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La ciencia y el multiverso
Sobre inferencia, explicación y predicción

Cuando David Gross, correceptor del premio Nobel de Física de 2004, lanza invectivas contra el multiverso paisaje de la teoría de cuerdas, es muy probable que cite la alocución de Winston Churchill el 29 de octubre de 1941: «No hay que rendirse… Nunca, nunca, nunca, nunca —en nada, grande o pequeño, importante o trivial—, no hay que rendirse nunca». Cuando Paul Steinhardt, el profesor Albert Einstein de Ciencias en la Universidad de Princeton y codescubridor de la forma moderna de la cosmología inflacionaria, expresa su disgusto por el multiverso paisaje, las florituras retóricas son más contenidas, pero usted puede estar seguro de que en algún momento aparecerá una comparación, desfavorable, con la religión. Martin Rees, el astrónomo real del Reino Unido, ve el multiverso como el siguiente paso natural en nuestra comprensión profunda de todo lo que hay. Leonard Susskind dice que quienes ignoran la posibilidad de que seamos parte de un multiverso simplemente están apartando sus ojos de una visión que encuentran insoportable. Y éstos son sólo unos pocos ejemplos. Hay muchos más en uno u otro sentido, negadores vehementes y devotos entusiastas, y no siempre expresan sus opiniones en voz tan alta.

Durante el cuarto de siglo que he estado trabajando en teoría de cuerdas nunca he visto tanto apasionamiento, o un lenguaje tan cortante, como en las discusiones del paisaje de la teoría de cuerdas y el multiverso a que pueden dar lugar. Y es evidente por qué. Muchos ven estos desarrollos como un campo de batalla para el alma misma de la ciencia.

El alma de la ciencia

Aunque el multiverso paisaje ha sido el catalizador, los argumentos giran sobre cuestiones centrales para cualquier teoría en la que aparece un multiverso. ¿Es científicamente justificable hablar de un multiverso, una aproximación que invoca dominios inaccesibles no sólo en la práctica sino, en muchos casos, incluso en teoría? ¿Es la noción de multiverso verificable o falsable? ¿Puede la invocación de un multiverso proporcionar un poder explicativo del que de lo contrario estaríamos privados?

Si la respuesta a estas preguntas es no, como afirman los detractores, entonces los defensores del multiverso están adoptado una posición inusual. Propuestas no verificables ni falsables, que invocan dominios ocultos inaccesibles para nosotros… parece que esto queda muy lejos de lo que a la mayoría de nosotros nos gustaría llamar ciencia. Y ahí está la chispa que enciende las pasiones. Los defensores contraatacan diciendo que aunque la manera en la que un multiverso dado conecta con las observaciones puede ser diferente de aquella a la que estamos acostumbrados en las propuestas respetables —puede ser más indirecta; puede ser menos explícita; puede requerir que brille una suerte favorable en experimentos futuros—, tales conexiones no están totalmente ausentes. Sin hacer apologías, esta línea argumental adopta una visión expansiva de lo que nuestras teorías y observaciones pueden revelar, y cómo pueden verificarse las ideas.

Cuál sea su postura respecto al multiverso depende también de su visión del mandato central de la ciencia. Los sumarios generales suelen resaltar que la ciencia trata de encontrar regularidades en el funcionamiento del universo, de explicar cómo las regularidades iluminan y reflejan leyes subyacentes de la naturaleza, y de poner a prueba las leyes propuestas haciendo predicciones que pueden ser verificadas o refutadas mediante más experimentos u observaciones. Por razonable que pueda ser la descripción, pasa por alto el hecho de que el proceso real de la ciencia es un negocio mucho más confuso, en el que plantear las preguntas correctas suele ser tan importante como encontrar y poner a prueba las respuestas propuestas. Y las preguntas no están flotando en un reino preexistente en el que el papel de la ciencia sea eliminarlas una a una. En su lugar, las preguntas de hoy suelen estar conformadas por las ideas de ayer. Los avances trascendentales responden algunas preguntas, pero luego dan lugar a muchas otras que previamente ni siquiera podían imaginarse. Al juzgar cualquier desarrollo, incluidas las teorías de multiverso, debemos tener en cuenta no sólo su capacidad para revelar verdades ocultas, sino también su impacto sobre las preguntas que nos vemos llevados a abordar. Es decir, el impacto sobre la propia práctica de la ciencia. Como se hará evidente, las teorías de multiversos tienen la capacidad de reformular algunas de las preguntas más profundas con las que han luchado los científicos durante décadas. Esa perspectiva anima a unos y enfurece a otros.

Habiendo fijado el escenario, reflexionemos ahora sistemáticamente sobre la legitimidad, la verificabilidad y la utilidad de marcos que imaginen que el nuestro sea uno de muchos universos.

Multiversos accesibles

Es difícil conseguir un consenso sobre estas cuestiones, en parte porque el concepto de multiverso no es monolítico. Ya hemos encontrado cinco versiones —mosaico, inflacionario, brana, cíclico y paisaje—, y en los capítulos que siguen encontraremos cuatro más. Es comprensible que la noción genérica de un multiverso tenga una reputación de estar más allá de la verificabilidad. Después de todo, dicen las valoraciones típicas, estamos considerando universos distintos del nuestro, pero puesto que sólo tenemos acceso a éste, también podríamos estar hablando de fantasmas o del ratoncito Pérez. De hecho, éste es el problema central con el que pronto nos veremos enfrentados, pero notemos primero que algunos multiversos sí permiten interacciones entre universos miembros. Hemos visto que en el multiverso brana, lazos de cuerda sueltos pueden viajar de una brana a otra. Y en el multiverso inflacionario, universos burbuja pueden encontrarse en contacto aún más directo.

Recordemos que el espacio entre dos universos burbuja en el multiverso inflacionario está permeado por un campo inflatón cuyas energía y presión negativa siguen siendo altas, y que por consiguiente experimenta expansión inflacionaria. Esta expansión separa los universos burbuja. Incluso así, si la velocidad a la que se expanden las propias burbujas supera a la velocidad a la que la dilatación del espacio las hace separarse, las burbujas colisionarán. Teniendo en cuenta que la expansión inflacionaria es acumulativa —cuanto más espacio que se dilata hay entre dos burbujas, más rápidamente se separan—, llegamos a un hecho interesante. Si se forman dos burbujas realmente próximas, habrá tan poco espacio interpuesto que la velocidad con que se separan será menor que la velocidad de expansión. Eso coloca a las burbujas en curso de colisión.

Este razonamiento está apoyado por las matemáticas. En el multiverso inflacionario, los universos pueden colisionar. Además, varios grupos de investigación (que incluyen a Jaume Garriga, Alan Guth y Alexander Vilenkin; Ben Freivogel, Matthew Kleban, Alberto Nicolis y Kris Sigurdson, así como Anthony Aguirre y Matthew Johnson) han establecido que mientras que algunas colisiones pueden perturbar violentamente la estructura interna de cada universo burbuja —lo que no es bueno para posibles moradores en burbujas como nosotros—, también pueden ocurrir alcances más suaves, que evitan consecuencias desastrosas pero siguen dando firmas observables. Los cálculos muestran que si tuviéramos un alcance con otro universo, el impacto desprendería ondas de choque en forma de rizos en el espacio, lo que generaría modificaciones en la pauta de regiones calientes y frías en la radiación de fondo de microondas.^[101] Los investigadores están calculando ahora las huellas detalladas que dejaría tal perturbación, lo que establece la base para observaciones que algún día podrían proporcionar pruebas de que nuestro universo ha colisionado con otros —pruebas de que hay otros universos—.

Pero, por excitante que pueda ser la perspectiva, ¿qué pasa si ningún test en busca de pruebas de una interacción o un alcance con otro universo tiene éxito? Adoptando una perspectiva realista, ¿dónde queda el concepto de un multiverso si nunca encontramos firmas experimentales u observacionales de otros universos?

