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Resumiendo

Eslóganes

Un tema ha sido el hilo conductor en nuestro largo y sinuoso viaje desde los diagramas de Feynman hasta los universos burbujeantes: nuestro universo es un lugar extraordinario que parece estar fantásticamente bien diseñado para nuestra propia existencia. Este carácter especial no es algo que podamos atribuir a un feliz accidente, lo que es demasiado improbable. Las coincidencias aparentes piden a gritos una explicación.

Una historia muy popular, no solo entre el gran público sino también entre muchos científicos, es que un «superarquitecto» benevolente diseñó el universo con un propósito^[94]. Los abogados de esta idea, el diseño inteligente, dicen que es completamente científica y encaja perfectamente los hechos de la cosmología tanto como los de la biología. El diseñador inteligente no sólo escogió leyes de la física excelentes sino que también guió la evolución biológica a lo largo de su cadena improbable, desde las bacterias al Homo sapiens. Pero, aunque emocionalmente reconfortante, está es una explicación intelectual-mente insatisfactoria. Quedan sin responder: quién diseño al diseñador, mediante qué mecanismo interviene el diseñador para guiar la evolución, si el diseñador viola las leyes de la física para conseguir sus objetivos y si el diseñador está sometido a las leyes de la mecánica cuántica.

Hace ciento cincuenta años, Charles Darwin propuso una respuesta para las ciencias de la vida que se ha convertido en clave de la biología moderna: un mecanismo que no necesita diseñador ni propósito. Las mutaciones aleatorias, combinadas con competición en la reproducción, explican la proliferación de especies que finalmente llenan cada nicho, incluyendo criaturas que sobreviven gracias a su ingenio. Pero la física, la astronomía y la astronomía se quedaron rezagadas. El darwinismo puede explicar el cerebro humano, pero el carácter especial de las leyes de la física ha seguido siendo un rompecabezas. Dicho rompecabezas quizá esté dando, finalmente, teorías físicas que igualan a la teoría biológica de Darwin.

Los mecanismos físicos que he explicado en este libro comparten dos ingredientes claves con la teoría de Darwin. El primero es un enorme paisaje de posibilidades, un espacio enormemente rico de diseños posibles^[95]. Hay más de diez mil especies de aves, trescientas mil especies de escarabajos y millones de especies de bacterias. El número total de especies posibles es sin duda inmensamente mayor.

¿Es el número de diseños biológicos tan grande como el número de diseños de universos? Eso depende de lo que entendamos exactamente por un diseño biológico. Una manera de listar todas las posibilidades biológicas es enumerar las maneras de asignar los pares de bases en una larga molécula de ADN. Una hebra de ADN humano tiene unos mil millones de pares de bases, y hay cuatro posibilidades para cada una. El número total de posibilidades es el número ridiculamente grande 4^{1 000 000 000} (o 10^00 000 000). Esto es mucho mayor que los 10⁵⁰⁰ (obtenidos de modo similar contando el número de maneras de asignar flujos enteros) que los teóricos de cuerdas conjeturan para el número de valles del paisaje, pero por supuesto casi ninguno de ellos corresponde a formas de vida viables. Por otra parte, la mayoría de los 10⁵⁰⁰ vacíos son también vías muertas. En cualquier caso, ambos números son tan grandes que están mucho más allá de nuestros poderes de visualización.

El segundo ingrediente clave es un mecanismo superprolífico para convertir los planos en enormes números de entidades reales. El mecanismo de Darwin incluía replicación, competencia y montones y montones de carbono, oxígeno e hidrógeno sobre los que operan estos mecanismos. La inflación eterna implica también replicación exponencial, pero de volúmenes de espacio.

Como discutí en el capítulo 11, el proceso de población del paisaje tiene sus similitudes con la evolución biológica, pero también tiene al menos dos grandes diferencias. La primera fue discutida en el capítulo 11. La evolución biológica a lo largo de una línea de descendencia dada procede a través de cambios minúsculos e indetectables de una generación a otra. Pero la descendencia a través de una serie de nucleaciones de burbujas incluye, en cada etapa, grandes cambios de la energía de vacío, las masas de las partículas y el resto de las leyes de la física. Desde la perspectiva biológica, si sólo fueran posibles esos cambios grandes la evolución darwiniana sería imposible. Los mutantes monstruosos tendrían una desventaja tan grande con respecto a la descendencia normal que su supervivencia en un mundo competitivo sería imposible.

¿Cómo, entonces, llega a poblarse el megaverso con diversidad si la evolución biológica, en las mismas condiciones, se estancaría? La respuesta reside en la segunda gran diferencia entre los dos tipos de evolución: no hay competencia por los recursos entre universos de bolsillo. Es interesante contemplar un mundo imaginario en el que la evolución biológica tiene lugar en un ambiente donde los recursos son tan ilimitados que no hay necesidad de competición. ¿Evolucionaría la vida inteligente en un mundo semejante? En la mayoría de las descripciones de la evolución darwiniana, la competencia es un ingrediente clave. ¿Qué sucedería sin ella? Tomemos un caso concreto, el paso final en la evolución de nuestra propia especie. Hace unos cien mil años los hombres de Cro Magnon estaban en lucha por la supervivencia con los neandertales. Los cromañones ganaron porque eran más inteligentes, más grandes, más fuertes o con más potencia sexual. Así, el acervo genético medio de la raza humana mejoró. Pero supongamos que los recursos fueran ilimitados y que el sexo fuera innecesario para la reproducción. ¿Habría menos cromañones? En absoluto. Cualquiera de los que sobrevivió habría sobrevivido más fácilmente sin competencia. Y muchos de los que no sobrevivieron también lo habría hecho. Pero también habría más neandertales. De hecho, habría más de ambos. Todas las poblaciones aumentarían exponencialmente. En un mundo de recursos ilimitados, la ausencia de competición no habría frenado la evolución de las criaturas más inteligentes, pero habría hecho muchas más criaturas estúpidas.

Hay un tercer contexto, después de la física y la biología, donde los dos mismos ingredientes —un paisaje y un megaverso— son esenciales para nuestra existencia. Los planetas y otros cuerpos astronómicos se dan en un número muy grande de diseños posibles. Estrellas calientes, asteroides fríos, nubes de polvo gigantes, son sólo unos pocos. Una vez más, el paisaje de posibilidades es extraordinariamente rico. Solo la variación en distancia a la estrella madre ya da gran diversidad a los planetas. En cuanto a los mecanismos que convierten posibilidades en realidades, el big bang, y la aglomeración posterior por medio de la gravedad crearon 10²² planetas dentro de la parte observable de nuestro universo solamente.

