Constantes universales y el problema de los multiversos

Hoy vamos a hablar en este pequeño artículo de dos conceptos que tienen una relación más directa de lo que podría parecer: las constantes universales y el concepto de multiversos, y vamos a ver qué relación podría haber entre estos dos elementos. Primero una pequeña explicación de ambos.

Constantes universales: son valores que no cambian con el tiempo. En física existen muchas constantes universales, divididas en dos tipos: dimensionales, es decir, que dependen del sistema de medición (sea por ejemplo el sistema métrico decimal), y adimensionales, que existen de forma independiente. Nos interesan este segundo tipo de constantes, que son las que tienen un valor que es determinado como proporcionalidad de otros valores, y que siempre tienen una relación determinada. Da igual el método que usemos para medir, las valores adimensionales siempre nos darán exactamente el mismo valor.

Por ejemplo, la relación entre la masa del protón y el electrón es un valor fijo, no depende del sistema de medición. Y hay otra constante, muy importante, que también es adimensional: la constante de estructura fina. No vamos a entrar en detalles de lo que es porque no es necesario, pero sí podemos decir que es un valor fijo, muy preciso, que se basa en valores fundamentales de la física actual, y que no cambia en el tiempo.

Un momento: ¿no cambia en el tiempo? ¿Seguro? Probablemente no, pero como decía aquel: ¿y si sí? Bien, si cambiase este valor, tendríamos un buen problema, pero también alguna idea más clara de qué es el universo. Paul Dirac fue el primero en sugerir esta idea, que sigue generando controversia entre la comunidad científica.

Multiversos: otros supuestos universos, quizás con leyes distintas al nuestro, que se desarrollan de alguna forma en su propio espacio y tiempo, y que no pueden interactuar con el nuestro, o quizás lo hagan de forma sutil, un poco al estilo de las branas de la teoría de cuerdas. Esos universos con otras leyes tienen por supuesto cosas tan raras como más o menos dimensiones, ausencia de ciertas partículas, o partículas no conocidas en el nuestro, etc. Las posibilidades son inmensas.

Pero no adelantemos acontecimientos.

El otro día estaba leyendo un artículo que hablaba de la libertad asintótica de los quarks. Esta es una propiedad de los quarks que implica que, cuanto mayor es su distancia, más fuerte es su atracción (dejaremos de lado el chiste de los amantes por ahora). De este modo, la materia bariónica se mantiene unida gracias a que los quarks no pueden separarse. ¿Y qué es la material bariónica? Protones y neutrones, es decir, el 99% de la masa de los átomos.

Sin duda, la libertad asintótica es otro de esos aspectos llamativos de la mecánica cuántica, que demuestran que el universo está lleno de aspectos tremendamente contrarios al sentido común humano, lo cual demuestra que el sentido común humano tiene muy poco de sentido, y menos aún de común.

En ese artículo se indicaba  que la idea de multiverso, tan habitual hoy en día, y paradigma fundamental de la teoría de cuerdas, es una huida hacia delante en la ignorancia de no comprender la realidad física de nuestro universo. Dicho de otro modo, como no podemos explicar la existencia de las constantes adimensionales que tenemos frente a nosotros, ni por qué son exactamente esos valores, deducimos que, en realidad, los valores son arbitrarios, siendo concretos solamente en un universo entre muchos. De este modo, y de un plumazo, hemos resuelto el problema.

Esta conclusión me recuerda, salvando las distancias, a la famosa frase de Albert Einstein de que Dios no juega a los dados, hasta que Böhr le respondió: “Albert por favor, no le digas a Dios lo que tiene que hacer”. ¿Estamos ante el mismo caso? El asunto es bastante controvertido, porque, de igual forma que una función de onda probabilística de una partícula no tiene un valor determinado hasta que se colapsa, y hasta entonces no podemos determinar su valor, otros posibles universos tendrían una existencia efímera a nivel experimental. Es decir, si existen, ¿podemos acceder a ellos? Y si no podemos, ¿tiene algún sentido plantearlos? ¿Son un comodín para explicar la teoría de cuerdas u otras teorías que trabajen con multiversos? ¿O son una realidad per se, solo que nunca podremos acceder a los mismos?

Y la pregunta final es: ¿y si en realidad pudiésemos acceder a ellos? ¿Cómo cambiaría nuestro concepto del universo? ¿Tenemos al menos la posibilidad de disponer de alguna pista de que existan? Podríamos tenerla: con la constante de estructura fina.