La ciencia y lo inaccesible I:
¿Puede ser científicamente justificable invocar universos inobservables?

Todo marco teórico viene con una supuesta arquitectura —los ingredientes fundamentales de la teoría y las leyes matemáticas que los gobiernan—. Aparte de definir la teoría, esta arquitectura establece también el tipo de preguntas que podemos plantear con la teoría. La arquitectura de Isaac Newton era tangible. Sus matemáticas trataban con las posiciones y las velocidades de objetos que directamente encontramos o podemos ver, desde piedras y bolas hasta la Luna y el Sol. Muchas observaciones confirmaron las predicciones de Newton, lo que nos da confianza en que sus matemáticas describían realmente cómo se mueven los objetos familiares. La arquitectura de James Clerk Maxwell introdujo un paso decisivo de abstracción. Los campos eléctrico y magnético vibrantes no son el tipo de cosas hacia el que nuestros sentidos han desarrollado una afinidad directa. Aunque vemos la «luz» —ondulaciones electromagnéticas cuyas longitudes de onda yacen en el rango que podemos detectar—, nuestras experiencias visuales no siguen directamente los campos ondulantes que postula la teoría. Incluso así, podemos construir equipos sofisticados que miden tales vibraciones y eso, junto con la abundancia de predicciones confirmadas de la teoría, constituye un poderoso argumento a favor de que estamos inmersos en un océano pulsante de campos electromagnéticos.

En el siglo XX, la ciencia fundamental pasó a descansar cada vez más en características inaccesibles. Espacio y tiempo, gracias a su unión, ofrecían el andamiaje para la relatividad especial. Cuando posteriormente se les dotó de la maleabilidad einsteniana, se convirtieron en el telón de fondo flexible de la teoría de la relatividad general. Ahora bien, yo he visto cómo marchan los relojes y he utilizado reglas para medir, pero nunca he agarrado el espacio-tiempo de la misma manera que agarro los brazos de mi sillón. Siento los efectos de la gravedad, pero si usted me insiste en si puedo afirmar directamente que estoy inmerso en un espacio-tiempo curvo, me encuentro de nuevo en la situación maxwelliana. Estoy convencido de que las teorías de la relatividad especial y general son correctas, no porque tenga un acceso tangible a sus ingredientes clave, sino más bien porque, cuando acepto sus marcos supuestos, las matemáticas hacen predicciones sobre cosas que puedo medir. Y las predicciones resultan ser extraordinariamente precisas.

La mecánica cuántica lleva aún más lejos esta inaccesibilidad. El ingrediente central de la mecánica cuántica es la onda de probabilidad, gobernada por una ecuación descubierta a mediados de los años veinte del siglo pasado por Erwin Schrödinger. Incluso si tales ondas son su característica distintiva, veremos en el capítulo 8 que la arquitectura de la física cuántica asegura que son permanente y completamente inobservables. Las ondas de probabilidad dan lugar a predicciones acerca de dónde es probable encontrar esta o esa partícula, pero las ondas propiamente dichas se escurren fuera de la arena de la realidad cotidiana.^[102] Sin embargo, puesto que las predicciones son acertadas, generaciones de científicos han aceptado una situación tan singular: una teoría introduce una construcción radicalmente nueva y vital que, según la propia teoría, es inobservable.

El tema común que recorre estos ejemplos es que el éxito de una teoría puede utilizarse como una justificación a posteriori de su arquitectura básica, incluso cuando la arquitectura permanece más allá de nuestra capacidad para acceder a ella directamente. Esto es una parte tan general de la experiencia diaria de los físicos teóricos que el lenguaje utilizado y las preguntas formuladas se refieren normalmente, sin la más mínima duda, a cosas que son, en el mejor de los casos, mucho menos accesibles que mesas y sillas, y algunas de las cuales se sitúan permanentemente fuera de los límites de la experiencia directa.^[103]

Cuando vamos más lejos y utilizamos la arquitectura de una teoría para conocer los fenómenos que entraña, se presentan aún otros tipos de inaccesibilidad. Los agujeros negros surgen de las matemáticas de la relatividad general, y las observaciones astronómicas han proporcionado pruebas sustanciales de que son no sólo reales, sino abundantes. Incluso así, el interior de un agujero negro es un ambiente exótico. Según las ecuaciones de Einstein, el límite de un agujero negro, su horizonte de sucesos, es una superficie de no retorno. Usted puede entrar, pero no puede salir. Nosotros, los obligados moradores exteriores, nunca observaremos el interior de un agujero negro, no sólo debido a consideraciones prácticas, sino como una consecuencia de las propias leyes de la relatividad general. Pese a todo, hay pleno consenso en que la región al otro lado del horizonte de sucesos de un agujero negro es real.

La aplicación de la relatividad general a la cosmología ofrece ejemplos aún más extremos de inaccesibilidad. Si a usted no le importa hacer un viaje solo de ida, el interior de un agujero negro es cuando menos un destino posible. Pero los dominios que están más allá de nuestro horizonte cósmico son inalcanzables, incluso si fuéramos capaces de viajar a casi la velocidad de la luz. En un universo en aceleración como el nuestro, este punto se hace obligadamente evidente. Dado el valor medido de la aceleración cosmológica (y suponiendo que nunca cambiará), cualquier objeto que esté a más de unos veinte mil millones de años luz estará permanentemente fuera de lo que podemos ver, visitar, medir o influir. Más allá de esta distancia, el espacio siempre se estará alejando de nosotros tan rápidamente que cualquier intento de reducir la separación sería tan infructuoso como el de un remero en una barca que navega contra una corriente que fluye a más velocidad que la que él puede remar.

Los objetos que han estado siempre más allá de nuestro horizonte cósmico son objetos que nunca hemos observado y nunca observaremos; recíprocamente, ellos nunca nos han observado, y nunca lo harán. Los objetos que en algún momento en el pasado estuvieron dentro de nuestro horizonte cósmico pero han sido arrastrados más allá de él por la expansión del espacio son objetos que una vez pudimos ver pero nunca más veremos. Pese a todo, creo que podemos estar de acuerdo en que tales objetos son tan reales como cualquier cosa tangible, y así lo son también los dominios en los que habitan. Ciertamente sería peculiar argumentar que una galaxia que una vez pudimos ver pero que desde entonces ha salido de nuestro horizonte cósmico ha entrado en un dominio no existente, un dominio que debido a su permanente inaccesibilidad necesita ser borrado del mapa de la realidad. Incluso si no podemos observar o influir en tales dominios, ni ellos en nosotros, están incluidos adecuadamente en nuestra imagen de lo que existe.^[104]

Estos ejemplos dejan claro que la ciencia no es ajena a teorías que incluyen elementos, desde ingredientes básicos hasta consecuencias derivadas, que son inaccesibles. Nuestra confianza en tales intangibles se basa en nuestra confianza en la teoría. Cuando la mecánica cuántica invoca ondas de probabilidad, su impresionante capacidad para describir las cosas que podemos medir, tales como el comportamiento de átomos y partículas subatómicas, nos obliga a aceptar la realidad etérea que postula. Cuando la relatividad general predice la existencia de lugares que no podemos observar, sus magníficos éxitos en la descripción de cosas que podemos observar, tales como el movimiento de planetas y la trayectoria de la luz, nos obligan a tomar en serio las predicciones.

De modo que para que crezca la confianza en una teoría no exigimos que todas sus características sean verificables; un surtido variado y sólido de predicciones confirmadas es suficiente. Trabajo científico que se remonta a más de una década ha aceptado que una teoría puede invocar elementos ocultos e inaccesibles —siempre que también haga nuevas, interesantes y verificables predicciones sobre una abundancia de fenómenos observables—.