En cada uno de los casos las respuestas a las preguntas de nuestra existencia son las mismas. Hay muchas criaturas/planetas/universos de bolsillo y muchos diseños posibles. Los números son tan grandes que, estadísticamente, algunos de ellos serán inteligentes o proclives a la vida inteligente. La mayoría de las criaturas/universos/astros son vías muertas desde este punto de vista. Nosotros somos de los pocos afortunados. Éste es el significado del principio antrópico. No hay magia, no hay diseñador sobrenatural: solo las leyes de los muy grandes números.

A mi amigo Steve Shenker, que es uno de los físicos más sabios que conozco, le gusta reducir las cosas a eslóganes. Piensa que a menos que una idea importante pueda ser resumida en una o dos frases cortas, su esencia no ha sido realmente captada. Creo que tiene razón. He aquí algunos ejemplos del pasado.

De la mecánica newtoniana.

Einstein y la relatividad especial:

y

De Einstein y la relatividad general.

De la mecánica cuántica:

De la cosmología:

Los mejores eslóganes científicos que conozco no proceden de la física o la cosmología sino de la teoría de la evolución:

Si este libro tuviera que reducirse a una simple idea, ésa sería que el gran principio organizador de la biología y la cosmología es:

Hay una diferencia frustrante entre el mecanismo biológico o planetario y la inflación eterna que puebla el paisaje. En los dos primeros casos, podemos observar directamente los resultados del prolífico mecanismo de creación. Vemos la diversidad de bioformas a nuestro alrededor. Los objetos astronómicos son algo más difíciles de observar, pero incluso sin telescopios podemos ver planetas, lunas y estrellas. Pero el enorme mar de universos de bolsillo creados por la inflación eterna está oculto tras nuestro horizonte de sucesos cósmico. El problema es, por supuesto, la velocidad límite de Einstein. Si pudiéramos superar la velocidad de la luz, no habría ningún problema en viajar a universos de bolsillo lejanos y volver. Podríamos navegar por el megaverso entero. Pero ¡ay!, perforar un agujero de gusano a través del espacio hasta un universo de bolsillo lejano es una fantasía que viola principios fundamentales de la física. La existencia de otros universos de bolsillo sigue y seguirá siendo una conjetura, pero una conjetura con poder explicativo.

¿Consenso?

Si las ideas que he expuesto resultan correctas, nuestra visión del mundo va a expandirse mucho más allá de las actuales fronteras provincianas hasta algo mucho más imponente: mayor en el espacio, mayor en el tiempo y mayor en posibilidades. Si esto es correcto, ¿cuánto hará falta para el cambio de paradigma? Aunque el terreno está cambiado, las cosas son a menudo demasiado confusas, las aguas demasiado turbias para ver claramente, siquiera a pocos años vista. Durante ese tiempo es casi imposible que los ajenos al tema sepan qué ideas son serias y cuáles son especulaciones marginales. Incluso para los iniciados es difícil saberlo. Mi objetivo principal al escribir este libro no es el de convencer al lector de mi propio punto de vista; las discusiones científicas se hacen mejor en las páginas de las revistas técnicas y las pizarras de las aulas de seminarios. Mi objetivo es exponer la batalla de ideas que va a tener un lugar central en la corriente principal de la ciencia, de modo que los lectores normales puedan seguir las ideas conforme se desarrollen y experimenten así el drama y la emoción que yo siento.

Siempre me ha fascinado la historia de las ideas científicas. Cómo llegaron los grandes maestros a sus ideas me interesa tanto como las propias ideas. Pero no todos los grandes maestros están muertos. El presente —exactamente ahora— es un tiempo maravilloso para observar a los Weinbergs, Wittens, ‘T Hoofts, Polchinskis, Maldacenas, Lindes, Vilenkins… mientras luchan por un nuevo paradigma. Por lo que puedo deducir, esto es lo que piensan mis colegas más distinguidos. Abordaré primero a los físicos y luego a los cosmólogos.

Steven Weinberg, más que cualquier otro físico, es responsable del descubrimiento del modelo estándar de la física de partículas. Steve no es una persona imprudente y es probable que sopese la evidencia al menos con tanto cuidado como cualquiera. Sus escritos y conferencias dan a entender claramente que para él la prueba, si no definitiva, sí sugiere con fuerza que alguna versión del principio antrópico puede desempeñar un papel en determinar las leyes de la física. Pero sus propios escritos expresan pesar, pesar por un «paradigma perdido». En su libro de 1992, El sueño de una teoría final, escribe:

Weinberg escribía estas palabras durante la resaca de los descubrimientos de la teoría de cuerdas heterótica y la compactificación de Calabi Yau. Pero él sabe ahora que la teoría de cuerdas no será la esperada alternativa al principio antrópico.

Ed Witten es uno de los más grandes matemáticos del mundo y un pitagórico de corazón. Ha hecho su carrera en torno a las elegantes y bellas matemáticas que salieron de la teoría de cuerdas. Su capacidad para sondear las profundidades matemáticas de la disciplina es impresionante. No es sorprendente que sea uno de los más reacios de mis colegas a abandonar la búsqueda de una mágica bala de plata matemática, una bala que seleccionaría un único conjunto consistente de leyes físicas para las partículas elementales. Si existe esa bala, Witten tiene la profundidad y potencia para encontrarla. Pero ha estado buscando durante mucho tiempo sin éxito. Aunque ha hecho más que cualquiera por crear las herramientas necesarias para explorar el paisaje, no creo que se sienta nada feliz con la dirección que la teoría está tomando en la actualidad.

Si Witten es la fuerza impulsora tras las herramientas matemáticas de la teoría de cuerdas, Joe Polchinski ha sido la fuente primaria de «piezas» para la gran máquina. Joe, junto con el brillante y joven físico de Stanford Raphael Bousso^[96], hizo el primer uso de estas piezas para construir un modelo del paisaje con un enorme discretuum de vacíos. En muchas conversaciones Joe ha expresado una creencia en que no hay alternativa al punto de vista del paisaje poblado.

