable es finito, tiene unas dimensiones abarcables, es además medible, concretamente tiene un radio de 46 mil millones de años luz. Sin embargo, pocos cosmólogos dudan de que el universo como un todo sea “prácticamente” infinito, en el sentido de que para todos los efectos no sea finito, ya que no lograremos nunca abarcarlo con medidas repetibles. La evolución del universo y por tanto su destino final es una gran incógnita, incluso hoy en día, que hemos observado hasta distancias miles de billones de veces (15 potencias de 10) las que alcanzaba Galileo con su telescopio en 1611. Esa evolución depende del contenido de materia y energía del universo actual y esa proporción la desconocemos tanto que especular sobre el futuro del universo es fútil. Sólo podemos decir que, dadas las observaciones actuales, parece que el universo visible se seguirá expandiendo para siempre.

 

Las pruebas científicas de que el universo podría ser infinito son indirectas. No nos llega ninguna luz ni otra partícula mas allá del horizonte visible, lo que define nuestro universo observable. Sin embargo, la distribución angular de anisotropías del fondo cósmico de radiación de microondas parece sugerir que el universo es al menos unas 1000 veces mayor que el observable. Es decir, tenemos pruebas indirectas de que hay mucho más espacio-tiempo al “otro lado” del horizonte. El fondo cósmico de microondas corresponde a los rescoldos del fuego primordial, el remanente de radiación electromagnética proveniente del plasma caliente que dominaba la energía del universo en los primeros instantes, cuando se formaron los primeros átomos (neutros), y más tarde se enfrió al expandirse el universo.

 

El fondo de radiación nos dice con bastante precisión qué componentes existían cuando el universo tenía aproximadamente 380 mil años —un instante comparado con los 13.000 millones de años del universo actual—, fundamentalmente protones, electrones, neutrinos, fotones y materia oscura (un tipo de materia del que aún desconocemos su naturaleza, pero que sabemos existía entonces por sus efectos gravitacionales). Además nos dice que la materia se distribuía de manera muy uniforme, compuesto por grumos extremadamente pequeños, con desviaciones en la uniformidad de sólo una parte en cien mil. Esta uniformidad creemos que es una consecuencia de un proceso llamado “inflación cosmológica”.

 

La inflación es el verdadero motor de la expansión del universo, un estadio de la evolución del universo primitivo en el que una densidad de energía aproximadamente constante hizo que el universo se expandiera aceleradamente. Este periodo terminó de forma explosiva con la conversión de toda esa energía primordial en partículas de materia y radiación. Es lo que los cosmólogos tradicionales llamaron el Big Bang. En el contexto de la teoría inflacionaria actual, podemos decir que en todo el universo, más allá de nuestra región observable, hay otras regiones que han tenido sus propios “Big Bangs”, y que están en distintos estadios de su evolución.

 

Hoy en día se pueden observar las consecuencias del periodo inflacionario en esas anisotropías del fondo de radiación y la distribución de materia a gran escala en forma de galaxias y cúmulos de galaxias. Los grumos que dieron lugar a toda esa estructura tuvieron su origen en el periodo inflacionario como fluctuaciones cuánticas del campo responsable de la inflación, el “inflatón”. Las características espectrales de esos grumos que observamos en el fondo de radiación coinciden exactamente con las predichas por inflación. Ahora bien, el proceso que dio lugar a nuestra región observable, a nuestro Big Bang, acabó precisamente en ese momento, cuando toda la energía del inflatón se convirtió en radiación y materia. Es cierto que las observaciones recientes parecen indicar que estamos viviendo otro periodo inflacionario, pero lo más probable es que estos dos estadios no estén relacionados.

 

La teoría inflacionaria predice una estructura muy rica de universos desconexos unos de otros, separados por horizontes impenetrables, lo que actualmente se conoce como el “multiverso”. No tenemos ninguna prueba directa de la existencia del multiverso, aunque sea consistente con la teoría inflacionaria. Existen algunas anomalías en las anisotropías del fondo de radiación y en la distribución de galaxias que podrían indicar una estructura a mayor escala que la del universo observable, pero no se han descartado aún otras posibilidades. Si el multiverso fuera una realidad confirmable, entonces estaríamos en condiciones de asegurar que el universo es infinito, o en todo caso lo suficientemente grande como para tratarlo como infinito.

 

Según la teoría inflacionaria, los dominios espaciales separados por horizontes de sucesos finitos se comportan como entes independientes, pues no hay en principio forma de que puedan comunicarse entre sí. Pues bien, esos dominios surgen cuando las fluctuaciones del inflatón son lo suficientemente grandes, a valores grandes del campo, como para que la inflación sea eterna. Estas fluctuaciones generan más dominios, que se expanden rápidamente, creando aún más dominios. Las propiedades de cada dominio pueden diferir ligeramente de uno a otro, de manera que podríamos hablar de fluctuaciones cuánticas que harían las veces de “mutaciones” en un multiverso sujeto a las reglas de la evolución darwiniana, de forma análoga a la de los seres vivos en la Tierra. Si pudiéramos medir las propiedades de otros universos podríamos en principio preguntarnos cuán probable sería un universo como el nuestro. Por desgracia carecemos de tales observaciones, y de todas maneras podría resultar ser extraordinariamente improbable y aun así posible, luego no nos dice nada sobre el proceso de selección natural.