Esto sugiere que es posible construir un argumento convincente a favor de una teoría que incluye un multiverso incluso si no podemos tener pruebas directas de universos más allá del nuestro. Si la evidencia experimental y observacional que apoya una teoría le obliga a aceptarla, y si la teoría se basa en una estructura matemática tan rígida que no hay lugar para elegir unas características y descartar otras, entonces usted tiene que aceptarla por entero. Y si la teoría implica la existencia de otros universos, entonces ésa es la realidad que la teoría exige que usted asuma.

En principio, entonces —y no nos engañemos, ésta es una cuestión de principios— la mera invocación de universos inaccesibles no relega una propuesta a quedar fuera de la ciencia. Para ampliar esto, imagine que un día construimos un argumento experimental y observacional convincente a favor de la teoría de cuerdas. Quizá un acelerador futuro sea capaz de detectar secuencias de pautas vibracionales y pruebas de dimensiones extra, mientras las observaciones astronómicas detectan aspectos de cuerdas en la radiación de fondo de microondas, así como las firmas de cuerdas muy estiradas que ondulan a través del espacio. Supongamos además que nuestro conocimiento de la teoría de cuerdas ha avanzado sustancialmente, y hemos aprendido que la teoría genera absoluta, positiva e incontrovertiblemente el multiverso paisaje. Por muchas llamadas a lo contrario, una teoría con fuerte apoyo experimental y observacional, cuya estructura interna requiere un multiverso, nos llevaría a concluir inexorablemente que ha llegado el tiempo de «rendirse».^[105]

De modo que para abordar la pregunta que encabeza esta sección, invocar un multiverso en el contexto científico correcto no sería algo meramente respetable; dejar de hacerlo pondría de manifiesto un prejuicio no científico.

La ciencia y lo inaccesible II:
Hasta aquí los principios; ¿dónde estamos en la práctica?

El escéptico responderá correctamente que una cosa es hacer una observación de principios acerca de cómo podría presentarse el argumento a favor de una teoría del multiverso dada, y otra cosa es evaluar si algunas de las propuestas de multiverso que hemos descrito se pueden calificar como teorías experimentalmente confirmadas que vienen equipadas con una predicción absoluta de otros diversos. ¿Lo hacen?

El multiverso mosaico surge de una extensión espacial infinita, una posibilidad que encaja perfectamente en la relatividad general. La pega es que la relatividad general permite una extensión espacial infinita pero no la exige, lo que a su vez explica por qué, incluso si la relatividad general es un marco aceptado, el multiverso mosaico sigue siendo tentativo. Una extensión espacial infinita surge directamente de la inflación eterna —recordemos que cada universo burbuja visto desde el interior aparece infinitamente grande—, pero en este escenario el multiverso mosaico se hace incierto porque la propuesta subyacente, la inflación eterna, sigue siendo hipotética.

La misma consideración afecta al multiverso inflacionario, que también surge de la inflación eterna. Las observaciones astronómicas durante la pasada década han reforzado la confianza de la comunidad de la física en la cosmología inflacionaria, pero no dicen nada sobre si la expansión inflacionaria es eterna. Los estudios teóricos muestran que aunque muchas versiones son eternas, lo que da un universo burbuja tras otro, otras implican simplemente una única extensión espacial que se infla.

Los multiversos brana, cíclico y paisaje se basan en la teoría de cuerdas, de modo que adolecen de múltiples incertidumbres. Por extraordinaria que pueda ser la teoría de cuerdas, por rica que haya llegado a ser su estructura matemática, la ausencia de predicciones verificables, y la consiguiente ausencia de contacto con observaciones o experimentos, la relega al reino de la especulación científica. Además, cuando sigue habiendo mucho por hacer en la teoría, no está claro qué aspectos seguirán desempeñando un papel fundamental en los refinamientos futuros. ¿Seguirán siendo centrales las branas, la base de los multiversos brana y cíclico? ¿Seguirá habiendo abundantes elecciones para las dimensiones extra, la base del multiverso paisaje, o finalmente se encontrará un principio matemático que seleccione una forma particular? Sencillamente no lo sabemos.

Así pues, aunque es concebible que pudiéramos construir un argumento convincente a favor de una teoría del multiverso que hiciera pocas o ninguna referencia a su predicción de otros universos, esta aproximación no funcionará para los escenarios multiverso que hemos encontrado. Al menos no todavía. Para valorar cualquiera de ellas, necesitaremos tratar directamente su predicción de un multiverso.

¿Podemos hacerlo? ¿Puede la invocación de otros universos por parte de una teoría dar predicciones verificables incluso si tales universos están fuera del alcance de los experimentos y las observaciones? Abordaremos esta pregunta clave en varios pasos. Seguiremos la pauta anterior, avanzando desde una perspectiva «en teoría» hasta una perspectiva «en la práctica».

Predicciones en un multiverso I:
Si los universos que constituyen un multiverso son inaccesibles, ¿pueden contribuir significativamente a hacer predicciones?

Algunos científicos que se resisten a teorías de multiversos ven la empresa como la admisión de un fracaso, una completa renuncia al largo tiempo buscado objetivo de comprender por qué el universo que vemos tiene las propiedades que tiene. Yo me identifico con esto, pues soy uno de los muchos que han trabajado durante décadas para realizar la seductora promesa de la teoría de calcular toda característica observable fundamental del universo, incluidos los valores de las constantes de la naturaleza. Si aceptamos que somos parte de un multiverso en el que algunas o quizá todas las constantes varían de un universo a otro, entonces aceptamos que este objetivo está equivocado. Si las leyes fundamentales permiten, digamos, que la intensidad de la fuerza electromagnética tenga muchos valores diferentes a lo largo del multiverso, entonces la noción misma de calcular la intensidad carece de significado, como lo haría pedir a un pianista que escoja la nota.

Pero la pregunta es: ¿significa la variación en las características que perdemos todo poder de predecir (o posdecir) las que son intrínsecas a nuestro universo? No necesariamente. Incluso si un multiverso impide la unicidad, es posible que pueda retenerse cierto grado de capacidad predictiva. Es una cuestión de estadística.

Tomemos los perros como ejemplo. No todos pesan lo mismo. Hay perros muy ligeros, tales como los chihuahuas, que pueden pesar menos de un kilogramo; hay perros muy pesados, tales como los mastines, que pueden llegar a los cien kilogramos. Si yo le retara a que predijera el peso del próximo perro que encuentre en la calle, podría parecer que lo mejor que usted puede hacer es elegir un número aleatorio dentro del rango que acabo de dar. Pero con algo de información, puede hacer una conjetura más refinada. Si usted sabe algo de los datos de la población canina en su vecindad, tal como el número de personas que tienen perros de una u otra raza, la distribución de pesos dentro de cada raza, y quizá incluso información del número de veces al día que es preciso sacar de paseo a cada raza, puede imaginar el peso del perro con el que tiene más probabilidades de cruzarse.

Ésta no sería una predicción muy precisa; las ideas estadísticas no lo son. Pero dependiendo de la distribución de perros, quizá sea usted capaz de hacer algo mucho mejor que sólo sacar un número de un sombrero. Si en su vecindad hay una distribución muy sesgada, en la que un 80 por 100 de los perros son labradores cuyo peso medio es de treinta kilogramos, y el 20 por 100 restante se compone de un abanico de razas, desde Scottish terrier hasta caniches, cuyo peso medio es de quince kilogramos, entonces algo en el rango de veinticinco a treinta kilogramos sería una buena apuesta. El próximo perro que usted encuentre puede ser un Shih-tzu chino, pero hay gran probabilidad de que no lo sea. Para distribuciones todavía más sesgadas, sus predicciones pueden ser más precisas. Si el 95 por 100 de los perros en su zona son labradores de treinta kilogramos, entonces usted tendría una base firme para predecir que el próximo perro que encuentre será uno de éstos.

