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Universos Paralelos

 UNIVERSOS PARALELOS

 
 «El cero es un número sospechoso», comenta Sidney Coleman, cerrando los ojos y jugueteando con su bigote, dos costumbres que parecen ayudarle a poner en orden sus pensamientos. «Si se tratase de cualquier otro número diríamos: ¿Y qué? Pero el cero es un número que se destaca».
 
 
Coleman es un famoso físico teórico de la Universidad de Harvard. Con estas palabras se está refiriendo a la cantìdad de energia que contiene el espacio vacío. A la mayoría de las personas les parecerá perfectamente natural que tal número -llamado constante cosmológica-, sea el cero. Después de todo. el espacio vacio debería de estar realmente vacío, ser una nada absoluta. Pero. según la teoría cuántica. el espacio vacío no está vacío, ni mucho menos. Por el contrario. se encuentra repleto de campos fluctuantes de energía. A pesar de que los físicos no acaban de ponerse de acuerdo acerca de si el total de la energía en el vacío debiera de ser positiva o negativa. si están de acuerdo en que ésta debe ser enorme. de 80 cifras a la izquierda de la coma de los decimales en las unidades en que se miden tales cosas.
 
 
Dado que la energía es equivalente a la masa, el vacío energético debería de ejercer alguna fuerza de gravedad. Si la constante cosmológica es cuantiosa y negativa, supliría la atracción gravitacional de la materia ordinaria. Así, el universo, en lugar de continuar expandiéndose como consecuencia del Big Bang, se colapsaría, derrumbándose sobre si mismo en el Big Crunch. Por otro lado, si la constante cosmológica es grande y positiva, se generaría una especie de antigravedad, una fuerza que repelería la materia, haciéndola salir despedida en todas direcciones con tal velocidad, que nunca más pudiese agruparse para formar galaxias, incluyendo la nuestra.
 
 
Está claro que ninguno de estos casos es cierto y, por lo tanto, la constante cosmológica, ya sean positivos o negativos, sumen exactamente cero. Coleman cree saber lo que es ese algo. Según dice, la constante cosmológica queda eliminada por los agujeros de gusano: invisibles rasgaduras submicroscópicas en la estructura del espacio-tiempo, que salen de nuestro universo, uniéndolo a una red infinita de otros universos.
 
 
Coleman practica la física en su propia casa, generalmente tarde en la noche. Si fuésemos a visitarle a su nuevo despacho que acaba de estrenar en Harvard, puede que saliésemos de allí con una idea equivocada de cuál es su línea principal de trabajo. En las estanterías de la pared apenas si hay unas docenas de libros. La mayoría de ciencia-ficción, que le gusta con pasión, aunque tiene ciertas reservas hacia ella. «En la actualidad se escribe más ciencia ficción que nunca, pero cada día se escriben menos cosas buenas. Lo mismo sucede con la ciencia», confiesa.
 
 
El despacho de Coleman es sencillo, pero siempre con mucha actividad. Atrae a multitud de pensadores que practicando la ciencia-ficción como la ciencia seria; gente que llama por teléfono o va a visitar a este físico, de 53 años de edad, para obtener información, inspiración, diversión o cigarrillos.
 
 
Colema intercambia con tanta frecuencia la tizas y el cigarrillo entre sus dedos, que casi se espera verle llevarse la tiza a los labios. Los amigos describen al físico una mezcla entre Albert Einstein y Wood Allen. Su extraordinaria agudeza forma parte de la leyenda académica. Una de las muchas historias que han circulado acerca de él en muchos de los departamentos de física de la nación cuenta cómo Coleman llegó tarde y atropelladamente a un seminario que daba Steven Weinberg, el físico ganador del Premio Nobel, estando la sala abarrotada. Llegó justo a tiempo para oír como alguien entretre el público decia: «Lo lamento, pero no se la respuesta». A lo que Coleman gritó todavía desde el pasillo: «Yo la sé. ¿Cuál era la pregunta?». A continuación  escuchó la pregunta y la contestó sin problemas. Semejantes trucos habrían tachado a otros de arrogantes, pero Colemán es cautivadoramente modesto, incluso en su obra publicada. «Siempre es posible que, aunque no sea consciente de ello, esté metido en arenas movedizas hasta el cuello y me esté hundiendo rápidamente», escribió en el periódico acerca de su teoría sobre los agujeros de gusano.
 
