Los universos paralelos más probables también son inalcanzables

La semana pasada los medios y las redes sociales bulleron durante 24 horas con titulares del tipo “La NASA confirma la existencia de un universo paralelo”. Lamentablemente, como suele ocurrir con los titulares que nos prometen cosas revolucionarias, la NASA no había confirmado nada y aquello resultó ser un caso de mal periodismo. Lo que había detrás de él es que el experimento ANITA observó en 2006 y 2014 dos eventos anómalos, quizá debidos a partículas de alta energía que habían atravesado la Tierra, y en una entrevista en 2020 un físico teórico hablaba sobre su modelo para explicar estos dos eventos.

Todo esto está muy bien, pero ¿dónde están mis universos paralelos? Periódicamente nos prometen que esta vez sí, que ahora ya se han descubierto, y realmente nunca terminan de llegar. La razón es sencilla: la existencia de otros universos es una predicción muy secundaria en todas las teorías físicas. Antes de descubrir algo así se habrían de observar otros fenómenos físicos, mucho menos espectaculares, a los que probablemente estaríamos dando vueltas durante mucho tiempo.

Las puertas del multiverso

Imaginemos lo siguiente: que las versiones de la teoría de cuerdas que predicen universos paralelos fuesen correctas. Existen un montón de realizaciones de esa idea, pero vayamos a lo sencillo: digamos que nuestro universo fuese una burbuja de cuatro dimensiones (una brana, en la jerga de cuerdas) que está flotando en un mundo más grande, de once dimensiones. Nuestras partículas estarían “atadas” a la brana, de forma que nosotros no nos daríamos cuenta de que el universo es realmente más grande. La gravedad sería la única que podría, en las condiciones adecuadas, salir de la brana y moverse por el espacio. A su vez, flotando por ese espacio endecadimensional podría haber otras branas con otras partículas amarradas: ésas son las que jugarían el papel de universos paralelos.

Como digo, imaginemos que todo este escenario fuese el que ha escogido la naturaleza. Nosotros, desde nuestra posición en la Tierra (y en nuestra brana) ¿qué es lo que veríamos? Pues esencialmente veríamos el universo que ya conocemos: recordad que nuestras partículas están confinadas en él, así que tampoco podemos ver más allá. Sí podríamos observar algunos “efectos secundarios” de todo esto. Por ejemplo, en la mayoría de estos escenarios el protón se debería desintegrar, y eso podríamos verlo en experimentos en la Tierra. También podríamos encontrar un tipo de partículas, llamadas supersimétricas, que son necesarias para que todo esto de las once dimensiones funcione. Y, si tuviéramos experimentos suficientemente potentes, podríamos ver cómo la gravedad “escapa” al espacio endecadimensional. Bueno, en realidad lo que veríamos es que parte de la energía depositada en la gravedad desaparece.

Ahora viene el punto importante: ninguna de estas cosas implica que haya universos paralelos. Podemos tener desintegración del protón sin necesidad de mundos de once dimensiones, podemos tener supersimetría sin necesidad de branas, incluso podemos tener gravedad llevándose la energía a otro sitio y que eso no tenga nada que ver con universos paralelos. En definitiva: nos pasaríamos décadas discutiendo sobre estos fenómenos, tratando de interpretarlos, viendo en qué escenarios encajan y en cuáles no, mucho antes de siquiera considerar que pudiese haber otras branas aparte de la nuestra.

O sea, que no tiene sentido decir, de la noche a la mañana “Se confirma la existencia de universos paralelos”. Antes de eso se tiene que descubrir toda la física necesaria para que el universo paralelo pueda existir. Dicho esto, la siguiente pregunta es elemental: ¿podríamos tener universos paralelos sólo con la física que conocemos a día de hoy?

Sorprendentemente, la respuesta es sí.