Un enfoque estadístico similar puede aplicarse a un multiverso. Imaginemos que estamos investigando una teoría de multiverso que admite un amplio rango de universos diferentes —diferentes valores para las intensidades de las fuerzas, las propiedades de las partículas, los valores de la constante cosmológica, etcétera—. Imaginemos además que el proceso cosmológico mediante el que se forman estos universos (tales como la creación de universos burbuja en el multiverso paisaje) está suficientemente bien entendido para que podamos determinar la distribución de universos, con diversas propiedades, a través del multiverso. Esta información tiene la virtud de dar ideas importantes.

Para ilustrar las posibilidades, supongamos que nuestros cálculos dan una distribución particularmente simple: algunas características físicas varían ampliamente de un universo a otro, pero otras son invariables. Por ejemplo, imaginemos que las matemáticas revelan que hay una colección de partículas, comunes a todos los universos en el multiverso, cuyas masas y cargas tienen los mismos valores en cada universo. Una distribución como ésta genera predicciones absolutamente firmes. Si los experimentos emprendidos en nuestro único universo solitario no encuentran la colección de partículas predicha, tendríamos que descartar la teoría, con multiverso y todo lo demás. El conocimiento de la distribución hace así falsable esta propuesta de multiverso. Recíprocamente, si nuestros experimentos encontraran las partículas predichas, ello aumentaría nuestra confianza en que la teoría es correcta.^[106]

Como ejemplo adicional, imaginemos un multiverso en el que la constante cosmológica varía en un enorme rango de valores, pero lo hace de una manera muy poco uniforme, como se ilustra esquemáticamente en la Figura 7.1. La gráfica denota la fracción de universos dentro del multiverso (eje vertical) que tienen un valor dado de la constante cosmológica (eje horizontal). Si fuéramos parte de tal multiverso, el misterio de la constante cosmológica tomaría un carácter decididamente diferente. La mayoría de los universos en este escenario tiene una constante cosmológica próxima a la que hemos medido en nuestro universo, de modo que aunque el rango de valores posibles sería enorme, la distribución sesgada implica que el valor que hemos observado no es nada especial. En un multiverso así, usted no debería estar más perplejo por el hecho de que nuestro universo tenga una constante cosmológica de valor 10^–123 que sorprendido por encontrar un perro labrador de treinta kilogramos durante su próximo paseo por su vecindad. Dadas las distribuciones relevantes, cada una de esas cosas es lo más probable que podría suceder.

FIGURA 7.1. Una posible distribución de valores de la constante cosmológica a lo largo de un hipotético multiverso, que ilustra que distribuciones fuertemente sesgadas pueden hacer comprensibles observaciones de otro modo enigmáticas.

He aquí una variante del tema. Imaginemos que, en una propuesta de multiverso dada, el valor de la constante cosmológica varía mucho, pero, a diferencia del ejemplo anterior, varía uniformemente; el número de universos que tienen un valor dado es comparable al número de universos que tienen cualquier otro valor de la constante cosmológica. Pero imaginemos además que un detallado estudio matemático de la teoría del multiverso propuesta revela una característica inesperada en la distribución. Para aquellos universos en los que la constante cosmológica está en el rango que hemos observado, las matemáticas muestran que siempre hay un tipo de partícula cuya masa es, digamos, mil veces la del protón —demasiado pesada para haber sido observada en los aceleradores construidos en el siglo XX, pero perfectamente dentro del alcance de los construidos en el siglo XXI—. Debido a la estrecha correlación entre estas dos características físicas, esta teoría del multiverso es también falsable. Si no conseguimos encontrar el tipo de partícula pesada predicho, refutaríamos este multiverso propuesto; por el contrario, el descubrimiento de la partícula reforzaría nuestra confianza en que la propuesta es correcta.

Déjeme subrayar que estos escenarios son hipotéticos. Los invoco porque ilustran un posible perfil para la intuición y verificación científicas en el contexto de un multiverso. Antes sugerí que si una teoría del multiverso da lugar a características verificables además de la predicción de otros universos, es posible —en teoría— construir un argumento en su apoyo incluso si los otros universos son inaccesibles. Los ejemplos que acabamos de dar hacen explícita estas sugerencias. Para este tipo de propuestas de multiverso, la respuesta a la pregunta que encabeza esta sección sería inequívocamente sí.

La característica esencial de tales «multiversos predictivos» es que no son un cajón de sastre de universos constituyentes. Más bien, la capacidad de hacer predicciones se debe a que el universo manifiesta una pauta matemática subyacente: las propiedades físicas están distribuidas a lo largo de los universos constituyentes de una manera fuertemente sesgada o altamente correlacionada.

¿Cómo podría darse esto? Y, dejando las cuestiones de «principios», ¿se da en las teorías de multiverso que hemos encontrado?

Predicciones en un multiverso II:
Hasta aquí la teoría; ¿dónde estamos en la práctica?

La distribución de perros en una zona dada depende de un abanico de influencias, entre ellas factores culturales y financieros y la pura casualidad. Debido a esta complejidad, si usted fuera a hacer predicciones estadísticas, lo mejor sería que evitara las consideraciones de cómo llega a darse una distribución de perros dada y utilizara simplemente los datos relevantes de la administración local que da las licencias caninas. Por desgracia, los escenarios multiverso no tienen oficinas de censo comparables, de modo que la opción análoga no está disponible. Nos vemos obligados a basarnos en nuestra comprensión teórica de cómo podría aparecer un multiverso dado para determinar la distribución de los universos que contendría.

El multiverso paisaje, al estar basado en la inflación eterna y la teoría de cuerdas, ofrece un buen caso de estudio. En este escenario, los motores gemelos que impulsan la producción de nuevos universos son la expansión inflacionaria y el efecto túnel cuántico. Recordemos cómo funciona: un universo que se infla, correspondiente a uno u otro valle en el paisaje de cuerdas, atraviesa por efecto túnel una de las montañas circundantes y se asienta en otro valle. El primer universo —con características definidas tales como las intensidades de las fuerzas, propiedades de las partículas, valor de la constante cosmológica y demás— se hace con una burbuja en expansión del nuevo universo (véase Figura 6.7), con un nuevo conjunto de características físicas, y el proceso continúa.

Ahora bien, siendo un proceso cuántico, tales sucesos de efecto túnel tienen un carácter probabilístico. No se puede predecir cuándo y dónde sucederán. Pero se puede predecir la probabilidad de que un suceso de efecto túnel suceda en un intervalo dado de tiempo y vaya en una dirección dada —probabilidades que dependen de características detalladas del paisaje de cuerdas, tales como la altitud de los diversos picos montañosos y valles (es decir, el valor de sus respectivas constantes cosmológicas)—. Los sucesos de efecto túnel más probables se darán más a menudo, y la distribución de universos resultante lo reflejará. La estrategia, entonces, es utilizar las matemáticas de la cosmología inflacionaria y la teoría de cuerdas para calcular la distribución de universos, con diversas características físicas, a lo largo del multiverso paisaje.

El problema es que hasta ahora nadie ha sido capaz de hacerlo. Nuestro conocimiento actual sugiere un exuberante paisaje de cuerdas con un número enorme de montañas y valles, lo que convierte en un desafío matemático terriblemente difícil calcular los detalles del multiverso resultante. El trabajo pionero de cosmólogos y teóricos de cuerdas ha contribuido significativamente a nuestro conocimiento, pero las investigaciones se encuentran todavía en un estado rudimentario.^[107]

Para ir más allá, los defensores del multiverso proponen introducir en esta mezcla otro elemento importante. Una consideración de los efectos de selección introducida en el capítulo anterior: razonamiento antrópico.