 
De hecho, si hay algo que preocupa a los físicos acerca de Coleman, es que, a pesar de su curiosidad y del alcance innegable de su intelecto, de un modo u otro se las haya arreglado para impedir el adelanto fundamental que se reconoce fuera de la comunidad de los físicos. «Es más inteligente que la mayoría de las personas que obtienen el premio Nobel», reconoce su colega Steven Giddings. «Pero algunas personas sencillamente no se encuentran en el lugar adecuado justo en el momento oportuno». La solución de los agujeros de gusano al problema de la constante cosmológica podría resultar el lugar adecuado para Sidney Coleman.
 
 
La constante cosmológica ha sido un problema desde el momento en que Einstein la ideó en 1917. Un par de años antes, el gran hombre había publicado su teoría general de la relatividad, en que describía la gravedad como una curvatura de espacio-tiempo inducida por la masa-energía. Cuando intentó aplicarla a la cosmología, su teoria encontró el mismo problema que había confundido a Isaac Newton: la atracción gravitacional de la materia debería hacer que el universo se desintegrase. Aunque como posibilidad teórica, la ecuación de Einstein permitía que el universo se expandiese, en 1917 no había motivos para creer en una proposición tan radical. Todo lo contrario. En aquel entonces, tanto los prejuicios filosóficos como la observación astronómica apoyaban la opinión de que el universo era estático. De modo que Einstein apuntaló su ecuación con una constante cosmológica positiva: una fuerza repelente independiente de la materia, que contrarrestase la gravedad y que mantuviese el universo inmóvil. Sin embargo, no propuso un origen físico para la fuerza que había inventado. Al cabo de una década deseó no haberlo hecho.
 
 
En el año 1927, el astrónomo Edwin Hubble descubrió que el universo estaba realmente expandiéndose: las galaxias más distantes del universo se están se parando del nuestro a velocidades semejantes a las de la luz. Este descubrimiento, junto con la teoría de la relatividad general, levó a lanzar la hipótesis de que el universo debió de comenzar con una explosión, el Bing Bang, cuya tremenda energía, sigue aún arrollando a la gravedad y empujando a las galaxias hacia el exterior. Con la teoría del Gran Estallido no había necesidad de la fuerza antigravitatoria de Einstein. Más adelante éste último declaró que la constante cosmológica era «el mayor patinazo científico de mi vida».
 
 
Pero no fue el único. Su siguiente error fue pensar que, habiendo inventado la constante cosmológica, era libre de deshacerse de ella, para que fuese equivalente a cero por decreto. Pero al hacerlo, no contó con la mecánica cuántica, que floreció entre los años 1920 y 1930, y que proveyó a la constante cosmológica de algo que no le había concedido Einstein: la razón física fundamental.
 
 
EI motivo primordial se deriva del famoso principio de incertidumbre de la mecánica cuántica que afirma la imposibilidad de medir con precisión absoluta la posición y velocidad de una partícula elemental al mismo tiempo: cuanto más exactamente se determine una propiedad, tanto más indeterminada se hace la otra. El principio de Heisenberg se aplica, no obstante también, a otros pares de variables, en particular a la energía y al tiempo.
 
 
En este caso lo que significa es que la precisión con la que se puede medir la energía de cualquier sistema, como pueda ser un fragmento de espacio vacío, está limitada por la duración de la medición: cuanto más corto sea el tiempo, mayor la imprecisión. Esta incertidumbre no podrá resolverse nunca haciendo uso de los instrumentos de medida más exactos, ya que es inherente al sistema. Durante un intervalo suficientemente corto, el sistema puede sumir prácticamente cualquier energía y, de hecho, lo hace. En un mundo gobernado por la mécanica cuántica, la energía del sistema en cualquier instante fugaz solamente puede observarse en su naturaleza ondulatoria.
 