Mi viejo camarada de armas Gerard’t Hooft siempre ha sido escéptico respecto a la pretensión de la teoría de cuerdas de acercarse a una teoría de todo y recientemente lo expuso en un mensaje por correo electrónico:

Nadie ha podido explicarme realmente lo que quiere decir que la teoría de cuerdas tiene 10¹⁰⁰ estados de vacío. Antes de que se pueda decir una cosa semejante, hay que dar primero una definición rigurosa de lo que es la teoría de cuerdas, y no hemos obtenido dicha definición. ¿O eran 10³⁰⁰ vacua, o 10^{1 000 000 000}? En tanto que estos detalles están todavía en el aire, me siento extraordinariamente incómodo con el argumento antrópico. Sin embargo, no puedo descartar alguna forma de principio antrópico. Después de todo, vivimos en la Tierra, no en Marte, Venus o Júpiter, por razones antrópicas. Eso, sin embargo, me hace distinguir el principio antrópico discreto del principio antrópico continuo. Discreto significa algo como: la constante de estructura fina es el recíproco de un número entero, resulta ser 1/137, al que hay que sumar correcciones de orden superior. Continuo significa que esta constante es 1/137,01 894 569 345 982 349 763 978 634 913 498 724 082 734 y así sucesivamente, estando determinadas todas estas cifras decimales por el princ. antrop [sic]. Encuentro esto inaceptable. La teoría de cuerdas parece estar diciendo que los quinientos primeros decimales son antrópi-cos, y el resto, matemáticos. Creo que es demasiado pronto para hacer tales especulaciones.

Traducido aproximadamente, lo que ’T Hooft entiende por el principio antrópico discreto es que el paisaje no debería contener tantos vacíos como para que puedan encontrarse todos los valores de las constantes de la naturaleza. En otras palabras, sería más feliz con el razonamiento antrópico si el número de posibilidades diferentes fuera finito en oposición a infinito.

Lo que creo que es digno de mención es que, escéptico o no, Gerard no descarta nuestras explicaciones antrópicas ni ofrece una explicación alternativa para el increíble ajuste fino de la constante cosmológica. Pero respecto a su actitud escéptica hacia una teoría de todo final, pienso que probablemente tiene razón.

Tom Banks es otro escéptico. Tom es uno de los pensadores más profundos en física y uno de los más abiertos. Su escepticismo, como el de ’T Hooft, no es tanto por el razonamiento antrópico sino más bien por la determinación del paisaje a partir de la teoría de cuerdas. El propio Tom ha hecho numerosas contribuciones importantes a la teoría de cuerdas. Pero su opinión es que el paisaje de vacíos metaestables puede ser ilusorio. Él argumenta que la teoría de cuerdas y la inflación eterna no están suficientemente bien entendidas como para estar seguros de que el paisaje es una realidad matemática. Si la certeza es el criterio, entonces estoy de acuerdo con él. Pero Banks cree que las matemáticas no son sólo incompletas sino que quizá sean en realidad erróneas. Hasta ahora sus argumentos no han sido convincentes, pero plantean serias preocupaciones.

¿Qué piensan los físicos jóvenes de hoy? En general, no tienen prejuicios. Juan Maldacena, que tiene poco más de treinta años, ha tenido más impacto en la física teórica que cualquiera de su generación. Fue básicamente su trabajo el que convirtió el principio holográfico en ciencia útil. Como Witten, ha aportado nuevas e importantes ideas matemáticas y, como Polchinski, ha tenido un profundo impacto en la interpretación de las matemáticas. Respecto al paisaje comentó: «Espero que no sea verdad». Él, como Witten, confiaba en la unicidad, tanto en las leyes de la física como en la historia del universo. De todas formas, cuando yo le pregunté si veía alguna esperanza en que el paisaje pudiera no existir, respondió, «No, me temo que no».

En la Universidad de Stanford —mi casa—, hay casi unanimidad sobre el tema, al menos entre los físicos teóricos: el paisaje existe. Tenemos que hacernos exploradores y aprender a navegar y cartografiar. Shamit Kachru y Eva Silverstein, ambos de poco más de treinta años, son dos de los líderes jóvenes en el mundo. Ambos están ocupados construyendo las montañas, valles y terrazas del paisaje. De hecho, si tuviera que atribuir a alguien el título de Rube Goldberg Moderno, sería a Shamit. No me malinterprete; no quiero decir que haga malas máquinas. Por el contrario, Shamit ha utilizado mejor que nadie las complicadas piezas de la teoría de cuerdas mejor para diseñar modelos del paisaje. ¿Y el principio antrópico? Va implícito. Es parte de la hipótesis de trabajo de todos mis colegas cercanos en Stanford, jóvenes y viejos.

En el otro extremo del país, Nueva Jersey es la sede de dos de los mayores centros de física teórica del mundo. El primero y más importante es Princeton, con el departamento de física de su universidad y el Instituto para Estudios Avanzados; pero a treinta kilómetros al norte, en New Brunswick, hay otra central: la Universidad Rutgers. Michael Douglas es una de las estrellas de Rutgers. Como Witten, es a la vez un físico brillante y un gran matemático. Pero, más importante para esta historia, es un audaz explorador del paisaje. Douglas se ha impuesto la tarea de estudiar la estadística del paisaje antes que las propiedades detalladas de los valles individuales. Utiliza las leyes de los grandes números —la estadística— para estimar qué propiedades son más comunes, qué porcentaje de valles hay a las diferentes altitudes y cuál es la probabilidad de que un valle que puede soportar vida manifieste una supersimetría aproximada. Aunque él prefiere utilizar el término aproximación estadística en lugar de principio antrópico, probablemente es justo decir que Douglas está en el lado antrópico de la divisoria.

Los cosmólogos también están divididos sobre la cuestión. Jim Peebies de la Universidad de Princeton es el «gran anciano» de la cosmología estadounidense. Peebies ha sido un pionero en todos los aspectos de la disciplina. De hecho, a finales de los años noventa fue una de las primeras personas en sospechar que los datos cosmológicos indicaban la presencia de algo parecido a una constante cosmológica. Discutiendo con él los problemas de la cosmología quedé sorprendido por su aceptación casi automática de que muchas características del universo solo podrían explicarse por algún tipo de razonamiento antrópico.

Sir Martin Rees, el astrónomo real británico, es un entusiasta total del paisaje, el megaverso y el principio antrópico. Martin es un cosmólogo y astrofísico destacado de Europa. Muchos argumentos detallados que he utilizado para motivar el principio antrópico los aprendí de él y del cosmólogo estadounidense Max Tegmark.

Usted ya ha conocido a Andrei Linde y Alexander Vilenkin. Como Rees y Tegmark, están firmemente en el bando del paisaje antrópico. Linde ha expresado su opinión: «Quienes rechazan el principio antrópico están simplemente a la negativa. Éste principio no es un arma universal, sino una herramienta útil que nos permite concentrarnos en los problemas fundamentales de la física separándolos de los problemas puramente ambientales, que pueden tener una solución antrópica. Uno puede amar u odiar el principio antrópico, pero apuesto a que con el tiempo todos van a utilizarlo».