Predicciones en un multiverso III:
Razonamiento antrópico

Muchos de los universos en un multiverso dado están condenados a no contener vida. La razón, como hemos visto, es que cambios en los parámetros fundamentales de la naturaleza respecto a sus valores conocidos suelen destruir las condiciones favorables para que surja la vida.^[108] Nuestra misma existencia implica que nunca podríamos encontrarnos en ninguno de estos dominios sin vida, y el hecho de que no veamos su combinación de propiedades concreta no necesita más explicación. Si una propuesta de multiverso dada implicara un único universo que soporta vida, habríamos tenido premio. Calcularíamos matemáticamente las propiedades de tal universo especial; si difirieran de lo que hemos medido en nuestro propio universo, podríamos descartar la propuesta de multiverso. Si las propiedades coincidieran con las nuestras, tendríamos una impresionante vindicación de la teorización del multiverso antrópico —y razones para ampliar enormemente nuestra imagen de la realidad—.

En el caso más plausible de que no haya un único universo que soporta la vida, varios teóricos (entre los que se incluyen Steven Weinberg, Andrei Linde, Alex Vilenkin, George Efstathiou y muchos otros) han defendido una aproximación estadística ampliada. En lugar de calcular la preponderancia relativa, dentro del multiverso, de diversos tipos de universos, proponen que calculemos el número de habitantes —los físicos normalmente les llaman observadores— que se encontrarían en diversos tipos de universos. En algunos universos, las condiciones serían apenas compatibles con la vida, de modo que los observadores serían raros, como los cactus ocasionales en un árido desierto; otros universos, con condiciones más favorables, estarían repletos de observadores. La idea es que, de la misma forma que los datos del censo canino nos dejan predecir qué tipo de perros podemos encontrar, también los datos del censo de observadores nos dejan predecir las propiedades que esperaríamos ver —usted y yo, según el razonamiento de esta aproximación— en un típico habitante que viviera en algún lugar del multiverso.

Un ejemplo concreto fue elaborado en 1997 por Weinberg y sus colaboradores Hugo Martel y Paul Shapiro. Para un multiverso en que la constante cosmológica varíe de un universo a otro, calcularon cuán abundante sería la vida en cada uno de ellos. Esta difícil tarea se hizo factible invocando la cifra estimada de Weinberg (capítulo 6): en lugar de vida propiamente dicha, consideraron la formación de galaxias. Más galaxias significan más sistemas planetarios y con ello, dice la hipótesis subyacente, una mayor probabilidad de vida, y vida inteligente en particular. Ahora bien, como Weinberg había encontrado en 1987, incluso una modesta constante cosmológica genera gravedad repulsiva suficiente para impedir la formación de galaxias, de modo que sólo hay que considerar dominios del multiverso que tengan constantes cosmológicas suficientemente pequeñas. Una constate cosmológica que es negativa da como resultado un universo que colapsa mucho antes de que se formen galaxias, de modo que estos dominios del multiverso también pueden omitirse en el análisis. Así pues, el razonamiento antrópico centra nuestra atención en la porción del multiverso en la que la constante cosmológica se encuentra en una ventana estrecha; como se discutió en el capítulo 6, los cálculos muestran que para que un universo dado contenga galaxias, su constante cosmológica tiene que ser menor que unas doscientas veces la densidad crítica (una masa equivalente del orden de 10^–27 gramos en cada centímetro cúbico de espacio, o del orden de 10^–121 en unidades de Planck).^[109]

Para universos cuya constante cosmológica está en este rango, Weinberg, Martel y Shapiro emprendieron un cálculo más refinado. Determinaron la fracción de materia en cada uno de tales universos que se acumularía en el curso de la evolución cosmológica, un paso fundamental en el camino a la formación de galaxias. Encontraron que si la constante cosmológica está muy cerca del límite superior de la ventana, se formarían relativamente pocos grumos, puesto que el empujón hacia fuera de la constante cosmológica actúa como un ventarrón que barre casi todas las acumulaciones de polvo. Asimismo, encontraron que si el valor de la constante cosmológica está cerca del límite inferior de la ventana, cero, se forman muchos grumos, puesto que se minimiza la influencia perturbadora de la constante cosmológica. Lo que significa que hay una gran probabilidad de que usted esté en un universo cuya constante cosmológica esté cerca de cero, puesto que tales universos tienen abundancia de galaxias y, por el razonamiento de esta aproximación, de vida. Hay una pequeña probabilidad de que usted esté en un universo cuya constante cosmológica esté cerca del límite superior de la ventana, aproximadamente 10^–121, porque tales universos contienen muchas menos galaxias. Y hay una modesta probabilidad de que esté en un universo cuya constante cosmológica esté en un valor entre estos extremos.

Utilizando la versión cuantitativa de estos resultados, Weinberg y sus colaboradores calcularon el análogo cósmico a encontrar un perro labrador de treinta kilogramos en un paseo medio por la vecindad —es decir, el valor de la constante cosmológica del que sería testigo un observador promedio en el multiverso—. ¿La respuesta? Algo mayor de lo que revelaron las medidas de supernovas posteriores, pero decididamente en el mismo rango. Encontraron que aproximadamente entre 1 de cada 10 y 1 de cada 20 habitantes del multiverso tendrían una experiencia comparable a la nuestra, al medir que el valor de la constante cosmológica en su universo es del orden de 10^–123.

Aunque un porcentaje superior sería más satisfactorio, el resultado es en cualquier caso impresionante. Antes de este cálculo, la física se enfrentaba a un desajuste entre teoría y observación de más de ciento veinte órdenes de magnitud, lo que sugería con fuerza que algo en nuestro conocimiento estaba profundamente equivocado. Sin embargo, la aproximación del multiverso de Weinberg y sus colaboradores mostraba que encontrarse en un universo cuya constante cosmológica es similar al valor que hemos medido es, más o menos, tan sorprendente como tropezar con un Shih-tzu chino en una vecindad dominada por perros labradores. Es decir, no muy sorprendente. Ciertamente, visto desde esta perspectiva del multiverso, el valor observado de la constante cosmológica no sugiere una profunda carencia de conocimiento, y eso es un paso adelante estimulante.

No obstante, análisis posteriores resaltaron una faceta interesante que algunos interpretan como una debilitación del resultado. Por simplicidad, Weinberg y sus colaboradores imaginaron que a lo largo de su multiverso sólo el valor de la constante cosmológica variaba de un universo a otro; otros parámetros físicos se suponían fijos. Max Tegmark y Martin Rees advirtieron que si se suponía que tanto el valor de la constante cosmológica como, digamos, el tamaño de las fluctuaciones cuánticas en el universo primitivo variaban de un universo a otro, la conclusión cambiaría. Recordemos que las fluctuaciones son las semillas primordiales de la formación de galaxias: minúsculas fluctuaciones cuánticas, estiradas por la expansión inflacionaria, dan un surtido aleatorio de regiones en donde la densidad de materia es un poco más alta o un poco más baja que la media. Las regiones de densidad más alta ejercen una mayor atracción gravitatoria sobre la materia vecina, y por ello se hacen aún más grandes, hasta formar finalmente galaxias. Tegmark y Rees señalaron que igual que las montones de hojas más grandes pueden soportar mejor una fuerte brisa, también semillas primordiales más grandes pueden soportar mejor el perturbador empujón hacia fuera de la constante cosmológica. Un multiverso en el que varían tanto el tamaño de la semilla como el valor de la constante cosmológica contendría universos donde constantes cosmológicas más grandes estarían compensadas con semillas mayores; esa combinación sería compatible con la formación de galaxias —y, con ello, con la vida—. Un multiverso de este tipo aumenta el valor de la constante cosmológica que vería un observador típico, y con ello da como resultado una disminución —potencialmente una disminución brusca— de la fracción de observadores que encontrarían que sus constantes cosmológicas tienen un valor tan pequeño como el que hemos medido.

