¿Qué es la teoría del mundo paralelo?
Mundos paralelos [también llamados universos paralelos (Multiverso, Universos paralelos), o teoría del multiverso]
Se refiere a una teoría que no ha sido probada en física. , es probable que haya otros universos fuera de nuestro universo, y estos universos son un reflejo de los posibles estados del universo. Estos universos pueden tener las mismas constantes físicas básicas que el universo que conocemos, y también pueden tener las mismas constantes físicas básicas. constantes como el universo que conocemos pueden ser diferentes. El término universo paralelo fue acuñado por el filósofo y psicólogo estadounidense William James en 1895.
Nivel de universo paralelo
Con tal definición de "universo", la gente puede pensar que esto es solo una forma metafísica. Pero la diferencia entre física y metafísica es si la teoría puede comprobarse experimentalmente, no si parece extraña o contiene algo imperceptible. A lo largo de los años, las fronteras de la física se han expandido para incorporar conceptos abstractos (y alguna vez metafísicos) como una Tierra esférica, campos electromagnéticos invisibles, desaceleración del tiempo a altas velocidades, superposición cuántica, la curvatura del espacio, agujeros negros y más. esperar. En los últimos años se ha sumado a la lista anterior el concepto de "multiverso", sumándose a teorías previamente probadas como la relatividad y la mecánica cuántica, y cumpliendo al menos con un criterio básico de una teoría científica empírica: hacer predicciones. Por supuesto, las conclusiones a las que se llegue también pueden ser erróneas. Hasta ahora, los científicos han discutido hasta cuatro tipos de universos paralelos independientes. La pregunta clave ahora no es si existen los multiversos, sino cuántos niveles tienen.
Edita este párrafo Primer nivel: más allá del horizonte
Todos los universos paralelos forman el primer nivel del multiverso. --Este es el nivel menos controvertido. Todo el mundo acepta el hecho de que, aunque no podemos ver al otro yo en este momento, podemos observarlo más tarde moviéndonos a otro lugar o simplemente esperando en el lugar el tiempo suficiente. Es como mirar un barco que se acerca más allá del horizonte del mar; es similar a mirar objetos fuera del horizonte. A medida que la luz viaja, el radio del universo observable se expande medio año luz cada año, así que siéntate ahí y espera y observa. Por supuesto, probablemente no podrás esperar hasta el día en que la luz de otro tú en otro universo llegue hasta aquí, pero teóricamente hablando, si la teoría de la expansión del universo es sostenible, tus descendientes podrán verla con súper telescopios ellos.
Entonces, ¿el concepto de multiverso de primer nivel suena común? ¿No es el espacio infinito? ¿Quién podría imaginar un cartel que dijera en algún lugar: "Aquí termina el espacio, cuidado con la zanja de abajo"? Si es así, todos se preguntarán instintivamente: ¿Qué hay al final "afuera"? De hecho, la teoría del campo gravitatorio de Einstein convirtió nuestra intuición en un problema. Es posible que el espacio no sea infinito, siempre y cuando tenga algún grado de curvatura o no sea topológico (es decir, interconectado) como pensamos intuitivamente.
Un universo esférico, con forma de rosquilla o de cuerno puede tener un tamaño limitado pero no tener límites. Se pueden utilizar observaciones de la radiación cósmica de fondo de microondas para probar estas hipótesis. Consulte otro artículo "¿Es finito el universo?" por Jean-Pierre Luminet, Glenn D. Starkman y Jeffrey R. Weeks Scientific American, abril de 1999. Sin embargo, las observaciones hasta ahora parecen contradecirlas. El modelo del universo infinito es consistente con los datos de observación y existen fuertes restricciones.
Otra posibilidad es que el espacio en sí sea infinito, pero toda la materia esté limitada a un área limitada que nos rodea: el alguna vez popular modelo de "universo isla". La diferencia con este modelo es que a gran escala la materia se distribuye en patrones fractales y se disipa constantemente. En este caso, casi todos los universos del multiverso de primer nivel eventualmente quedarán vacíos y muertos.