 
Como consecuencia de ello, el vacío del espacio vacío, valga la redundancia no está sin nada, sino invadido por fluctuantes campos de energía. Cuando son suficientemente grandes, se manifiesta en forma de partículas -fotones individuales o pares de partículas, que consisten en un electrón o quark y su antimateria gemela- que irrumpe en la existencia, pero pronto se aniquilan. El vacío está repleto de estas partículas virtuales de corta duración. Sin embargo se nos antoja vacío, porque la visita que efectúa cada partícula individual a la realidad es según el principio de la incertidumbre, tan infinitesimalmente breve que prácticamente es indetectable.
 
 
En masa, sin embargo, los efectos de estas partículas virtuales sí pueden ser observables produce un efecto en concreto su energía debería deformar el espacio. La deformación sería totalmente independiente de la producida por la materia corriente, y por ello, a pesar de Einstein, constituiría una constante cosmológica diferente al cero.
 
 
¿Cuál sería el valor de esta constante? Dependería de la frecuencia con la que apareciesen las partículas virtuales en un volumen concreto de espacio, así como de la clase de partículas que fuesen. Tanto los quarks como los electrones virtuales producen prácticamente el mismo efecto que sus homólogos reales contraen el espacio. Por contra, los fotones virtuales, o cualquier otra partícula que transmita fuerza, tiene el efecto opuesto es decir, expanden el espacio. «Hay un montón de cosas que contribuyen a la constante cosmológica. Algunas más, otras menos; de modo que esperamos que algunas se eliminen», comenta Coleman.
 
 
Pero no todas. No pueden calcularse con exactitud las contribuciones positivas y negativas. Según la teoría, deben de ser inmensas; por tanto, la posibilidad de que se eliminen de modo exacto son igual de enormes. «Imaginemos que durante diez años gastase millones de dólares sin echar un vistazo a su saldo, y que cuando comparase por fin lo que había gastado con lo que había ganado, el balance se ajustase al céntimo», propone Coleman. Naturalmente, el saldo cosmológico es aún menos factible, porque los ingresos no se realizan en millones de unidades de energía, sino que son del orden del l0 elevado al 80. Si se equilibrase en un una por ciento, la densidad neta de la energía en el vacío seguiría encontrándose en un 10 elevado al 78 que, según el físico americano, «es muchísimo mayor que la densidad energética en el interior de una estrella de neutrónes».
 
 
Sin embargo, no es preciso ser físico de partículas, para saber que cualquier predicción sobre una constante cosmológica enorme está muy equivocada. Basta con mirar por la ventana. Si la constante fuese tan grande como aseguran, el espacio estaría tan torcido, que no podría verse una línea recta más allá de unos centenares de metros. Si esta constante fuese positiva -es decir, capaz de repeler- los objetos que se encontrasen a unos centenares de metros de nosotros se escaparían a tal velocidad, que ni siquiera su luz nos alcanzaría. De ser negativa y atrajese, todo el universo se encontraría en frente, a unos centenares de metros.

 
Es más, incluso una constante relativamente pequeña, disminuiría o aceleraría considerablemente la velocidad a la que las galaxias distantes se alejan de nosotros. Pero los esfuerzos de los astrónomos aún no han podido revelar semejante cambio. Al parecer, la constante cosmológica es realmente de cero, o está muy cercana a esa cifra.
 
 
¿Por qué es tan inexacto el cálculo de los físicos? Parece como si algún extraño mecanismo misterioso estuviese maquinando en secreto para colocar las distintas contribuciones a la constante cosmológica de tal modo que todas ellas se eliminasen. Coleman cree que ese mecanismo es similar a las partículas virtuales que surgen de las fluctuaciones cuánticas. En esta ocasión, sin embargo, las fluctuaciones no son las de campos de energía, sino fluctuaciones del mismo espacio vacío.
 