La reflexión sobre esta huida hacia adelante es la de algunos físicos eminentes, pero también físicos muy importantes abogan por el multiverso. ¿Quién tiene razón? La pregunta es clave, porque debemos tener en cuenta las implicaciones que supone que exista un solo universo, el que conocemos, con unas leyes únicas, y el del multiverso, con otros universos, que podrían ser como el nuestro o, como se sospecha, cada uno con un conjunto de leyes y características propias y únicas. ¿Universos de cuatro dimensiones? ¿De dos? ¿Qué tal un universo sin dimensiones?

Esta idea de los multiversos no es, aunque pueda parecerlo, nueva. Ya en los años cincuenta del siglo XX se comenzó a especular que, dado un resultado en una observación de una partícula (el ya comentado colapso de la función de onda), ese valor concreto de entre muchos se había dado en este universo, ciertamente. Pero existirían otros universos, como el nuestro, donde otro observador, de ese universo, habría visto otro valor, nunca igual al nuestro. Dicho de otro modo: existe un universo para cada valor posible obtenido en el colapso de la función de onda. Aquello produjo bastante incredulidad en su momento. Luego llegaron otras teorías, entre ellas la teoría de cuerdas, que postulaban no solo más dimensiones, sino un número enorme de universos. Es decir: si puede pasar algo, pasará, al menos en uno de los universos del total. De hecho, podría existir un universo donde yo he escrito esto, y usted lo está leyendo, pero no fui yo quien lo escribió ni es usted quien lo lee. La ciencia ficción ha jugado mucho con esta idea, en Star Trek hay algunos capítulos completos dedicados al tema.

¿Existe algún modo de poder imaginar y calcular fehacientemente que esos otros universos existan? Puede ser, y por favor, téngase en cuenta que este «puede ser» es muy «puede ser». Se supone que esos otros universos disponen de sus propias leyes físicas. ¿Y qué ocurre si las leyes físicas cambian? Ocurre algo de efecto inmediato: las constantes universales adimensionales cambian también su valor. Es lógico: si la proporción de masa entre el electrón y el protón varía, esa constante variará. Si el universo dispone de otras propiedades, la constante de estructura fina también cambiará.

Bien, ¿y a qué nos lleva todo esto? A nuestra constante de estructura fina. La nuestra, la de nuestro universo, con su valor determinado. Vamos a imaginar que este valor cambia con el tiempo, algo que sigue siendo hoy motivo de discusión. Cuando hablo de tiempo, me estoy refiriendo a lo largo de la historia del universo, desde su nacimiento hasta la actualidad. Verificar si este valor ha cambiado no es algo sencillo en absoluto. Es un tema controvertido del que se han ido publicando artículos en diversos medios durante décadas, algunos muy prestigiosos. El problema está en que, si todo el universo cambia proporcionalmente, el valor de la constante se mantiene, precisamente, constante. Diversos físicos han tratado de solventar este problema midiendo parámetros universales distintos a los que configuran la constante de estructura fina, y teniendo en cuenta aspectos tan diversos como el fondo de radiación de ondas, y las señales electromagnéticas de objetos lejanos, con el fin de encontrar un patrón que indique que, esas señales, a lo largo de los eones, han variado por un cambio en la constante de estructura fina. Hablamos, por supuesto, de valores minúsculos, muy difíciles de detectar, pero dentro de la gama de posibilidades de los actuales sensores.

Y aquí es cuando entra un nuevo actor en esta historia: las ondas gravitatorias. Hasta ahora se suponía que debían de existir, según la teoría de la relatividad de Einstein. Pero, como ocurre en el mundo de la ciencia (hola teoría de cuerdas) mientras no se verifica experimentalmente no se puede concluir nada de forma definitiva. Las ondas gravitatorias están ahí, y los gravitelescopios son el nuevo instrumento para trabajar y analizar esas ondas.

¿Qué tienen de particular? Algo muy importante: no se ven afectadas por efectos electromagnéticos. De hecho, las ondas gravitatorias primordiales, fruto de la gran explosión, son el gran objetivo de la física: conocerlas es conocer el universo en el instante en que se creó. De la misma forma que el fondo de microondas nos habló del origen del universo, estas ondas gravitatorias primordiales nos hablarán de cómo fue la creación.