Sin embargo, observaciones recientes sobre la distribución galáctica tridimensional y el fondo de microondas han señalado que la organización de la materia presenta una vaga uniformidad a grandes escalas, y no se pueden observar detalles claros en escalas superiores a 10^24 metros. Suponiendo que este patrón continúe, el espacio más allá de nuestro universo observable también estará lleno de planetas, estrellas y galaxias.
Existen datos que respaldan la teoría de que el espacio se extiende más allá del universo observable. El satélite WMAP midió recientemente las fluctuaciones en la radiación de fondo de microondas (izquierda). La amplitud más fuerte supera los 0,5 kelvin, lo que sugiere que el espacio es muy grande, quizás incluso infinito (imagen del medio). Además, los detectores de corrimiento al rojo de galaxias WMAP y 2dF descubrieron que la materia se distribuye uniformemente en el espacio a escalas muy grandes
Los observadores que vivan en diferentes universos paralelos del multiverso de primera capa percibirán que son diferentes al nuestro. Las mismas leyes físicas. , pero diferentes condiciones iniciales. Según la teoría actual, la materia fue expulsada con cierto grado de aleatoriedad en un momento de los primeros días del Big Bang. Este proceso incluye todas las posibilidades de distribución de la materia, y cada posibilidad no es 0. Los cosmólogos suponen que nuestro universo original, con una distribución de materia aproximadamente uniforme y un estado de onda inicial (uno de 100.000 posibilidades), es bastante típico (al menos entre todos los universos paralelos que han producido observadores típicos). Entonces la persona más cercana que sea exactamente como usted estará a 10^(10^28) metros de distancia y habrá un área con un radio de 100 años luz a sólo 10^(10^92) metros de distancia, y todo lo que hay en ella. es exactamente igual al espacio en el que vivimos, lo que significa que todo lo que suceda en nuestro mundo en los próximos 100 años se reproducirá completamente en esta área y el área solo aumentará a 10 ^ (10 ^ 118) metros de distancia; El volumen de Bo es tan grande que, en otras palabras, habrá un universo exactamente como el nuestro.
La estimación anterior es extremadamente conservadora y solo enumera todos los estados cuánticos en un espacio con una temperatura inferior a 10^8 grados y un tamaño de un volumen de Hubble. Un paso en el cálculo es el siguiente: ¿cuántos protones caben en un volumen del Hubble a esa temperatura? La respuesta es 10^118. Cada protón puede existir o no existir, lo que supone un total de ***2^(10^118) estados posibles. Ahora todo lo que se necesita es una caja que pueda contener 2^(10^118) espacios de Hubble para agotar todas las posibilidades. Si la caja es más grande (por ejemplo, una caja con una longitud lateral de 10^ (10^118) metros), la disposición de los protones se repetirá inevitablemente según el principio del cajón. Por supuesto, el universo tiene más que sólo protones y más de dos estados cuánticos, pero se puede utilizar un método similar para estimar la cantidad total de información que el universo puede contener.
La distancia media de otro universo que es exactamente igual al nuestro. El "doppelgänger" más cercano a ti puede que no esté tan lejos como se calcula teóricamente, pero puede que esté mucho más cerca. Porque la forma en que se organiza la materia también está sujeta a otras leyes físicas. Dadas algunas leyes, como los procesos de formación de planetas y las ecuaciones químicas, los astrónomos sospechan que hay al menos 10^20 planetas habitados por humanos sólo dentro de nuestro volumen del Hubble; algunos de ellos pueden ser muy similares a la Tierra;
El marco del multiverso de Nivel 1 se utiliza a menudo para evaluar las teorías cosmológicas modernas, aunque el proceso rara vez se articula. Consideremos, por ejemplo, cómo nuestros cosmólogos utilizan el fondo de microondas para tratar de derivar la geometría del universo como "espacio esférico". Con la diferencia en el radio de curvatura del espacio, el tamaño de esas "áreas calientes" y "áreas frías" en el mapa de fondo cósmico de microondas mostrará ciertas características y las áreas observadas indican que la curvatura es demasiado pequeña para formar una esférica; espacio cerrado. Sin embargo, es importante mantener el rigor estadístico. El tamaño medio de estas regiones en cada espacio del Hubble es completamente aleatorio. Entonces, es posible que el universo nos esté engañando: no es que la curvatura del espacio sea insuficiente para formar una esfera cerrada que haga que el área observada sea más pequeña, sino que el área promedio de nuestro universo es inherentemente más pequeña que otras. Entonces, cuando los cosmólogos juran que su modelo espacial esférico tiene un 99,9 de confianza, lo que realmente quieren decir es que nuestro universo es tan insociable que sólo uno de cada 1.000 volúmenes del Hubble tendría algo así.