 
El conocido físico británico Stephen Hawking no pensaba precisamente en esto a principios de 1988, cuando inventó el agujero de gusano cuántico. El concepto surgió de las cábalas matemáticas relacionadas con las ecuaciones de la cosmología cuántica, que representan el enorme esfuerzo que hacen los físicos de nuestros días por aplicar la incertidumbre de la mecánica cuántica a la gravedad y al universo como un todo.
 
 
De la misma manera que la mecánica cuántica afirma que pueden surgir partículas de la nada en un vacío, la cosmología cuántica alega que existe cierta probabllidad de que una porción pequeña de espacio-tiempo irrumpa de repente e inesperadamente en la realidad del universo. Precisamente eso es un agujero de gusano, una fluctuación en el campo espaciotemporal, de igual modo que una partícula virtual es una fluctuación en un campo de energía.
 
 
Sin embargo, un agujero de gusano es todavía más diminuto que una partícula. Posee forma de túnel. Una de sus bocas está unida a cualquier punto en el espacio y tiempo de nuestro universo. La segunda abertura puede estar situada en cualquier otro lugar de nuestro universo, aunque no ha de estar necesariamente siempre unida a él. Puede sencillamente que el agujero de gusano sobresalga en el vacío más allá de nuestro espacio y tiempo, formando un callejón sin salida cósmico, conocido como universo recién nacido. De acuerdo con la cosmología cuántica, este universo nuevo puede desaparecer de forma tan rápida como apareció, pero también puede expandirse y llegar a convertirse en un cosmos desarrollado.
 
 
Aún más, el agujero de gusano podría conectarse con un interminable número de universos paralelos que existían de antemano y que, de otro modo, nos resultarían inaccesibles. La cosmología cuántica no da por hecho que nuestro universo sea el único, plantea la posibilidad de la existencia de una cadena de universos. Sin embargo, no son fáciles de visualizar. La mejor manera es imaginar nuestro universo como la superficie bidimensional de un globo: los universos paralelos serían entonces los demás globos que rodean al nuestro. Tratemos ahora de imaginar que los distintos globos están conectados entre sí por una especie de finísimas trompetillas de goma de espacio-tiempo, que corresponden a los agujeros de gusano. A su vez, las superficies de los globos están cubiertas por millares de dlminutas protuberancias fugaces que son los universos recién nacidos o baby universes.
 
 
Esta suposición extravagante de la existencia de universos paralelos conectados por agujeros de gusano atrajo de inmediato a Coleman. Es consciente de que el ciudadano medio no puede comprender bien conceptos semejantes, «aunque la noción de univesos múltiples es una de las ideas más naturales del mundo. Lo que realmente resulta sobrecogedor es la tesis original de Einstein de que la geometría del espacio-tiempo sea
 
una variable dinámica».
 
 
«En la actualidad las personas consideran como algo elemental que el universo se expanda. No obstante, es una idea extraña que puede resultar difícil de concebir. No sólo son nuestros abuelos los que se preguntan que, si el universo se está expandiendo, ¿hacía dónde lo hace?». La respuesta es: hacia ninguna parte.
 
 
Una vez que se ha aceptado que el universo puede ser finito, pero sin fronteras no resulta tan imposible concebir que el universo tenga algún componente desconectado. Cuando se ha aceptado el concepto de la existencia de un sólo universo con otro pequeño que se ha separa do, ¿por qué no asumir también la existencia de dos universos grandes?
 
 
«De todas formas, si no hay manera de que haya alguna clase de conexión en tre los universos separados, esta afirmación cosmológica carece de consecuencias. De ser correcta, lo que la teoría del agujero de gusano consigue es poner a nuestro alcance alguna lucecita de lógica teórica respecto a la hipótesis de que existen otros universos».
 
 
No obstante, los agujeros de gusano no nos ofrecen la posibilidad de viajar a otros universos, puesto que son demasiado pequeños como para admitir algo siquiera tan diminito como una partícula elemental. Gracias a la naturaleza surrealista de la física cuántica, no puede decirse que el otro lado del agujero de gusano ocupe un lugar único y concreto en el espacio-tiempo, sino que tiene una probabilidad específica de tener esa localización en particular.
 
