Universos múltiples y la función de onda del Universo

¿Quién no conoce al cosmólogo Stephen Hawking que, privado de sus cuerdas vocales, incapaz de sujetar un lápiz, utiliza dispositivos mecánicos para comunicarse y realiza todos los cálculos en su cabeza?

Pues, este señor en sillita de ruedas no sólo lleva a la práctica un intenso programa de investigación, sino que, además, le queda tiempo libre para escribir libros de éxito, tales como Historia del Tiempo y otros, además de dar conferencias por todo el mundo y ocupar la cátedra lucasiana de Cambridge que un día fue de Isaac Newton, donde imparte clases de física.

Hawking, junto con su amigo Kip S. Thorne, es uno de los mayores expertos mundiales en el conocimiento de la relatividad general y de los agujeros negros.

Tampoco Stephen Hawking, como antes le ocurrió a Einstein, ha podido resistir la tentación de embarcarse en la mayor búsqueda jamás soñada por un físico, la unificación final de la teoría de la gravedad de Einstein y la teoría cuántica. Como resultado, también él se ha sentido maravillado por la coherencia de la teoría decadimensional, y de hecho cierra su conocido libro con un análisis de la misma.

Hawking ya no dedica el grueso de su energía creativa al campo que le hizo mundialmente famoso: los agujeros negros, que ahora ya están superados. Él persigue una pieza mayor: la teoría de campo unificado. La teoría de cuerdas, recordémoslo, empezó como una teoría cuántica y posteriormente absorbió a la teoría de la gravedad de Einstein. Hawking, partiendo como un puro relativista clásico más que como un teórico cuántico, enfoca el problema desde el punto de vista inverso. Él y su colega James Hartley parten del universo clásico de Einstein, y luego ¡cuantizan el universo entero!

Hawking es uno de los fundadores de una nueva disciplina científica, denominada cosmología cuántica. A primera vista, esto parece una contradicción en los términos. La palabra cuántico se aplica al mundo infinitesimalmente pequeño de los quarks y los neutrinos, mientras que cosmología significa la extensión casi ilimitada del espacio exterior. Sin embargo, Hawking y otros creen ahora que las preguntas finales de la cosmología sólo pueden ser contestadas por la teoría cuántica. Hawking lleva la teoría cuántica a las últimas consecuencias cuánticas, que permiten la existencia de un número infinito de universos paralelos.

Recordemos que el punto de partida de la teoría cuántica está en el cuanto de acción de Planck, h, que más tarde desarrollaron Werner Heisenberg, con su principio de incertidumbre, y Schrödinger, con su función de ondas, Y, que describe todos los diversos estados posibles de una partícula.  Cuanto más grande y oscuro es el nubarrón, mayor es la concentración de vapor de agua y polvo en el lugar en el que está situada la nube, con lo cual, podemos estimar rápidamente la probabilidad de encontrar grandes concentraciones de agua y polvo en ciertas partes del cielo.

El nubarrón puede compararse a una sola función de onda electrónica.  Al igual que el nubarrón, esta llena todo el espacio. Análogamente, cuanto mayor es su valor en un punto, mayor es la probabilidad de encontrar allí el electrón. Así mismo, las funciones de onda pueden estar asociadas con objetos grandes, como personas. Ahora mismo, que estoy sentado en mi sillón de la mesa del despacho que tengo en mi casa para escribir sobre ciencia, sé que tengo una función de onda de probabilidad de Schrödinger. Si de algún modo pudiera ver mi función de onda, se parecería a una nube con una forma muy aproximada a la de mi cuerpo. Sin embargo, algo de la nube se extenderá por todo el espacio, más allá de Júpiter e incluso más allá del Sistema Solar, aunque allí sea prácticamente nula. Esto significa que existe una probabilidad muy grande de que yo esté, de hecho, sentado en mi sillón y no en el planeta Júpiter. Aunque parte de mi función de onda se extienda incluso más allá de la Vía Láctea, hay sólo una posibilidad infinitesimal de que yo este sentado en otra galaxia.