El punto clave de esta clase es: incluso si no podemos observar otros universos, la teoría del multiverso aún se puede verificar en la práctica. La clave es predecir la unicidad de cada universo paralelo en el multiverso de primer nivel y señalar su distribución de probabilidad, lo que los matemáticos llaman una "métrica". Nuestro universo debería ser uno de esos "universos más probables". De lo contrario, y desgraciadamente vivimos en un universo improbable, la teoría planteada previamente como hipótesis se vería en serios problemas. Como veremos a continuación, cómo resolver este problema de medición será todo un desafío.
Edita este párrafo El segundo nivel: la burbuja que quedó después de la expansión
Si el concepto del multiverso de primer nivel no es fácil de digerir, entonces intenta imaginar el siguiente con grupos infinitos La estructura de un multiverso: los grupos son independientes entre sí e incluso tienen diferentes dimensiones espacio-temporales y constantes físicas. Estos grupos constituyen la segunda capa del multiverso, predicha por una teoría moderna conocida como "expansión continua del desorden".
Como una extensión inevitable de la teoría del Big Bang, la "inflación" está estrechamente relacionada con muchos otros corolarios de la teoría. Por ejemplo, ¿por qué nuestro universo es tan grande y al mismo tiempo tan regular, liso y plano? La respuesta es que "el espacio ha sufrido un rápido proceso de expansión", lo que no sólo explica la pregunta anterior, sino que también explica muchas otras propiedades del universo. Véase "The Expanding Universe" de Alan H. Guth y Paul J. Steinhard; Scientific American, mayo de 1984; "The Self-Reproducing Expanding Universe" de Andrei Linde, noviembre de 1994. La teoría "inflacionaria" no es sólo el lenguaje de muchas teorías. de partículas elementales, pero Y ha sido confirmado por muchas observaciones. La "persistencia desordenada" se refiere al comportamiento en las escalas más grandes. El espacio en su conjunto se está ampliando y seguirá haciéndolo para siempre. Sin embargo, ciertas áreas dejaron de estirarse, creando "burbujas" individuales como las que se encuentran dentro de una tostada en expansión. Hay innumerables burbujas de este tipo. Cada uno de ellos es un multiverso de Nivel 1: de tamaño infinito y lleno de materia precipitada por fluctuaciones en los campos de energía.
Para la Tierra, la otra burbuja está infinitamente lejos, tan lejos que nunca podrás alcanzarla aunque viajes a la velocidad de la luz. Porque el espacio entre la Tierra y la "otra burbuja" se está estirando más rápido de lo que se puede viajar. Si hay otro tú en otra burbuja, ni siquiera tus descendientes podrán observarlo. Por la misma razón que el espacio se está expandiendo a un ritmo acelerado, la observación desalentadora es que incluso el otro yo en la primera capa del espacio multidimensional ya no será visible.
El segundo nivel del multiverso es muy diferente al primer nivel. No sólo difieren las condiciones iniciales de cada burbuja, sino que su apariencia también es muy diferente. La visión predominante en la física actual es que las dimensiones del espacio y el tiempo, las propiedades de las partículas elementales y muchas de las llamadas constantes físicas no son parte de las leyes físicas básicas, sino que son sólo el resultado de un proceso llamado "rotura de simetría". " Por ejemplo, los físicos teóricos creen que nuestro universo alguna vez estuvo formado por nueve dimensiones iguales. En la historia temprana del universo, sólo tres de las dimensiones participaron en la expansión del espacio, formando el universo tridimensional que observamos ahora. Las 6 dimensiones restantes ahora son inobservables porque están enrolladas en escamas muy pequeñas y toda la materia se distribuye en la "superficie" de estas tres dimensiones completamente estiradas (para 9 dimensiones, la tercera dimensión es solo una superficie, o una " membrana").