 

Resulta interesante comparar el proceso inflacionario, que creemos ocurrió en el universo primitivo, con las recientes observaciones de supernovas lejanas que parecen sugerir la expansión acelerada del universo actual. Estas observaciones han sido galardonadas con el Premio Nobel de Física 2011. Como decíamos antes, el ritmo de expansión del universo depende del contenido de materia y radiación del mismo. En estos momentos parece que una densidad de energía aproximadamente constante empieza a dominar la evolución del universo, de forma análoga a lo que creemos ocurrió en el pasado remoto justo antes de nuestro particular Big Bang. Si al final esta energía de vacío es inestable y terminamos decayendo a un universo con materia y radiación ordinarias, como ocurrió con el periodo inflacionario primordial, aún no lo sabemos.

 

Podría ocurrir que eventualmente nuestra región del espacio terminara en un Big Crunch, o en un gran agujero negro, dependiendo de cuándo exactamente ocurriera la desintegración de ese vacío. Sin embargo, en este momento no conocemos la naturaleza de la energía oscura lo suficientemente bien como para predecir el futuro de nuestra región del universo. Si el campo responsable de esta expansión es débil (como parecen sugerir las observaciones) no inducirá cambios importantes en el espacio-tiempo, de manera que nuestra región crecerá indefinidamente, creando lo que se conoce como un horizonte de sucesos, más allá del cual no tendremos ninguna posibilidad de obtener información, quedando el resto del universo fuera de nuestro alcance. El horizonte de sucesos es finito, pero si nos movemos hacia él, éste se desplaza con nosotros, de la misma manera que el horizonte en la superficie de la Tierra se aleja conforme nos acercamos a él, como en el mar por ejemplo. Es por tanto inalcanzable.

 

En un universo infinito se suele decir que cualquier evento con una probabilidad mayor que cero puede ocurrir y de hecho ocurre infinitas veces. Pero para que esto pase es necesario que se den las condiciones que mencionaba más arriba, que las propiedades cambien de universo a universo, de manera que todas las posibilidades, por muy improbables que fueran, estén al alcance de esas fluctuaciones que llamaba mutaciones. De igual manera que la evolución en la Tierra no ha producido cualquier forma de vida posible sino sólo unas pocas, que dependen de toda la historia pasada, un fenómeno denominado “contingencia”, igualmente podría ser que sólo unos pocos universos sean posibles, independientemente de su probabilidad. La diferencia respecto a la evolución terrestre es que nosotros no hemos visto ningún otro universo con propiedades distintas de las del nuestro, de manera que ni siquiera podemos asignar probabilidades.

 

En ese caso, ¿sería posible encontrar en este meta-universo otras regiones con las mismas características de nuestro universo observable? ¿Podríamos encontrar infinitos planetas como la Tierra? ¿Infinitas réplicas de cada uno de nosotros? Es posible, en principio, pero las probabilidades son tan diminutas como las de encontrar todas las moléculas del aire de una habitación en una esquina de la misma. Incluso si fuera posible que existieran esas réplicas, sería en todo caso imposible comunicarnos con ellos dado que están al otro lado de un horizonte de sucesos, así que en cualquier caso sería irrelevante por impracticable. Desde el punto de vista filosófico podemos plantearnos en principio la posibilidad de que existan universos idénticos paralelos, pero no creo que tenga ninguna consecuencia ética, dado que es irrelevante. La evolución de todos estos universos es causalmente desconexa, luego nuestro comportamiento aquí no afecta en absoluto al otro universo y viceversa.

 

Es plausible que podamos deducir en un futuro quizá no muy lejano, a partir de las observaciones de nuestro universo observable, la existencia de otros universos más allá del nuestro y de ahí inferir de forma indirecta que el universo es probablemente infinito, pero no tendremos nunca la certeza de que así es. La ciencia que desarrollamos está naturalmente limitada por la capacidad de nuestras mentes, de manera que la comprensión de un universo infinito será siempre limitada. Sin embargo, si las leyes que rigen la dinámica del espacio-tiempo, descritas por la Relatividad General de Einstein, son válidas para describir el multiverso, entonces los horizontes de sucesos nos impiden acceder, incluso en teoría (y no digamos en la práctica), a dicha realidad. Ahora bien, la teoría de la gravitación de Einstein puede no ser la descripción última de la naturaleza del espacio-tiempo a escalas de energía en las que el propio espacio-tiempo fluctúa mecano-cuánticamente, por lo que sería necesario desarrollar una teoría cuántica de la gravitación, algo de lo que aún no disponemos. Dicha teoría podría en principio responder a la pregunta no sólo del origen del universo sino de su infinitud, pero como toda teoría cuántica lo haría en términos de probabilidades, luego nunca tendríamos la certeza de que el universo tal como lo conocemos es finito o infinito.
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« Respuesta #1 : 19 de Octubre de 2011, 02:12:01 »

Muy interesante este artículo, gracias por 'postearlo'.

un saludo.
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