La nueva idea de Hawking consistía en tratar el universo entero como si fuera una partícula cuántica. Repitiendo algunos pasos simples, nos dirigimos a conclusiones esclarecedoras.

Empezamos con una función de onda que describe el conjunto de todos los universos posibles. Esto significa que el punto de partida de la teoría de Hawking debe ser un conjunto infinito de universos paralelos, la función de onda del universo. El análisis bastante simple de Stephen Hawking, reemplazando la palabra partícula por universo, ha conducido a una revolución conceptual en nuestras ideas sobre la cosmología.

Según esta imagen, la función de onda del universo se extiende sobre todos los universos posibles.

El objetivo al que se enfrentan los cosmólogos cuánticos es verificar matemáticamente esta conjetura, demostrar que la función de onda del universo es grande para nuestro universo presente y prácticamente nula para los demás universos. Esto demostraría entonces que nuestro universo familiar es en cierto sentido único y también estable. Por el momento, los cosmólogos cuánticos son incapaces de resolver este importante problema.

Si tomamos a Hawking en serio, ello significa que debemos empezar nuestro análisis con un número infinito de todos los universos posibles en mutua coexistencia. Para decirlo de otra manera, la definición de la palabra universo ya no sería “todo lo que existe”; ahora significa “todo lo que puede existir”.

La cosmología cuántica de Hawking también supone que la función de onda del universo permite que estos universos colisionen. Pueden desarrollarse agujeros de gusano que unan estos universos. Sin embargo, estos agujeros de gusano no son como los que describí antes para viajar en el tiempo según dice Thorne y que conectan diferentes partes dentro del mismo espacio tetradimensional. Los nuevos agujeros de gusano conectan universos entre sí.

Nuestro universo puede ser uno entre un número infinito de universos paralelos, cada uno de los cuales está conectado a los demás por una serie infinita de agujeros de gusano. El viaje por estos agujeros de gusano es posible pero extremadamente improbable.

Veamos: Pensemos, por ejemplo, en una gran colección de pompas de jabón suspendidas en el aire. Normalmente, cada pompa de jabón es como un universo en sí mismo, excepto que periódicamente choca con otra pompa para formar una más grande, o se divide en pompas más pequeñas. Las diferencias están en que cada pompa de jabón es ahora un universo decadimensional completo. Puesto que el espacio y el tiempo pueden existir sólo dentro de cada pompa, no hay tal cosa como espacio y tiempo entre las pompas.  Cada pompa o universo en este caso, tiene su propio tiempo y su propio espacio auto-contenido. No tiene sentido decir que el tiempo transcurre a la misma velocidad en todos los universos. Deberíamos resaltar, sin embargo, que el viaje entre estos universos no está abierto a nosotros a causa de nuestro nivel tecnológico primitivo. Además, deberíamos resaltar también que las grandes transiciones cuánticas a esta escala son extremadamente raras y probablemente necesitan un tiempo mucho mayor que la duración de nuestro universo. La mayoría de estos universos son universos muertos, carentes de cualquier vida. En estos universos, las leyes de la física serían diferentes, y por lo tanto no satisfarían las necesidades físicas para permitir la vida.

Ante estas complejas cuestiones, el hecho mismo de que estemos aquí para plantearlas, como seres racionales y pensantes, es un auténtico milagro, ya que significa que deben haber ocurrido, necesariamente, complejas secuencias de sucesos para que a partir de la materia “inerte”, la mezcla de materiales complejos en condiciones excepcionales, hiciera surgir la vida.

Reparando en estas coincidencias cósmicas, el físico Freeman Dyson escribió en cierta ocasión: “Cuando miramos en el universo e identificamos los muchos accidentes de la física y la astronomía que han colaborado en nuestro beneficio, casi parece que el universo debe haber sabido, en cierto sentido, que nosotros íbamos a venir”.