Al inicio del universo

La pieza fundamental para entender cómo esto podría ocurrir es la inflación cósmica, un periodo de expansión muy rápida que creemos que se dio en los primeros instantes de nuestro universo. Hasta ahora no hemos podido observar directamente ese periodo, porque la información más antigua de la que disponemos es el fondo cósmico de microondas, que se emitió cuando el universo tenía 379.000 años. La inflación, en cambio, tuvo que ocurrir sólo unas fracciones de segundo después del Big Bang, y no conocemos ninguna manera de asomarnos a instantes tan tempranos.

En ese sentido, la inflación todavía no es física asentada. En los próximos años varios experimentos van a analizar en detalle el fondo cósmico de microondas, buscando “marcas” que la inflación pudiera haber dejado en el espacio-tiempo, y que de éste se hubieran transmitido a la radiación. Y aunque todavía no tenemos esas evidencias, la mayoría de la comunidad cree que si no fue inflación, algo muy parecido ocurrió cuando el universo era muy joven. Las razones: que la inflación explica de manera muy elegante por qué la temperatura del fondo cósmico es tan uniforme, y por qué la curvatura del universo a gran escala es tan pequeña.

Como hemos dicho, la inflación fue un periodo de expansión extraordinariamente rápida. En una fracción de segundo el espacio-tiempo se estiró tanto que el volumen de un átomo pasó a ocupar un año luz. Esto nos permite entender que la temperatura del fondo cósmico sea más o menos la misma en todos sus puntos: esa radiación se emitió desde puntos muy alejados en el espacio, pero todos esos puntos habían estado al principio muy cerca, en un volumen muy pequeño.

La inflación, en definitiva, infló el universo, y lo hizo en tan poco tiempo que algunos de esos puntos se alejaron más rápido que la velocidad de la luz. Sé lo que estáis pensando: “Alberto, eso no puede ser. La relatividad prohíbe que las cosas se muevan más rápido que la luz”. Pero eso no es exacto: lo que la relatividad dice es que para acelerar hasta la velocidad de la luz necesitaríamos una cantidad infinita de energía. Y aquí viene la trampa: en un universo en expansión nadie está acelerando. Lo que está pasando es que el espacio-tiempo está creciendo: donde antes había un centímetro, ahora hay dos. En un universo en expansión nadie siente una aceleración, pero el espacio alrededor de todo el mundo está creciendo, se está estirando. Como consecuencia, todo el mundo ve que los demás puntos se alejan, pero nadie siente que él mismo se esté moviendo. Esta “puerta trasera” permite que en un universo en expansión algunos puntos se alejen más rápido que la velocidad de la luz.

Y esta propiedad, precisamente, es fundamental para poder tener varios universos en uno.

Burbujas que nunca se encuentran

La inflación hizo que el universo se expandiera a velocidades altísimas, pero en un momento dado tuvo que frenar y dio lugar al universo que vemos hoy en día, que se expande a velocidades mucho más comedidas. ¿Cómo ocurrió ese frenado, y más importante todavía: dónde? En una primera aproximación podríamos pensar que sucedió en todo el universo al mismo tiempo: simplemente, la inflación se apagó y el universo vivió una transición hacia el estado que conocemos.

Pero nada impide que fuera más complicado. Por ejemplo, la inflación podría haberse frenado sólo en un volumen pequeñito del espacio. Ese volumen “rebelde” pasaría a expandirse a su ritmo, más lentamente, mientras a su alrededor el resto del universo se seguiría expandiendo a velocidades altísimas. No sólo altísimas: inflacionarias. Para entender lo que eso significa, consideremos el siguiente experimento: desde un punto en el exterior del volumen “rebelde” se emite un rayo de luz hacia el interior. Digamos que el rayo está a un metro de la frontera, y, como le corresponde, recorre ese metro a la velocidad de la luz. Una vez lo ha hecho, sin embargo, se da cuenta de algo perturbador: ahora está a dos metros de la frontera.