A los fervientes defensores del multiverso les gusta señalar el análisis de Weinberg y sus colaboradores como un éxito del razonamiento antrópico. A los detractores les gusta señalar que las cuestiones planteadas por Tegmark y Rees hacen el resultado antrópico menos convincente. En realidad, el debate es prematuro. Ésos son cálculos iniciales, básicamente exploratorios, y es mejor verlos como algo que proporciona ideas en el dominio general del razonamiento antrópico. Bajo ciertas hipótesis restrictivas, muestran que el marco antrópico puede llevarnos dentro del orden de magnitud de la constante cosmológica medida; relajemos algo dichas hipótesis, y los cálculos muestran que el orden de magnitud crece sustancialmente. Esta sensibilidad implica que un cálculo de multiverso refinado requerirá un conocimiento preciso de las propiedades detalladas que caracterizan a los universos constituyentes, y de cómo varían, lo que reemplazará las hipótesis arbitrarias por directrices teóricas. Esto es esencial para que un multiverso tenga alguna probabilidad de dar conclusiones definitivas.

Los investigadores se están esforzando en conseguir este objetivo, pero, hoy por hoy, todavía no lo han alcanzado.^[110]

Predicción en un multiverso IV:
¿Qué saldrá?

Entonces, ¿qué obstáculos tendremos que salvar antes de que podamos extraer predicciones de un multiverso dado? Hay tres que destacan especialmente.

Primero, como ilustraba oportunamente el ejemplo que acabamos de discutir, una propuesta de multiverso debe permitirnos determinar qué características físicas varían de un universo a otro; y para las características que varían, debemos ser capaces de calcular su distribución estadística a lo largo del multiverso. Para hacerlo es esencial un conocimiento del mecanismo cosmológico por el que el multiverso propuesto está poblado por universos (tales como la creación de universos burbuja en el multiverso paisaje). Es este mecanismo el que determina cuán dominante es un tipo de universo con respecto a otro, y por ello es este mecanismo el que determina la distribución estadística de características físicas. Si fuéramos afortunados, las distribuciones resultantes, ya sea a lo largo del multiverso entero o a lo largo de los universos que soportan vida, será suficientemente sesgada para dar predicciones definitivas.

Una segunda dificultad, si necesitamos invocar razonamiento antrópico, procede de la hipótesis central de que los seres humanos somos el tipo promedio. La vida podría ser rara en el multiverso; la vida inteligente podría ser más rara aún. Pero entre todos los seres inteligentes, dice la hipótesis antrópica, somos tan completamente típicos que nuestras observaciones deberían ser el promedio de lo que verían seres inteligentes que habiten en el multiverso. (Alexander Vilenkin lo ha llamado el principio de mediocridad). Si conocemos la distribución de características físicas a lo largo de universos que soportan vida, podemos calcular tales promedios. Pero ser típicos es una hipótesis espinosa. Si el trabajo futuro muestra que nuestras observaciones caen en el rango de los promedios calculados en un multiverso particular, la confianza en nuestra tipicalidad —y en la propuesta del multiverso— crecería. Eso sería excitante. Pero si nuestras observaciones caen fuera de los promedios, ello podría ser evidencia de que la propuesta del multiverso es errónea, o podría significar que sencillamente no somos típicos. Incluso en una vecindad con un 99 por 100 de perros labradores, usted puede tropezar con un doberman, un perro atípico. Distinguir entre una propuesta de multiverso fallida y una acertada en la que nuestro universo es atípico puede resultar difícil.^[111]

Avances en esta cuestión requerirán probablemente un mejor conocimiento de cómo aparece la vida inteligente en un multiverso dado; con ese conocimiento, podríamos al menos clarificar cuán típica ha sido hasta ahora nuestra propia historia evolutiva. Ése es, por supuesto, un problema importante. Hasta la fecha, la mayoría de los razonamientos antrópicos ha evitado la cuestión invocando la hipótesis de Weinberg —que el número de formas de vida inteligente en un universo dado es proporcional al número de galaxias que contiene—. Hasta donde conocemos, la vida inteligente necesita un planeta caliente, que requiere una estrella, que es generalmente parte de una galaxia, y por ello hay razones para creer que la aproximación de Weinberg es razonable. Pero puesto que sólo tenemos un conocimiento muy rudimentario incluso de nuestra propia génesis, la hipótesis sigue siendo tentativa. Para refinar nuestros cálculos hay que entender mucho mejor el desarrollo de la vida inteligente.

El tercer obstáculo es fácil de explicar, pero a largo plazo quizá será el que más dure. Tiene que ver con dividir hasta el infinito.

Dividiendo hasta el infinito

Para entender el problema, volvamos a los perros. Si usted vive en una vecindad poblada por tres labradores y un perro salchicha, entonces, ignorando complicaciones tales como cuán a menudo se saca a pasear a los perros, es tres veces más probable que tropiece con un labrador. Lo mismo valdría si hubiera trescientos labradores y cien perros salchicha; tres mil labradores y mil perros salchicha; tres millones de labradores y un millón de perros salchicha, y así sucesivamente. Pero ¿qué pasa si estos números fueran infinitamente grandes? ¿Cómo comparar una infinidad de perros salchicha con tres infinidades de labradores? Aunque esto suena como las matemáticas retorcidas de un juego de niños, hay aquí una pregunta real. ¿Es tres veces infinito mayor que el puro y simple infinito? Y si es así, ¿es tres veces mayor?

Las comparaciones que implican números infinitamente grandes son notoriamente peliagudas. En el caso de perros en la Tierra, por supuesto, la dificultad no aparece, porque las poblaciones son finitas. Pero en el caso de universos constituyentes de multiversos particulares, el problema puede ser muy real. Tomemos el multiverso inflacionario. Examinando el bloque de queso gruyer desde la perspectiva de un imaginario observador externo, veríamos que continúa creciendo y produciendo incesantemente nuevos universos. Eso es lo que significa «eterna» en «inflación eterna». Además, adoptando la perspectiva de un observador interno, hemos visto que cada universo burbuja alberga un número infinito de dominios separados, que llenan un multiverso mosaico. Al hacer predicciones, necesariamente nos enfrentamos a una infinidad de universos.

Para captar el desafío matemático, imaginemos que usted es un concursante en Let’s Make a Deal^[112] y quiere ganar un premio inusual: una colección infinita de sobres tales que el primero contiene 1$, el segundo 2$, el tercero 3$, y así sucesivamente. Cuando la audiencia aplaude, Monty le hace una oferta: usted puede quedarse con su premio, tal como está, o puede elegir que él le doble los contenidos de cada sobre. Al principio parece obvio que debería aceptar el trato. «Cada sobre contendrá más dinero que el que contenía antes», piensa usted, «de modo que ésta tiene que ser la jugada correcta». Y si usted tuviera sólo un número finito de sobres, sí sería la jugada correcta. Cambiar cinco sobres que contienen 1$, 2$, 3$, 4$ y 5$ por sobres con 2$, 4$, 6$, 8$ y 10$ tiene un sentido incuestionable. Pero tras un momento de reflexión, usted empieza a dudar, porque se da cuenta de que el caso infinito está menos claro. «Si acepto el trato», piensa usted, «acabaré con sobres que contienen 2$, 4$, 6$ y así sucesivamente, recorriendo todos los números pares. Pero tal como están las cosas actualmente, mis sobres recorren todos los números enteros, tanto los pares como los impares. Parece que aceptando el trato estaré eliminando las cantidades impares de dólares de mi cuenta total. Eso no parece algo muy inteligente». Su cabeza empieza a dar vueltas. Comparado sobre con sobre, el trato parece bueno. Comparada colección con colección, el trato parece malo.

Su dilema ilustra el tipo de paradoja matemática que hace tan difícil comparar colecciones infinitas. La audiencia se impacienta, usted tiene que tomar una decisión, pero su valoración del trato depende de la forma en que usted compara los dos resultados.