 
Ocultas en las matemáticas de los agujeros de gusano, Coleman, sin embargo, halló algunas consecuencias eminentemente significativas. Pensó que los aguieros de gusano podrían contribuir a la comprensión de nuestro universo con información en forma de valores relacionados con las constantes de la naturaleza.
 
 
«Descubrí -dice- que los agujeros de gusano podían conducirnos a la resolución de una perplejidad pendiente desde hacía tiempo en la física teórica, la desaparición de la constante cosmológica».
 
 
Además, suscitaba la posibilidad de que el mismo mecanismo afectase a otras constantes de la naturaleza de tal modo como para hacerlas determinadas. Resultaba un mecanismo nuevo, totalmente distinto a cualquier otro en el que se tiabía pensado con anterioridad.
 
 
¡Cuán distinto sería el aspecto de nuestro universo si la masa de partículas elementales, las distintas fuerzas o cualquier otra constante de la naturaleza tuviesen valores diferentes! Sin embargo, nunca ha habido evidencia alguna de que los valores no fuesen completamente arbitrarios. Naturalmente esta es una de las contrariedades principales a las que los físicos se enfrentan, buscando en vano durante largo tiempo el medio por el cual establecer las constantes de la naturaleza.
 
 
«Cuando era estudiante en Caltech -recuerda Coleman-, mi catedrático Dick Feldman dibujó en la pizarra una casilla que nunca borró, en cuyo interior decía: ¿Por qué pesa un muón? Hasta la fecha, nadie sabe por qué el muón pesa 207 veces más que un electrón o por qué el electrón pesa 1/1.800 de lo que pesa un protón».
 
 
La teoría de Coleman sobre la constante cosmológica es una hipótesis matemática. Cualquier analogía física es, como poco, imperfecta, «lo que probablemente indica confiesa- que no entendemos la teoría en toda su profundidad». El propio Coleman no parece traspolar el problema en gráficos físicos, y únicamente configura uno cuando se ve presionado a hacerlo. Su argumento teórico es a grandes rasgos el siguiente: podría esperarse que otros universos contuviesen materia y energía. De un modo u otro, éstas podrían tener alguna interacción con las partículas de nuestro universo por medio de la abertura del agujero de gusano. Se da por supuesto que, en ese caso, esta materia tendría que comprimirse o algo por el estilo, teniendo en cuenta que los agujeros de gusano son menores que las partículas elementales más diminutas que conocemos. Pero, a pesar de que represente ciertas dificultades conceptuales, esta hipótesis no es una imposibilidad matemática. Los físicos pueden ver los resultados de estas interacciones en el comportamiento habitual de las partículas elementales, pero no la influencia que ejercen los agujeros de gusano.«Estos actúan como un destello, a una escala tan microscópica que somos incapaces de vislumbrarla», explica Coleman.
 
 
De todas maneras, los agujeros de gusano podrían afectar a las medidas de las constantes fundamentales de la naturaleza. Por ejemplo, los físicos mlden la carga del electrón unidad básica de la corriente eléctrica- observando de qué modo los electrones absorben y emiten fotones de luz en uri campo eléctrico. Si tanto la materia como la energía en otros universos estimulasen a los electrones para que absorbiesen y emitiesen fotones a mayor velocidad -denuevo, no preguntemos exactamente cómo-, la carga medida del electrón sería más elevada. A base de mecanismos similares podrían cambiarse otras constantes de la naturaleza. Estableciendo valores respecto a esas constantes, según Coleman, los agujeros de gusano podrían determinar también la densidad de la energía del vacio, es decir, de la constante cosmológica. Los agujeros de gusano se las arreglan para que su valor sea cero.
 