Stephen Hawking es colega de Martin Rees en la Universidad de Cambridge, pero no tengo duda de que sus ideas son muy personales. He aquí una cita de una conferencia que impartió Stephen en 1999: «Voy a describir lo que veo como el marco para la cosmología cuántica, sobre la base de la teoría M. Adoptaré la propuesta de ausencia de frontera, y argumentaré que el principio antrópico es esencial si hay que escoger una solución que represente nuestro universo de entre todo el zoo de soluciones permitidas por la teoría M».

Así que parece que finalmente Stephen y yo coincidimos en algo.

Pero no todos los cosmólogos están de acuerdo. Entre los estadounidenses mejor conocidos en el campo, Paul Steinhardt y David Spergel son enemigos vehementes de todo lo que huela vagamente antrópico. Steinhardt, cuyas ideas son más o menos representativas, dice que él odia el paisaje y espera que desaparezca. Pero, como Maldacena, no puede encontrar ninguna manera de deshacerse de él. De los escritos de Steinhardt (en «The Edge Annual Question-2005», en www.edge.org): «Espero que dentro de unas décadas los físicos estarán persiguiendo de nuevo sus sueños de una “teoría final” verdaderamente científica, y retrospectivamente verán la manía antrópica actual como una locura del milenio».

Alan Guth, el padre de la inflación, ve las cosas desde la barrera. Alan es un firme creyente en el paisaje poblado. De hecho fue el quien acuñó el término universo de bolsillo. Pero al no ser un teórico de cuerdas, adopta una actitud de esperar —y ver— respecto al discretuum, en otras palabras, está menos comprometido con la afirmación de que el número de posibles entornos vacíos es exponencialmente grande. En cuanto al principio antrópico, sospecho que Alan es un creyente no confeso. Cada vez que le veo digo: «Bien, Alan, ¿todavía no has “salido”?». Invariablemente responde: «Todavía no»^[97].

He dejado para el final a mi viejo amigo David Gross. David y yo hemos sido buenos amigos durante cuarenta años. Durante ese tiempo hemos luchado y discutido sin cesar, a veces violentamente, pero siempre con gran respeto por las opiniones del otro. Mi conjetura es que nos convertiremos en dos viejos cascarrabias irritables, combatiendo hasta el final. Quizá ya lo somos.

David es, sin duda, uno de los más grandes físicos vivos. Es mejor conocido como uno de los principales arquitectos de la Cromodinámica Cuántica, es decir, la dinámica de los hadrones^[98]. Pero, más importante para esta historia, ha sido desde hace tiempo uno de los generales más veteranos en el ejército de la teoría de cuerdas. A mediados de los años ochenta, mientras era profesor en Princeton, David y sus colaboradores Jeff Harvey, Emil Martinec y Ryan Rohm causaron sensación cuando descubrieron la teoría de cuerdas heterótica. Esta nueva versión de la teoría de cuerdas se parecía mucho más al mundo real de las partículas elementales que cualquier versión anterior. Además, casi al mismo tiempo Ed Witten (también en Princeton) estaba ocupado con sus colaboradores —Andy Strominger, Gary Horowitz y Philip Candelas— ideando la compactificación de Calabi Yau. Cuando se unieron las dos, el mundo de la física quedó boquiabierto: los resultados se veían tan realistas que parecía sólo cuestión de meses el tener a mano una teoría definitiva, final y única de las partículas elementales. El mundo contuvo la respiración… y se puso azul.

El destino no fue amable. Cuanto más tiempo pasa, más claro se hace que el entusiasmo de Princeton era, cuando menos, prematuro. Pero David no ha abandonado nunca la esperanza de que la bala de plata aparecerá y justificará el entusiasmo anterior. ¿Y yo? Sospecho que, al final, la teoría heterótica resultará ser un componente muy importante de la gran máquina de Rube. Su parecido con el modelo estándar es impresionante. Pero también conjeturaría que no es el único componente. Flujos, branas, singularidades y otras características pueden expandir el paisaje heterótico mucho más allá de lo que originalmente pensaban los autores de la teoría.

Gross, como dije, es un formidable adversario intelectual, y es totalmente contrario al principio antrópico. Aunque sus razones son más ideológicas que científicas, son importantes para discutir. Lo que le molesta es una analogía con la religión. ¿Quién sabe? Quizá Dios sí hizo el mundo. Pero los científicos —los científicos reales— se resisten a la tentación de explicar los fenómenos naturales, incluyendo la propia creación, por intervención divina. ¿Por qué? Porque como científicos entendemos que hay una imperiosa necesidad humana para creer —la necesidad de ser reconfortados— que fácilmente nubla el juicio de las personas. Es demasiado fácil caer en la trampa seductora de un cuento de hadas reconfortante. De modo que nos resistimos, hasta la muerte, a todas las explicaciones del mundo basadas en algo que no sea las leyes de la física, las matemáticas y la probabilidad.

David, junto con muchos otros, expresa el temor a que el principio antrópico sea como la religión: demasiado reconfortante, demasiado fácil. Teme que si empezamos a abrir la puerta, siquiera una rendija, el principio antrópico nos seducirá con una falsa creencia y detendrá a los jóvenes físicos futuros que buscan la bala de plata. David cita elocuentemente la alocución de Winston Churchill en 1941 a los estudiantes en su propia escuela: «No hay que abandonar nunca jamás, jamás, jamás, jamás, jamás, jamás. No hay que abandonar nunca. No hay que abandonar nunca. No hay que abandonar nunca». Pero el campo de la física está lleno de cadáveres de viejos testarudos que nunca supieron cuándo abandonar.

La preocupación de David es muy real, y no pretendo minimizarla, pero pienso también que no es tan grave como él piensa. No me preocupa ni por un momento que la generación más joven carezca de la fibra moral para evitar la trampa. Si el paisaje poblado es la idea equivocada, nosotros (o quizá debería decir ellos) lo descubriremos. Si los argumentos que indican la existencia de 10⁵⁰⁰ vacíos son erróneos, los teóricos de cuerdas y los matemáticos lo descubrirán. Si la propia teoría de cuerdas es errónea, quizá porque es matemáticamente inconsistente, quedará en la cuneta, y con ella el paisaje de la teoría de cuerdas. Pero si eso sucede, tal como están las cosas ahora no nos dejaría ninguna otra explicación racional para la ilusión de un universo diseñado.