Una ambigüedad similar afecta a las comparaciones de una característica aún más básica de tales colecciones: el número de miembros que contiene cada una. El ejemplo de Let’s Make a Deal también ilustra esto. ¿Qué hay más, números enteros o números pares? La mayoría de las personas diría que números enteros, puesto que sólo la mitad de los números enteros son pares. Pero su experiencia con Monty le da una idea más precisa. Imaginemos que usted acepta el trato que le ofrece Monty y acaba con todas las cantidades pares de dólares. Al hacerlo, usted no devolvería sobres ni exigiría sobres nuevos, puesto que Monty simplemente doblaría la cantidad de dinero en cada uno de ellos. Por consiguiente, usted concluye que el número de sobres que se requiere para acomodar todos los números enteros es el mismo que el número de sobres que se requieren para acomodar todos los números pares —lo que sugiere que las poblaciones de cada categoría son iguales (Tabla 7.1)—. Y eso es extraño. Por un método de comparación —considerar los números pares como un subconjunto de los números enteros—, usted concluye que hay más números enteros. Por un método de comparación diferente —considerar cuántos sobres se necesitan para contener los miembros de cada grupo—, el conjunto de los números enteros y el conjunto de los números pares tienen poblaciones iguales.

Usted puede incluso convencerse de que hay más números pares que números enteros. Imaginemos que Monty ofreció cuadruplicar el dinero en cada uno de los sobres que usted tenía inicialmente, de modo que habría 4$ en el primero, 8$ en el segundo, 12$ en el tercero, y así sucesivamente. Puesto que, una vez más, el número de sobres implicados en el trato sigue siendo el mismo, esto sugiere que la cantidad de números enteros, donde empezó el trato, es igual a la cantidad de números divisibles por cuatro (Tabla 7.2), donde el trato terminó. Pero tal emparejamiento, que casa cada número entero con un número que es divisible por 4, deja un conjunto infinito de solteros pares —los números 2, 6, 10, y así sucesivamente— y así parece implicar que hay más pares que enteros.

TABLA 7.1. Cada número entero está emparejado con un número par, y viceversa, lo que sugiere que la cantidad de ellos es la misma.

TABLA 7.1. Cada número entero está emparejado con un número par, y viceversa, lo que sugiere que la cantidad de ellos es la misma.

Desde una perspectiva, la población de números pares es menor que la de números enteros. Desde otra, las poblaciones son iguales. Y desde otra más, la población de números pares es mayor que la de números enteros. Y no es que una conclusión sea correcta y las otras erróneas. Sencillamente, no hay una respuesta absoluta a la pregunta de cuáles de estos tipos de colecciones infinitas son mayores. El resultado que usted encuentre depende de la manera en que haga la comparación.^[113]

Esto plantea un rompecabezas para las teorías de multiverso. ¿Cómo determinamos si las galaxias y la vida son más abundantes en uno u otro tipo de universo cuando el número de universos implicados es infinito? La misma ambigüedad que acabamos de encontrar nos afectaría igualmente a menos que la física seleccione una base precisa sobre la que hacer las comparaciones. Los teóricos han presentado propuestas, análogas a los emparejamientos dados en las tablas, que surgen de una u otra consideración física, pero todavía no se ha derivado y consensuado un procedimiento definitivo. E igual que en el caso de colecciones infinitas de números, diferentes aproximaciones dan resultados diferentes. Según una manera de comparar, preponderan universos con una serie de propiedades; según una manera alternativa, preponderan universos con propiedades diferentes.

La ambigüedad tiene un drástico impacto sobre lo que concluimos que son propiedades típicas o promedio en un multiverso dado. Los físicos llaman a esto el problema de la medida, un término matemático cuyo significado es sugerido por su nombre. Necesitamos un medio de medir los tamaños de diferentes colecciones infinitas de universos. Es esta información la que necesitamos para hacer predicciones. Es esta información la que necesitamos para calcular cuán probable es que residamos en un tipo de universo antes que en otro. Hasta que encontremos un dictamen fundamental sobre cómo deberíamos comparar colecciones de universos no seremos capaces de predecir matemáticamente lo que moradores de multiverso típicos —nosotros— deberían ver en experimentos y observaciones. Resolver este problema es imperativo.

Otro motivo de preocupación

He introducido el problema de la medida en la sección precedente no sólo porque es un impedimento formidable para la predicción, sino también porque puede entrañar otra consecuencia inquietante. En el capítulo 3 expliqué por qué la teoría inflacionaria se ha convertido en el paradigma cosmológico de facto. Un breve brote de rápida expansión durante los primeros momentos de nuestro universo habría permitido que regiones hoy distantes hubieran estado comunicadas anteriormente, lo que explica la temperatura común que han encontrado las medidas; la expansión rápida también alisa cualquier curvatura espacial, haciendo plana la forma del espacio, en línea con las observaciones; y finalmente, dicha expansión convierte las agitaciones cuánticas en minúsculas variaciones de temperatura a lo largo del espacio que son medibles en la radiación de fondo de microondas y esenciales para la formación de galaxias. Estos éxitos son un sólido argumento.^[114] Pero la versión eterna de la inflación tiene la capacidad de socavar la conclusión.

Cuando quiera que los procesos cuánticos son relevantes, lo más que se puede hacer es predecir la probabilidad de un resultado con relación a otros. Los físicos experimentales, tomándoselo en serio, realizan experimentos una y otra vez, y con ellos adquieren resmas de datos sobre los que pueden hacer análisis estadísticos. Si la mecánica cuántica predice que un resultado es diez veces más probable que otro, entonces los datos deberían reflejar esta razón con mucha aproximación. Los cálculos del fondo cósmico de microondas, cuyo encaje con las observaciones es la prueba más convincente a favor de la teoría inflacionaria, se basan en fluctuaciones del campo cuántico, de modo que también son probabilistas. Pero, a diferencia de los experimentos de laboratorio, no pueden ser comprobados ejecutando el big bang una y otra vez. Entonces, ¿cómo se interpretan?

Bien, si las consideraciones teóricas concluyen, digamos, que hay un 99 por 100 de probabilidades de que los datos de microondas deberían tomar una forma y no otra, y si el resultado más probable es lo que los observadores vemos, los datos se toman como un fuerte apoyo a la teoría. La lógica del argumento es que si toda una colección de universos fuera producida por la misma física subyacente, la teoría predice que aproximadamente el 99 por 100 de ellos debería ser muy parecido a lo que observamos, y aproximadamente un 1 por 100 se desviaría significativamente.

Ahora bien, si el multiverso inflacionario tuviera una población de universos finita, podríamos concluir directamente que el número de universos extraños en donde los procesos cuánticos producen datos que no encajan con las expectativas sigue siendo, relativamente hablando, muy pequeño. Pero si, como en el multiverso inflacionario, la población de universos no es finita, la interpretación de los datos es mucho más difícil. ¿Qué es un 99 por 100 de infinito? Infinito. ¿Qué es un 1 por 100 de infinito? Infinito. ¿Cuál es mayor? La respuesta nos exige comparar dos colecciones infinitas. Y como hemos visto, incluso cuando parece claro que una colección infinita es mayor que otra, la conclusión a la que usted llega depende de su método de comparación.

El contrario a la idea concluye que cuando la inflación es eterna, las propias predicciones que utilizamos para construir nuestra confianza en la teoría se ven comprometidas. Cada posible resultado permitido por los cálculos cuánticos, por improbable que sea —un 0,1 por ciento de probabilidad cuántica, un 0,0001 por 100 de probabilidad cuántica, un 0,0000000001 por 100 de probabilidad cuántica— se realizaría en infinitos universos simplemente porque cualquiera de estos números multiplicado por infinito da infinito. Sin una receta fundamental para comparar colecciones infinitas no podemos decir que una colección de universos es mayor que las demás, y es por ello el tipo de universo más probable del que podemos ser testigos; hemos perdido la capacidad de hacer predicciones definidas.