Particularmente, creo que la vida llegó a este planeta por una serie de circunstancias muy especiales: tamaño, temperatura y distancia al Sol (idónea para no morir congelados o asados por una temperatura extrema), su atmósfera primitiva, las chimeneas marinas, la mezcla de elementos, y su transformación evolutiva, el oxígeno, la capa de ozono, los mares y océanos ¡el agua!, etc, etc.

Dada la inmensidad de nuestro universo, nuestro mismo caso (un sistema solar con planetas entre los que destaca uno que contiene vida inteligente), se habrá dado en otros muchos mundos similares o parecidos al nuestro, tanto en nuestra misma galaxia, la Vía Láctea, como en otras más lejanas. Me parece una estupidez que se pueda pensar que estamos solos en el universo; la lógica nos dice todo lo contrario.

Nuestro Sol, gracias al cual podemos existir, es una de las cien mil millones de estrellas que contiene nuestra galaxia. Existen miles de millones de sistemas solares compuestos por estrellas y planetas como los nuestros. ¿En verdad se puede pensar que somos los únicos seres vivos inteligentes de la galaxia?

Me parece que no. Creo que estamos bien acompañados.

El problema radica en que es difícil coincidir en el tiempo y en las enormes distancias que nos pueden separar.

El tiempo y el espacio nacieron juntos cuando nació el universo en el Big Bang, llevan creciendo unos 13.500-18.000 millones de años y, tanto el uno como el otro, son enormes, descomunalmente grandes para que nuestras mentes lo asimilen de forma real.

La estrella más cercana a nosotros, Alfa Centauri, está situada a una distancia de 4’3 años luz. El año luz es la distancia que recorre la luz, o cualquier otra radiación electromagnética, en un año trópico a través del espacio. Un año luz es igual a 9’4607×10¹² Km, ó 63.240 unidades astronómicas, ó 0’3066 parsecs.

La luz viaja por el espacio a razón de 299.792.458 m/s, una Unidad Astronómica es igual a 150 millones de Km (la distancia que nos separa del Sol). El pársec es una unidad galáctica de distancias estelares, y es igual a 3’2616 años luz o 206.265 unidades astronómicas. Existen para las escalas galácticas o intergalácticas, otras medidas como el kiloparsec (Kpc) y el megaparsec (Mpc).

Nos podríamos entretener para hallar la distancia que nos separa de un sistema solar con posibilidad de albergar vida y situado a 118 años luz de nosotros. ¿Cuándo llegaríamos allí?

Nuestros ingenios espaciales que enviamos a las lunas y planetas vecinos, viajan por el espacio exterior a 50.000 Km/h. Es una auténtica frustración el pensar lo que tardarían en llegar a la estrella cercana Alfa Centauro a más de 4 años luz.

Así que la distancia es la primera barrera infranqueable (al menos de momento). La segunda, no de menor envergadura, es la coincidencia en el tiempo.

Se piensa que una especie tiene un tiempo limitado de existencia antes de que, por una u otra razón, desaparezca.

Nosotros mismos, si pensamos en el tiempo estelar o cósmico, llevamos aquí una mínima fracción de tiempo. Dadas las enormes escalas de tiempo y de espacio, es verdaderamente difícil coincidir con otras civilizaciones que, probablemente, existieron antes de aparecer nosotros o vendrán después de que estemos extinguidos. Por otra parte, el desplazarse por esas distancias galácticas de cientos de miles de millones de kilómetros, no parece nada fácil, si tenemos en cuenta la enorme barrera que nos pone la velocidad de la luz. Esta velocidad, según demuestra la relatividad especial de Albert Einstein, no se puede superar en nuestro universo.

Con este negro panorama por delante habrá que esperar a que un día en el futuro, venga algún genio matemático y nos de la fórmula para burlar esta barrera de la velocidad de la luz, para hacer posible visitar otros mundos poblados por otros seres.

También cabe esperar que sean ellos los más adelantados y nos visiten a nosotros.

emilio silvera

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