 
Coleman no puede explicar qué procesos físicos hacen de esto una realidad. Pero las matemáticas, dice, están perfectamente claras: al describir el universo en términos cuánticos, dando por hecho que forma parte de una red de universos unidos por todas partes por agujeros de gusano, resulta infinitamente más probable que toda esa cadena de universos nosea una constante cosmológica equivalente a cero antes que una positiva o negativa. La constante cosmológica es cero porque, según la cosmología cuántica es el resultado que arroja una probabilidad mayor.
 
Los agujeros de gusano ayudan además a resolver un misterio secundario respecto a la constante cosmológica. No sólo resulta enigmático que la constante sea cero, sino que es especialmente incomprensible que ahora sea cero. Al igual que ocurre con todas las demás constantes de la naturaleza, se da por sentado que su valor quedó establecido en los primeros instantes después del Big Bang. Con todo, la energía de las partículas virtuales que hoy nos parece tan grande frente al trasfondo de nuestro actual universo relativamente frío, debió haber sido inconmensurablemente pequeña comparada con la conmoción originada por la materia y la energía de aquel joven universo. La cuestión radica en comcrender cómo pudieron arreglarse las cosas en el principio para que algo que no oodía medirse entonces sea ahora eliminado con exactitud.
 
 
Con la nueva teoría de los aguieros de gusano, Coleman asegura que desaparece el asunto del arreglo previo. Cuando nuestro universo era aún muy joven, diminuto y caliente, lo más factible hubiera sido que la mayoría de los agujeros de gusano se hubiesen unido a universos más antiguos, que ya se habían enfriado y eran más grandes.
 
 
En ellos podría haberse medido la densidad de la partícula virtual. Por medio de las conexiones con otros universos a través de agujeros de gusano, el nuestro podía haber vislumbrado su propio futuro y hubiese conocido cuál era su densidad de partícula virtual y no hubiera tenido que aventurarse a adivinarlo de una manera absurda.
 
 
El extraño lenguaje metafórico al que Coleman recurre para explicar sus idea hablando del universo, por ejemplo, como algo que puede tener conocimiento, es un síntoma de que las tesis no están totalmente desarrolladas. A pesar de llo, la comunidad científica reaccionó al principio con un entusiasmo inusitado. La teoría de los agujeros de gusano de Coleman suministró un eslabón clave que faltaba en la cosmología cuántica, explicando cómo la física a escala cósmica podía estar relacionada con la física a escala cuántica.
 
 
Sin embargo, a los dos años de haberla presentado, su teoría se ha vuelto más controvertida. Para empezar, Susskind está convencido de que toda la idea del agujero de gusano está equivocada en muchos aspectos. «Mientras en las matemáticas nada impide la aparición de los grandes agujeros de gusano, evidentemente esto no está sucediendo en realidad», dice. Otros físicos son más moderados en su escepticismo.
 
 
«El estallido de entusiasmo inicial respecto a la teoría de Coleman ha dado paso a la creencia de que se basa en ciertas suposiciones que nadie comprende realmente», dice Giddings. Aún así la teoría parece encajar.
 
Coleman sería el primero en admitir que los fundamentos de su tesis distan mucho de ser sólidos. No existe una teoría ampliamente aceptada de cómo la mecánica cuántica puede aplicar a la gravedad, pero cree poder responder a la mayoría de las objeciones que se le imputan. Lo que más decepcionante le resulta es la falta de una gran perspectiva que permita verificar su teoría de forma experimental. «Probablemente no sea equivocada», es la última palabra de Coleman acerca de su idea del agujero de gusano.
 
Quizá llegase a admitir que su idea no es precisamente el invento de la rueda, pero su actitud frente a su propio trabajo y a toda la física tajante, sigue siendo de un alegre cinismo. En cierta ocasión, poco después de haber llegado a Israel y darse cuenta de que su equipaje no había hecho el viaje con él, un reportero de la televisión le preguntó qué opinaba con respecto a la afirmáción hecha por Hawking de que los físicos entenderían los secretos del universo para finales de siglo. «Soy más pesimista que Hawking -refunfuñó Coleman-, no creo que encuentre mi maleta para finales de siglo».