El optimista concluye que el espectacular acuerdo entre cálculos cuánticos en cosmología inflacionaria y datos, como en la Figura 3.5, debe reflejar una verdad profunda. Con un número finito de universos y observadores, la verdad profunda es que universos en que los datos se desvían de las predicciones cuánticas —aquellos con una probabilidad cuántica de un 0,1 por 100, o una probabilidad cuántica de un 0,0001 por 100, o una probabilidad cuántica de un 0,0000000001 por 100— son realmente raros, y por eso es por lo que típicos habitantes del multiverso como nosotros no nos encontramos viviendo dentro de uno de ellos. Con un número infinito de universos, concluye el optimista, la verdad profunda debe ser que la rareza de universos anómalos, de alguna forma aún por establecer, sigue siendo válida. La expectativa es que algún día derivaremos una medida, un medio definido de comparar las diversas colecciones infinitas de universos, y que dichos universos que emergen de raras aberraciones cuánticas tendrán una medida minúscula comparada con los que emergen de resultados cuánticos probables. Lograr esto sigue siendo un enorme desafío, pero en su mayoría, los investigadores en el campo están convencidos de que el acuerdo en la Figura 3.5 significa que algún día lo lograremos.^[115]

Misterios y multiversos:
¿Puede un multiverso ofrecer un poder explicativo del que de otra forma estaríamos privados?

Sin duda usted habrá notado que incluso las proyecciones más optimistas sugieren que las predicciones que emergen del marco de un multiverso tendrán un carácter diferente de las que tradicionalmente esperamos de la física. La precesión del perihelio de Mercurio, el momento dipolar magnético del electrón, la energía liberada cuando un núcleo de uranio se divide en bario y kriptón…, éstas son predicciones. Son resultado de detallados cálculos matemáticos basados en teoría física sólida y dan números precisos y comprobables. Y los números han sido verificados experimentalmente. Por ejemplo, los cálculos establecen que el momento magnético del electrón es 2,0023193043628; las medidas revelan que es 2,0023193043622. Dentro de los minúsculos márgenes de error inherentes a cada uno, el experimento confirma así la teoría hasta una parte en diez mil millones.

Desde donde estamos ahora, parece que las predicciones de multiverso nunca alcanzarán este nivel de precisión. En los escenarios más refinados podríamos ser capaces de predecir que es «altamente probable» que la constante cosmológica, o la intensidad de la fuerza electromagnética, o la masa del quark-arriba estén dentro de un rango de valores. Pero para hacerlo mejor necesitaremos muchísima suerte. Además de resolver el problema de la medida, necesitaremos descubrir una teoría de multiverso convincente con probabilidades profundamente sesgadas (tales como una probabilidad de un 99,9999 por 100 de que un observador se encuentre en un universo con una constante cosmológica igual al valor que medimos) o correlaciones sorprendentemente estrechas (tales como que los electrones existen sólo en universos con una constante cosmológica igual a 10^–123). Si una propuesta de multiverso no tiene tales características favorables carecerá de la precisión que durante mucho tiempo ha distinguido la física de otras disciplinas. Para algunos investigadores, ése es un precio inaceptable de pagar.

Durante un tiempo yo también adopté esa posición, pero mi opinión ha cambiado poco a poco. Como cualquier otro físico, yo prefiero predicciones claras, precisas e inequívocas. Pero yo y muchos otros hemos llegado a darnos cuenta de que aunque algunas características fundamentales del universo son susceptibles de tales predicciones matemáticas precisas, otras no lo son —o, cuando menos, es lógicamente posible que pueda haber características que están más allá de la predicción precisa—. Desde mediados de los años ochenta del siglo pasado, cuando yo era un joven estudiante graduado que trabajaba en teoría de cuerdas, había amplias expectativas de que la teoría explicaría algún día los valores de las masas de las partículas, las intensidades de las fuerzas, y el número de dimensiones espaciales, y lo mismo con cualquier otra característica física fundamental. Sigo teniendo esperanzas de que algún día alcancemos este objetivo. Pero también reconozco que es un difícil encargo para las ecuaciones de una teoría producir un número como la masa del electrón (0,000000000000000000000091095 en unidades de la masa de Planck) o la masa del quark-top (0,0000000000000000632, en unidades de la masa de Planck). Y cuando se llega a la constante cosmológica, el reto parece hercúleo. Un cálculo que después de páginas de manipulaciones y megavatios de funcionamiento de computador da como resultado el mismo número que ilustra el primer párrafo del capítulo 6… bien, no es imposible pero lleva al límite incluso el optimismo del optimista. Ciertamente, la teoría de cuerdas no parece estar hoy más cerca de calcular cualquiera de estos números que lo estaba cuando yo empecé a trabajar en ello. Esto no significa que ella, o alguna teoría futura, no tengan éxito algún día. Quizá el optimista tenga que ser todavía más imaginativo. Pero dada la física de hoy, tiene sentido considerar nuevos enfoques. Eso es lo que hace el multiverso.

En una propuesta de multiverso bien elaborada hay una delineación clara de las características físicas que tienen que enfocarse de forma diferente de la práctica estándar: aquellas que varían de un universo a otro. Y ésa es la fuerza del enfoque. Lo que es seguro esperar de una teoría de multiverso es un claro examen de qué misterios de un universo único persisten en el escenario de muchos universos, y cuáles no lo hacen.

La constante cosmológica es un ejemplo primordial. Si el valor de la constante cosmológica varía a lo largo de un multiverso dado, y lo hace en incrementos suficientemente finos, lo que fue una vez misterioso —su valor— sería ahora trivial. Así como una zapatería bien surtida tiene seguramente su número de zapato, un multiverso expansivo tiene seguramente universos con el valor de la constante cosmológica que hemos medido. Lo que generaciones de científicos se habrían esforzado valientemente en explicar, el multiverso lo habría hecho trivial. El multiverso habría mostrado que una cuestión aparentemente profunda e intrigante surgía de la hipótesis equivocada de que la constante cosmológica tiene un único valor. En este sentido es en el que una teoría de multiverso tiene la capacidad de ofrecer una importante fuerza explicatoria, y tiene capacidad para influir profundamente en el curso de la investigación científica.

Este razonamiento debe utilizarse con cuidado. ¿Qué hubiera pasado si Newton, después de la caída de la manzana, hubiera razonado que somos parte de un multiverso en el que las manzanas caen en algunos universos, suben en otros, y así la manzana que cae nos dice simplemente en qué tipo de universo habitamos, sin necesidad de más investigación? O ¿qué hubiera pasado si él hubiera concluido que en cada universo algunas manzanas caen mientras otras suben, y la razón de que veamos la variedad que cae es simplemente el hecho circunstancial de que, en nuestro universo, las manzanas que suben ya lo han hecho y por ello hace tiempo que han ido al espacio profundo? Éste es un ejemplo estúpido, por supuesto —nunca ha habido ninguna razón, teórica o cualquier otra, para tal cosa—, pero el punto es serio. Al invocar un multiverso, la ciencia podría debilitar el ímpetu por clarificar misterios concretos, incluso si algunos de esos misterios podrían estar maduros para explicaciones estándar sin multiverso. Cuando todo lo que se necesitaba realmente era trabajar más duro y pensar con más profundidad, podríamos ceder a la tentación de un multiverso y abandonar prematuramente los enfoques convencionales.

Este peligro potencial explica por qué algunos científicos tiemblan ante un razonamiento de multiverso. Por esto es por lo que una propuesta de multiverso que se tome en serio necesita estar fuertemente motivada por resultados teóricos, y debe expresar con precisión los universos de los que está compuesto. Debemos andarnos con mucho cuidado. Pero renunciar a un multiverso porque podría llevarnos a un callejón sin salida es igualmente peligroso. Haciéndolo, podríamos estar cerrando los ojos a la realidad.