Vivimos en un espacio-tiempo de 31 dimensiones y esto no nos sorprende especialmente. Cuando las ecuaciones diferenciales parciales que describen la naturaleza son ecuaciones elípticas o hiperbólicas, es decir, el espacio o el tiempo son 0-dimensionales o simultáneamente multidimensionales, el universo es imposible de predecir para el observador (partes violeta y verde). En los casos restantes (ecuaciones hiperbólicas), si ngt; 3, los átomos no pueden existir de manera estable, y nlt; 3, la complejidad es demasiado baja para producir un observador consciente de sí mismo (sin gravedad, la topología también es un problema).
Así, decimos que se destruye la simetría del espacio.
La incertidumbre en las ondas cuánticas hace que diferentes burbujas alteren su equilibrio de diferentes maneras a medida que se expanden. Y los resultados serán muy extraños. Algunos de ellos pueden extenderse hasta un espacio de cuatro dimensiones; otros pueden formar sólo dos generaciones de quarks en lugar de las tres que conocemos y algunos de ellos pueden tener constantes físicas básicas mayores que las nuestras;
Otra forma de crear un multiverso de segundo nivel es recorrer el ciclo completo del universo desde la creación hasta la destrucción. En la historia de la ciencia, esta teoría fue propuesta por un físico llamado Richard C en la década de 1930. Recientemente, dos científicos, Paul J. Steinhardt de la Universidad de Princeton y Neil Turok de la Universidad de Cambridge, la desarrollaron. Steinhardt y Turok propusieron un modelo de una "brana tridimensional secundaria" que está bastante cerca de nuestro espacio, con cierta traslación a dimensiones superiores. consulte 'Been There, Done That', de George Musser News Scan, Scientific American, marzo de 2002. Este universo paralelo no es verdaderamente un universo independiente, pero el universo en su conjunto (pasado, presente y futuro) forma un universo múltiple y puede Se puede demostrar que contiene tanta diversidad como el universo en expansión desordenada. Además, el físico Lee Smolin de Waterloo ha propuesto otra teoría con diversidad similar al multiverso de Nivel 2, en el que el universo se crea y muta a través de agujeros negros en lugar de mediante la física de membranas.
Aunque no podemos interactuar con otras cosas en el multiverso de Nivel 2, los cosmólogos aún pueden señalar indirectamente su existencia. Porque su existencia puede usarse para explicar la aleatoriedad de nuestro universo. He aquí una analogía: imagina que entras a un hotel y encuentras una habitación con la puerta número 1967, el año en que naciste. Qué casualidad, te maravillaste en ese momento. Pero pronto te diste cuenta de que esto no era ninguna coincidencia. Hay cientos de habitaciones repartidas por todo el hotel y es normal que una de ellas coincida con tu cumpleaños. Sin embargo, si lo que ve es otro número que no tiene nada que ver con usted, no desencadenará el pensamiento anterior. ¿Qué quiere decir esto? Incluso si no sabes nada sobre hoteles, puedes utilizar el método anterior para explicar muchos fenómenos accidentales.