Por el contrario, si la teoría de cuerdas y el paisaje son correctos, entonces, con nuevas y mejoradas herramientas, podremos localizar nuestro valle. Podremos saber de las características en localizaciones vecinas, incluyendo la terraza inflacionaria y la aproximación a la pendiente pronunciada. Y, finalmente, podremos confirmar que el uso riguroso de las matemáticas lleva a muchos otros valles, que no se distinguen en nada especial del nuestro excepto por su ambiente inhóspito. David tiene preocupaciones sinceras, pero rehuir una posible respuesta porque va contra nuestras esperanzas anteriores es en sí mismo un tipo de religión.

Gross tiene otro argumento. Pregunta: «¿No es increíblemente arrogante por nuestra parte presumir que toda la vida debe ser igual que nosotros: basada en el carbono, necesitada de agua» y todo lo demás? «¿Cómo sabemos que la vida no puede existir en ambientes radicalmente diferentes?». Supongamos, por ejemplo, que pudieran evolucionar algunas formas extrañas de vida en el interior de las estrellas, en frías nubes de polvo en el espacio interestelar y en los gases nocivos que rodean a los gigantescos planetas gaseosos como Júpiter. En ese caso, el principio ictrópico de los cosmólogos perdería su poder explicatorio. El argumento de que la necesidad de la vida de agua líquida explica el ajuste fino de la temperatura perdería su fuerza. En una línea similar, si la vida puede formarse sin galaxias, la explicación de Weinberg de la pequeñez de la constante cosmológica también pierde su fuerza.

Creo que la respuesta correcta a esta crítica es que hay una hipótesis oculta que es parte integral del principio antrópico, a saber: la existencia de la vida es extremadamente delicada y requiere condiciones muy excepcionales. Esto no es algo que yo pueda demostrar. Es simplemente parte de la hipótesis que da al principio antrópico su poder explicatorio. Quizá deberíamos volver el argumento del revés y decir que el éxito de la predicción de Weinberg apoya la hipótesis de que la vida inteligente robusta requiere galaxias, o al menos estrellas y planetas.

¿Cuáles son las alternativas al paradigma del paisaje poblado? Mi opinión es que, una vez que eliminamos los agentes sobrenaturales, no hay nadie que pueda explicar el sorprendente y asombroso ajuste fino de la Naturaleza. El paisaje poblado desempeña el mismo papel para la física y la cosmología que la evolución darwiniana para las ciencias de la vida. Los errores de copiado aleatorios, junto con la selección natural, son la única explicación natural conocida de cómo podría formarse un órgano tan bien ajustado como un ojo a partir de la materia ordinaria. El paisaje poblado, junto con la rica diversidad predicha por la teoría de cuerdas, es la única explicación conocida de las propiedades extraordinariamente especiales de nuestro universo que permiten nuestra propia existencia.

Éste es un buen lugar para que haga una pausa y aborde una crítica potencial que podría levantarse contra este libro, a saber, que carece de equilibrio. ¿Dónde están las explicaciones alternativas del valor de la constante cosmológica? ¿No hay ningún argumento técnico en contra de la existencia de un gran paisaje? ¿Qué pasa con otras teorías distintas de la teoría de cuerdas?

Le aseguro que no estoy ocultando el otro lado de la historia. A lo largo de los años, muchas personas, incluyendo algunos de los más ilustres nombres de la física, han tratado de explicar por qué la constante cosmológica es pequeña o nula. El aplastante consenso es que estos intentos no han sido satisfactorios. No queda nada que informar sobre eso.

En cuanto a los intentos matemáticos serios de desacreditar el Paisaje, yo solo conozco un caso. El autor de ese intento es un buen físico matemático que, por lo que yo se, sigue creyendo en sus criticas a la construcción KKLT (véase el capítulo 10). La objeción implica un punto matemático extremadamente técnico acerca de los espacios de Calabi Yau. Varios autores han criticado la crítica, pero ahora puede ser irrelevante. Michael Douglas y sus colaboradores han encontrado muchos ejemplos que evitan el problema. De todas formas, una evaluación honesta de la situación tendría que incluir la posibilidad de que el paisaje sea un espejismo matemático.

Finalmente, como alternativas a la teoría de cuerdas, una bien conocida es la llamada gravedad de lazo. La gravedad de lazo es una propuesta interesante, pero no está tan bien desarrollada como la teoría de cuerdas. En cualquier caso, ni siquiera su más famoso abogado, Lee Smolin, cree que la gravedad de lazo sea realmente una alternativa a la teoría de cuerdas aunque puede ser una formulación alternativa de la teoría de cuerdas.

Por mucho que quisiera equilibrar las cosas explicando el lado opuesto, simplemente no puedo encontrar el lado opuesto. Los argumentos opositores se reducen a un rechazo visceral del principio an-trópico (lo odio) o una queja ideológica contra el mismo (eso es abandonar).

Dos argumentos específicos han sido los temas de recientes libros de divulgación de físicos bien conocidos, pero en mi opinión ambos han fracasado. Necesitaré un momento para explicar por qué.

Las leyes de la Naturaleza son emergentes

Ésta es una de las ideas favoritas de algunos teóricos de la materia condensada que trabajan en las propiedades de materiales hechos de átomos y moléculas ordinarios. Su proponente principal es el ganador del premio Nobel Robert Laughhn, que describe sus ideas en su libro Un universo diferente^[99]. La idea central es la vieja «teoría del éter» que mantiene que el vacío es un material especial. La idea del éter fue popular en el siglo XIX, cuando Faraday y Maxwell trataban de considerar los campos electromagnéticos como tensiones en el éter. Pero después de Einstein, el éter cayó en descrédito. A Laughhn le gustaría resucitar la vieja idea imaginando el universo como un material con propiedades similares al helio superfluido. El helio superfluido es un ejemplo de un material con propiedades «emergentes» especiales, propiedades que se manifiestan (emergen) sólo cuando se reúnen enormes números de átomos en cantidades macroscópicas. En el caso del helio líquido, el fluido tiene sorprendentes propiedades superfluidas tales como fluir sin ninguna fricción. En muchos aspectos, los superfluidos son similares al fluido de Higgs que llena el espacio y da a las partículas sus propiedades. Hablando en general, la misión de Laughlin puede resumirse diciendo que vivimos en un material de este tipo que llena el espacio. Podría decirlo incluso con más fuerza: el espacio es dicho material emergente. Además, él cree que la gravedad es un fenómeno emergente.