En realidad es lógico: hemos dicho que el exterior del volumen se expande inflacionariamente, y por lo tanto más rápido que la luz. Se crea espacio más rápido de lo que la luz lo puede recorrer. Nuestro rayo de luz nunca será capaz de entrar en el volumen, y por lo tanto tampoco podrá entrar ningún otro objeto del exterior, porque se mueven más lentos que la luz. Conclusión: ese volumen que ha dejado de inflarse se ha convertido en un “universo burbuja”: con todas las propiedades de nuestro universo y separado del exterior por una barrera infranqueable de inflación. Nosotros podríamos ser ese universo.

El resto del ejercicio es casi una obviedad: ¿qué pasa si en lugar de uno son varios los volúmenes que dejan de inflarse? Dos, tres, veinticinco, mil por centímetro cúbico… El número da lo mismo: en todos los casos la inflación separa esas burbujas más rápido de lo que ellas crecen, así que nunca se enteran de que existen otras burbujas. Además, la inflación crea grandes cantidades de espacio entre ellas, y en el ese espacio nuevo pueden aparecer en cualquier momento nuevas burbujas.

Este mecanismo se conoce como inflación eterna. En él, de forma natural, se están creando nuevas burbujas continuamente. Todas esas burbujas forman parte de un mismo universo inflacionario, pero todas ellas están desconectadas y es imposible llegar de la una a la otra. Son, a todos los efectos, universos paralelos, pero están irremediablemente separados.

Si la naturaleza ha escogido este paradigma nunca podremos interaccionar con los otros universos burbuja. Y eso puede parecer decepcionante, pero en realidad es bastante bueno: al fin y al cabo, si nuestro universo tuviera conexión con otros universos (sea lo que sea lo que eso signifique) lo primero que veríamos no es a nuestro yo malvado que viene a pervertir nuestra realidad. Lo primero que veríamos es, lógicamente, partículas. Partículas que entran del otro universo, y aparentemente aparecen de la nada, y partículas de nuestro universo que desaparecen porque se han escapado al universo de al lado. No hemos visto aún ninguna de las dos cosas, así que todo indica que nuestro yo malvado habrá de esperar.

La belleza de la inflación eterna radica en su sencillez, y en cómo lleva a sus últimas consecuencias el concepto de inflación, que en principio fue ideado para explicar unas características muy concretas de nuestro universo, y no para estas cosas tan locas. Es, sin duda, un paradigma interesante que debemos tener en mente porque la física necesaria la tenemos al alcance de la mano. De hecho, los estudios de la polarización del fondo cósmico de microondas en los próximos años podrían descartar algunos modelos de inflación eterna y afinar los parámetros de otros. Seguimos estando ante física un poco especulativa, pero física al fin y al cabo.

QUE NO TE LA CUELEN

• No hay nada que indique que la física necesite más universos que éste, pero la posibilidad no está descartada, y en algunos casos se puede explorar experimentalmente.
• La mayoría de teorías que predicen universos paralelos no los tienen como un rasgo fundamental, sino como un bonus que podría estar o no estar.
• En la mayoría de los casos, para tener universos paralelos también hace falta que existan nuevos fenómenos físicos que no hemos observado. Uno de los pocos marcos en los que se puede tener universos paralelos con física “casi estándar” es el de la inflación eterna.

REFERENCIAS

• Alan Guth. Eternal inflation and its implications. Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical, vol. 40, nº 25, pp. 6811–6826 (2007)
• Mikhail Shifman. Large Extra Dimensions:. Becoming Acquainted with an Alternative Paradigm. International Journal of Modern Physics A, vol. 25, nº 2 & 3, pp. 199–225 (2010)
• Valeri Rubakov y Mikhail Shaposhnikov. Do we live inside a domain wall? Physics Letters B, vol. 125, is. 2–3, pp. 136-138 (1983)
• Latham Boyle et al. CPT-symmetric universe. Physical Review Letters, vol. 121, p. 251301 (2018)