Pongamos un ejemplo más relevante: examinemos la masa del sol. La masa del Sol determina su luminosidad (es decir, la cantidad de radiación que emite). A través de cálculos físicos básicos, sabemos que sólo cuando la masa del Sol está dentro de un rango estrecho de 1,6X10^30~2,4X10^30 kilogramos, la Tierra puede ser adecuada para la vida. De lo contrario, la Tierra sería más caliente que Venus o más fría que Marte. La masa del sol es exactamente 2,0X10^30 kilogramos. A primera vista, la masa del Sol parece ser un sorprendente golpe de suerte y coincidencia. Las masas de la mayoría de las estrellas se distribuyen aleatoriamente en el amplio rango de 10^29 a 10^32 kilogramos. Por lo tanto, si la masa del Sol se determina aleatoriamente al nacer, las posibilidades de caer en el rango correcto serán muy escasas. Sin embargo, con la experiencia del hotel, entendemos que esta aparente posibilidad es en realidad el resultado de una selección inevitable en un sistema grande (en este caso, muchos sistemas solares) (porque estamos aquí, la masa del sol tiene que serlo). Esta selección dependiente del observador se denomina "principio antrópico". Aunque es comprensible lo controvertido que ha sido, los físicos han aceptado ampliamente el hecho de que este efecto de selección no puede ignorarse al probar teorías básicas.
Lo que se aplica a las habitaciones de hotel, también se aplica a los universos paralelos. Lo interesante es que cuando se rompe la simetría de nuestro universo, todas (al menos la mayoría) de las propiedades se "ajustan" perfectamente. Si se realiza incluso un cambio muy pequeño en estas propiedades, el universo entero será completamente diferente: ningún ser vivo. puede existir en él. Si la masa de los protones aumenta en 0,2, inmediatamente se desintegran en neutrones y los átomos no pueden existir de forma estable. Si la fuerza electromagnética se redujera a 4, no habría hidrógeno y, por tanto, no habría estrellas. Si las interacciones débiles fueran más débiles, tampoco se podría formar hidrógeno; por el contrario, si fueran más fuertes, esas supernovas no podrían difundir iones de elementos pesados al espacio interestelar.
Si el universo tuviera una constante mayor, se destruiría antes de que se pudieran formar galaxias.
Aunque aún no se sabe qué tan bien regulado está el universo, cada uno de los ejemplos anteriores implica que hay muchos universos paralelos que contienen todos los estados de regulación posibles. véase 'Exploring Our Universe and Others', de Martin Rees; Scientific American, diciembre de 1999. El multiverso de nivel 2 presupone la imposibilidad para los físicos de determinar los valores teóricos de esas constantes. Sólo pueden calcular la distribución de probabilidad de los valores esperados, después de tener en cuenta los efectos de selección.
Edita este párrafo El tercer nivel: mundo paralelo cuántico
Los mundos paralelos predichos por el primer y segundo nivel del multiverso están tan alejados entre sí que están fuera del alcance de los astrónomos. Pero la siguiente capa del multiverso nos rodea a ti y a mí. Proviene directamente de la famosa y controvertida interpretación de la mecánica cuántica: que cualquier proceso cuántico aleatorio hace que el universo se divida en múltiples, uno para cada posibilidad.
Universo paralelo cuántico. Cuando tiras un dado, parece que produce aleatoriamente un resultado específico. Sin embargo, la mecánica cuántica afirma que en ese instante se lanzaron todos los estados y los dados se detuvieron en diferentes puntos de diferentes universos. En un universo, sacaste un 1, en el otro universo, sacaste un 2... Sin embargo, sólo podemos ver una pequeña parte de la realidad total: un universo.
A principios del siglo XX, el éxito de la teoría de la mecánica cuántica a la hora de explicar fenómenos a nivel atómico desencadenó una revolución en la física. En el ámbito atómico, el movimiento de la materia ya no obedece a las leyes de la mecánica clásica newtoniana. Si bien la teoría cuántica ha logrado un éxito notable al explicarlos, también ha desencadenado debates explosivos y acalorados. ¿Qué significa? La teoría cuántica señala que el universo no está determinado por la posición y velocidad de todas las partículas como lo describe la teoría clásica, sino por un objeto matemático llamado función de onda. Según la ecuación de Schrödinger, este estado evoluciona con el tiempo de una manera que los matemáticos llaman "unidad", lo que significa que la función de onda evoluciona en un espacio de dimensiones infinitas llamado "espacio de Hilbert". Aunque la mecánica cuántica se describe como aleatoria e incierta la mayor parte del tiempo, la forma en que evoluciona la función de onda es completamente determinista y no hay aleatoriedad alguna.