Uno de los temas principales de la física moderna es que los fenómenos emergentes tienen un tipo de estructura jerárquica. Pequeñas colecciones de moléculas o átomos se agrupan para formar entidades mayores. Una vez que se conocen las propiedades de estas nuevas entidades, se puede olvidar de dónde proceden. A su vez, las nuevas entidades se combinan y arraciman en otras nuevas de tamaño aún mayor. Una vez más, podemos olvidar de dónde proceden y agruparlas en grupos aún mayores hasta que todo el material macroscópico queda explicado. Una de las propiedades más interesantes de todos estos sistemas es que no importa dónde se empiece exactamente. Las entidades microscópicas originales no suponen ninguna diferencia para el comportamiento emergente —el material siempre sale con el mismo comportamiento a gran escala— dentro de ciertos límites^[100]. Por esta razón, Laughlin cree que no tiene sentido buscar los objetos fundamentales de la naturaleza, puesto que una amplia variedad de objetos básicos llevarían a las mismas leyes de la física —gravedad, modelo estándar y demás— en el mundo a gran escala. De hecho, hay todo tipo de «excitaciones» en materiales que se parecen a partículas elementales pero son en realidad movimientos colectivos de los átomos subyacentes. Las ondas sonoras, por ejemplo, se comportan como si estuvieran hechas de cuantos llamados fonones. Además, estos objetos de comportan a veces de forma increíble como fotones u otras partículas.

Hay dos razones serias para dudar de que las leyes de la Naturaleza sean similares a las leyes de los materiales emergentes. La primera razón se refiere a las propiedades especiales de la gravedad. Para ilustrarlo, consideremos las propiedades del helio superfluido, aunque también serviría cualquier otro material. En los superfluidos tienen lugar todo tipo de cosas interesantes. Hay ondas que se comportan de modo similar a campos escalares y objetos llamados vórtices que se parecen a tornados que se mueven a través del fluido. Pero no hay ningún tipo de objeto aislado que se mueva en el fluido y se parezca a un agujero negro. Esto no es casual. Los agujeros negros deben su existencia a la fuerza gravitatoria descrita por la teoría de la relatividad general de Einstein. Pero ningún material conocido tiene las características que la teoría de la relatividad general adscribe al espacio-tiempo. Hay muy buenas razones para ello. En el capítulo 10, donde traté de los agujeros negros, vimos que las propiedades de un mundo con mecánica cuántica y gravedad son radicalmente diferentes de cualquier cosa que pueda ser producida sólo con materia corriente. En particular, el principio holográfico —un pilar del pensamiento actual— perece requerir tipos totalmente nuevos de comportamiento no vistos en ningún sistema de materia condensada conocido. De hecho, el propio Laughlin ilustra el punto argumentando que los agujeros negros (en esta teoría) no pueden tener propiedades, tales como radiación de Hawking, que prácticamente todos los demás creen que tienen.

Pero supongamos que se encuentra un sistema emergente que tuviera algunas de las propiedades que buscamos. Las propiedades de los sistemas emergentes no son muy flexibles. Puede haber una enorme variedad de puntos de partida para el comportamiento microscópico de los átomos pero, como dije, tienden a conducir un número muy pequeño de puntos finales a gran escala. Por ejemplo, podemos cambiar los detalles de los átomos de helio de muchas maneras sin cambiar el comportamiento macroscópico del helio superfluido. La única cosa importante es que los átomos de helio se comportan como pequeñas bolas de billar que simplemente rebotan unas en otras. Esta insensibilidad al punto de partida microscópico es lo que más gusta de los sistemas emergentes a los físicos de la materia condensada. Pero la probabilidad de que a partir del pequeño número de puntos fijos (puntos extremos) posibles hubiera uno con las propiedades increíblemente bien ajustadas de nuestro mundo antrópico es despreciable. En particular, no hay explicación del más espectacular de estos ajustes finos, la pequeña pero no nula constante cosmológica. Un universo basado en la emergencia de la materia condensada convencional me parece una idea que no lleva a nada.

La selección natural y el universo

Lee Smolin ha intentado explicar las propiedades muy especiales del mundo —las propiedades antrópicas— por una analogía directa con la evolución darwiniana, no en el sentido probabilístico general que expliqué antes sino de una manera mucho más específica^[101]. En su favor hay que decir que Smolin comprendió pronto que la teoría de cuerdas es capaz de describir un tremendo conjunto de posibles universos, e intentó utilizar esto de una manera imaginativa. Aunque creo que la idea de Smolin falla en última instancia, es un valiente esfuerzo que merece una seria reflexión.

La idea esencial es la siguiente: en cualquier universo con fuerzas gravitatorias pueden formarse agujeros negros. Smolin especula sobre lo que podría tener lugar dentro de un agujero negro, en particular, en su violenta singularidad. Cree, en mi opinión sin tener buenas pruebas, que el espacio no colapsa hasta una singularidad sino que tiene lugar una resurrección del universo. Un nuevo universo bebé nace dentro del agujero negro. En otras palabras, los universos son replicadores que se reproducen en el interior de los agujeros negros. Si es así, argumenta Smolin, entonces, por un proceso de replicación repetida —agujeros negros que se forman en el interior de universos, que están dentro de agujeros negros, que están dentro de universos, y así sucesivamente— tendrá lugar una evolución hacia universos máximamente aptos. Por apto Smolin entiende tener la capacidad de producir un gran número de agujeros negros y, por lo tanto, un gran número de descendientes. Smolin conjetura entonces que nuestro universo es el más apto de todos: las leyes de la naturaleza en nuestro universo de bolsillo son tales que producen el máximo número posible de agujeros negros. Afirma que el principio antrópico es totalmente innecesario. El universo no está puesto a punto para la vida. Está puesto a punto para hacer agujeros negros.

La idea es ingeniosa, pero no creo que explique los hechos. Adolece de dos serios problemas. El primero es que la idea de Smolin de la evolución cósmica sigue demasiado de cerca a la de Darwin y requiere que los cambios de una generación a otra sean cambios imperceptibles. Como ya he dicho, la pauta sugerida por el paisaje de la teoría de cuerdas es exactamente la contraria. En defensa de Smolin debería señalar que casi todo nuestro conocimiento del paisaje se obtuvo después de que se publicase su teoría. En el momento en que Smolin estaba publicando sus ideas, el paradigma vigente para los teóricos de cuerdas era la parte supersimétrica plana del paisaje, donde es realmente cierto que los cambios son infinitesimales.