No solo eso; al no estar afectadas por el electromagnetismo, su naturaleza ha quedado prácticamente inalterada a lo largo de los eones. Podremos estudiar el universo desde una nueva perspectiva, única y sin duda revolucionaria. Y esto nos lleva a la constante de estructura fina. ¿Pueden las ondas gravitatorias ser útiles para conocer si la constante ha cambiado? Podría ser, de forma indirecta, y la razón es que las ondas gravitatorias no forman parte del entramado de elementos que conforman el valor de dicha constante. Las ondas gravitatorias no están incluidas dentro de la Teoría Estándar, no son por tanto parte de la misma, y el gravitón, la supuesta partícula que conforma el campo gravitatorio, no ha sido descubierto, y puede pasar tiempo antes de que suceda, si es que existe.

Pero las ondas gravitatorias tienen frecuencia e intensidad, como otras ondas, aunque su estructura no debe compararse a la de las ondas electromagnéticas. Pero sí son ondas, y como tales son el producto de aquel origen que las creó. Ese origen, la gran explosión, y las explosiones de las supernovas de tipo I de las primeras galaxias, dieron una firma a esas ondas. Si conocemos cómo debieron ser esas explosiones, y por lo tanto podemos deducir qué forma deberían tener las ondas gravitatorias, y si luego comparamos esos valores con los reales, podríamos ver diferencias. Bien porque se ha hecho mal los cálculos, o bien, y esto es lo importante, porque el universo, y sus leyes y estructura, han cambiado.

En cualquier caso, verificar que las constantes han cambiado a lo largo de los eones no sería una prueba directa de que existan otros universos, por supuesto. Pero sí indicaría que, dadas unas leyes determinadas, estas no son inmutables en el tiempo, sino que cambian y evolucionan durante el desarrollo del universo desde su punto cero. Se cree y supone que la propia expansión tiene como consecuencia directa ese cambio de leyes, es decir, que las propias leyes físicas están supeditadas a un momento concreto de la expansión del universo. Si esto fuese así, podría extrapolarse que puedan existir otros universos cuyas leyes iniciales fueron distintas, y, por lo tanto, su estructura también lo sea.

Hace poco Stephen Hawking comentó que el universo se expandió bajo unos parámetros muy concretos, que dieron lugar a este universo. Un poco mayor, y no se habrían formado galaxias y estrellas. Un poco menor, hablamos de un orden extremadamente bajo, y el universo habría colapsado de nuevo. Vivimos en un universo con unas constantes y naturaleza muy precisas para permitir el desarrollo de la vida, y por ello existen seres humanos. Esto se conoce como principio antrópico, un término que se ha venido discutiendo de forma a veces hasta agresiva entre los físicos. ¿Es el universo tal como lo vemos tan preciso como para que aparezca el ser humano, y si es así, vivimos en un universo muy único y especial? ¿O son las leyes del universo fijas, de tal modo que no pueden existir otros universos con otras leyes?

Lo cierto es que llevamos cuarenta años de teorías que parecen no avanzar, y cada semana sale un artículo oportunista, demagógico y amarillista sobre este o aquel descubrimiento, que dará la vuelta al mundo de la física. Al cabo de tres o cuatro días ese artículo pasa a engrosar la lista de basura científica que se publica actualmente con demasiada frecuencia, intentando captar la atención de los internautas, en un constante intento por conseguir atraer lectores. Yo tengo suerte; este blog no lo lee nadie (excepto usted, mi estimado lector), así que no tengo que preocuparme de esas cosas. Seguimos en una senda de ideas y más ideas que de momento no nos llevan a nada. La Teoría Estándar sigue en pie, y sabemos que debe haber algo más, pero no podemos sino esperar a resultados convincentes en el CERN, o a que alguien tenga una idea que, por una vez, pueda verificarse en laboratorio. Entonces estaremos haciendo verdadera ciencia. Que es lo que necesitamos.

Mientras tanto, la idea de otros universos seguirá siendo materia de los escritores de ciencia ficción, un tema que da mucho de sí para imaginar posibilidades, por supuesto. Pero la ciencia ficción debe dar paso a algo más tangible. Estaremos atentos a cualquier novedad, para comentarla aquí. Sin estridencias y sin fanfarria. Solo ciencia. Sencilla, y esperamos que amena.