El otro problema es cosmológico y tiene poco que ver con la teoría de cuerdas. No hay ninguna razón para creer que vivamos en un universo que es máximamente eficiente para producir agujeros negros. Smolin hace una serie de argumentos retorcidos para demostrar que cualquier cambio en nuestro universo daría como resultado menos agujeros negros, pero yo los encuentro muy poco convincentes. Vimos en el capítulo 5 que es un «milagro» afortunado el que el universo no esté catastróficamente lleno de agujeros negros. Un aumento relativamente pequeño en la grumosidad inicial del universo haría que casi toda la materia colapsara en agujeros negros antes que en galaxias y estrellas que alimentan la vida. Además, aumentar las masas de las partículas elementales haría que se formaran más agujeros negros puesto que serían más sensibles a la atracción gravitatoria. La pregunta real es por qué el universo tiene tan pocos agujeros negros. La respuesta que para mí tiene más sentido es que muchos, quizá la mayoría, de los bolsillos tienen muchos más agujeros negros que nuestro bolsillo, pero son lugares violentos en los que no podría haberse formado la vida.

El argumento general de que vivimos en un mundo que es máximamente apto para reproducirse también falla, en mi opinión, en aspectos fundamentales. El espacio se reproduce realmente —un mecanismo bien entendido es la inflación— pero el universo máximamente reproductor no se parece en nada al nuestro. El universo más apto en el sentido de Smolin, el que se replica con más rapidez, sería el universo con la mayor constante cosmológica. Pero no hay solapamiento entre la aptitud para reproducirse y la aptitud para soportar vida inteligente. Con su constante cosmológica ultrapequeña y su escasez de agujeros negros, nuestro universo es especialmente poco apto para reproducirse.

Volviendo a la analogía del árbol de la vida, tampoco en biología hay solapamiento entre la aptitud reproductiva y la inteligencia. Las criaturas máximamente aptas no son humanas: son bacterias. Las bacterias se replican con tanta rapidez que un único organismo puede tener hasta diez billones de descendientes en un período de veinticuatro horas. Según algunas estimaciones, la población de bacterias en la Tierra es más de un billón de trillones. Los seres humanos pueden ser muy especiales en muchos aspectos pero no en su capacidad para reproducirse. Un mundo que puede soportar vida es también muy especial, pero, de nuevo, no en su capacidad para reproducirse.

Para decirlo de otro modo, imaginemos a Gregor Samsa —el protagonista de La metamorfosis, de Franz Kafka— en ese fatídico día en que se despierta como una cucaracha gigante. ¿Podría haberse preguntado, todavía nublado por el sueño?; «¿Qué tipo de criatura soy?». Siguiendo la lógica de Smolin la respuesta sería: «Con aplastante probabilidad, debo pertenecer a la clase de criaturas que son más aptas para reproducirse y son por lo tanto las más abundantes. En resumen, debo de ser una bacteria».

Pero unos pocos segundos de reflexión podrían convencerle de lo contrario. Citando mal a Descartes, él concluiría: «Pienso, luego no soy una bacteria. Soy algo muy especial, una notable criatura con un extraordinario poder cerebral. No soy un promedio: estoy extremadamente lejos de la media». Tampoco nosotros tardaríamos más de un momento en concluir que no estamos en la media. No pertenecemos a la rama del megaverso que es más apta para reproducirse. Pertenecemos a la rama que puede decir: «Pienso, luego la constante cosmológica debe ser muy pequeña».

Mi reacción a la idea de Smolin ha sido dura. Pero la dureza se dirige contra puntos técnicos concretos, no contra la filosofía general de Smolin. Creo que Smolin merece gran crédito por acertar en la mayoría de las cosas. Smolin fue el primero en reconocer que la diversidad de vacíos en la teoría de cuerdas puede desempeñar un importante papel positivo en explicar por qué el mundo es como es. Fue también el primero en tratar de utilizar esta diversidad de una manera creativa para explicar nuestro ambiente especial. Y lo más importante, entendió que había una pregunta urgente que responder: «¿Cómo pueden ofrecer las ideas más profundas y poderosas de la física moderna una explicación genuinamente científica del aparente “diseño inteligente” que vemos a nuestro alrededor?». En todo esto, él se enfrentaba directamente a los fuertes prejuicios de los teóricos de cuerdas y creo que él estaba entonces más acertado que ellos.

Como he resaltado repetidamente, no hay ninguna explicación conocida de las propiedades especiales de nuestro bolsillo distinta de la del paisaje poblado, al menos ninguna explicación que no requiera fuerzas sobrenaturales. Pero hay problemas reales en nuestra comprensión actual del paisaje poblado, y algunos son potencialmente muy serios. En mi opinión, los mayores desafíos tienen que ver con la inflación eterna, el mecanismo que puede poblar el paisaje. La clonación del espacio no está cuestionada seriamente por nadie, ni lo está la producción de burbujas por el vacío metaestable. Ambas ideas se basan en algunos de los principios más fiables de la relatividad general y de la mecánica cuántica. Pero nadie tiene una comprensión clara de cómo estas observaciones van a convertirse en predicciones —incluso conjeturas estadísticas— sobre nuestro universo.

Dado un megaverso, incesantemente lleno con universos de bolsillo, el principio antrópico es una herramienta efectiva para eliminar la mayoría de ellos como candidatos para nuestro universo. Los que no soportan nuestro tipo de vida pueden ser arrojados a la basura. Eso ofrece un maravilloso poder explicatorio para preguntas como ¿por qué es pequeña la constante cosmológica? Pero gran parte de la controversia sobre el principio antrópico tiene que ver con un programa más ambicioso, la esperanza de que pueda sustituir a la bala de plata en predecir toda la Naturaleza.

Ésta es una expectativa poco razonable. No hay ninguna razón por la que todas las características de la Naturaleza debieran estar determinadas por la existencia de vida. Algunas características estarán determinadas por razonamiento matemático de tipo tradicional, otras por razonamiento antrópico y otras características quizá sean sólo hechos ambientales casuales.

Como siempre, el mundo de los peces de gran cerebro (capítulo 5) es un buen lugar para obtener alguna perspectiva. Sigamos a los peces a medida que aprenden más obre su mundo:

Pero nunca fue la intención de los peces cosmólogos explicar todas las características de la Naturaleza. Su afirmación de que el universo es grande y contiene una amplia variedad de ambientes es tan válida como siempre. La crítica de que el principio ictrópico no puede explicar todo es un hombre de paja, montado por los peces físicos solo para derribarlo.

Hay paralelos muy estrechos entre esta historia y el caso del principio antrópico. Un ejemplo incluye la constante cosmológica y la grumosidad del universo primitivo. En el capítulo 2, he contado cómo Weinberg explicó el hecho de que la constante cosmológica sea tan increíblemente pequeña: si fuera mucho mayor, los muy pequeños contrastes de densidad (grumosidad) en el universo no podrían haber crecido para dar galaxias. Pero supongamos que los contrastes de densidad iniciales fueran un poco más fuertes. Entonces una constante cosmológica algo mayor podría ser tolerada. Como en el caso de la distancia y la luminosidad de la estrella, hay un rango de valores posibles para la constante cosmológica y la grumosidad que permiten la vida, o al menos las galaxias. El principio antrópico por sí mismo es impotente para escoger entre ellos. Algunos físicos toman esto como evidencia en contra del principio antrópico. Una vez más, lo considero un hombre de paja.

Pero es posible que con ingredientes adicionales los peces físicos y los físicos humanos podríamos hacerlo mejor. Acudamos a los peces astrofísicos: los expertos en cómo se forman y evolucionan las estrellas. Estos peces científicos han estudiado la formación de estrellas a partir de nubes de gas gigantes y, como se esperaba, encuentran que es posible un rango de luminosidades. No hay forma de estar seguros de la luminosidad estelar sin elevarse por encima de la superficie y observar la estrella, pero aun así parece que algunos valores de la luminosidad son más probables que otros. De hecho, los peces astrofísicos encuentran que la mayoría de las estrellas de larga vida deberían tener una luminosidad de entre 10²⁶ y 10²⁷ vatios. Su estrella está probablemente en este rango.

Ahora intervienen los peces cosmólogos. Con tal luminosidad el planeta tendría que estar a unos ciento cincuenta millones de kilómetros para tener un clima suficientemente templado para que haya agua líquida. Esa predicción no es tan absoluta como a ellos les gustaría. Como todas las afirmaciones probabilísticas, podría ser errónea. Pese a todo, en mejor que ninguna predicción.

Lo que tienen en común estas dos situaciones —una que incluye agua líquida y otra la formación de galaxias— es que las consideraciones antrópicas (o ictrópicas) por sí solas no son suficientes para determinar o predecir todo. Esto es inevitable si hay más de un valle en el Paisaje que puede soportar nuestro tipo de vida. Con 10⁵⁰⁰ valles parece casi seguro que será así. Llamemos a tales vacíos antrópicamente aceptables. La física y la química comunes pueden ser muy similares en muchos de ellos: hay electrones, núcleos, gravedad, galaxias, estrellas y planetas muy similares a las que conocemos en nuestro mundo. Las diferencias pueden estar en aquellas cosas en las que sólo podría estar interesado un físico de partículas de altas energías. Por ejemplo, hay muchas partículas en la naturaleza —el quark-cima, el leptón tau, el quark-fondo y otras— cuyas propiedades detalladas apenas cuentan para el mundo ordinario. Son demasiado pesadas para suponer ninguna diferencia excepto en colisiones de alta energía en aceleradores gigantes. Algunos de estos vacíos (incluyendo el nuestro) pueden tener muchos nuevos tipos de partículas que suponen poca o ninguna diferencia para la física corriente. ¿Hay alguna manera de explicar en cuáles de estos vacíos antrópicamente aceptables vivimos? Obviamente, el principio antrópico no puede ayudarnos a predecir en cuál vivimos; cualquiera de estos vacíos es aceptable.

Esta conclusión es frustrante. Deja abierta la teoría a la seria crítica de que no tiene poder predictivo, algo a lo que los científicos son muy sensibles. Para abordar esta deficiencia muchos cosmólogos han tratado de complementar el principio antrópico con hipótesis probabilísticas adicionales. Por ejemplo, en lugar de preguntar cuál es exactamente el valor de la masa del quark-cima, podríamos tratar de preguntar cuál es la probabilidad de que el quark-cima tenga una masa en un rango particular.

He aquí una propuesta tal: con el tiempo conoceremos lo suficiente sobre el paisaje para saber cuántos valles existen para cada rango de la masa del quark-cima. Algunos valores de la masa pueden corresponder a un enorme número de valles; otros pueden corresponder a un número mucho más pequeño. La propuesta es bastante simple: los valores de la masa del quark— cima que corresponden a muchísimos valles son más probables que los valores que corresponden a pocos valles. Para realizar un programa de este tipo tendríamos que conocer mucho más sobre el paisaje que lo que conocemos ahora. Pero situémonos en el futuro, cuando los detalles del paisaje hayan sido cartografiados por la teoría de cuerdas y conozcamos el número de vacíos con cualquier conjunto de propiedades concebible. Entonces, la propuesta natural sería que la probabilidad relativa para dos valores distintos de alguna constante fuera la razón entre el número de vacíos apropiados. Por ejemplo, si hubiera el doble de vacíos con valor de masa M₁ que con valor de masa M₂, se seguiría que M₁ sería el doble de probable que M₂. Si tenemos suerte podríamos encontrar que un valor de la masa del quark-cima corresponde a un número excepcionalmente grande de valles. Entonces podríamos avanzar suponiendo que este valor es cierto para nuestro mundo.

Ninguna única predicción de este tipo, basada como lo está en la probabilidad, puede confirmar o refutar la teoría, pero muchas predicciones estadísticas acertadas añadirían mucho peso a nuestra confianza.

La idea que acabamos de esbozar es tentadora, pero hay serias razones para cuestionar el argumento. Recordemos que el paisaje es meramente el espacio de posibilidades. Si fuéramos peces físicos pensando en el paisaje de planetas posibles, podríamos contar todo tipo de posibilidades extrañas siempre que fueran soluciones a las ecuaciones de la física: planetas con núcleos de oro puro entre otras. Las ecuaciones de la física tienen tantas soluciones correspondientes a enormes bolas de oro como a bolas de hierro^[102]. El argumento de contar posibilidades diría que no es más probable que un planeta con núcleo de hierro sea el hogar de los peces físicos que lo sea un planeta de oro, obviamente un error^[103].

Lo que realmente queremos saber no es cuántas posibilidades de cada tipo hay: lo que queremos saber es cuántos planetas de cada tipo hay. Para ello necesitamos mucho más que el recuento abstracto de posibilidades. Necesitamos saber cómo se producen el hierro y el oro durante la lenta combustión nuclear en el interior de las estrellas.

El hierro es el más estable de todos los elementos. Es más difícil extraer un protón o un neutrón de un núcleo de hierro que de cualquier otro. En consecuencia, la combustión nuclear procede a lo largo de la tabla periódica, de hidrógeno a helio, de helio a litio… hasta que finalmente acaba en el hierro. Como resultado, el hierro es mucho más abundante en el universo que cualquiera de los elementos con número atómico alto, incluido el oro. Por eso es por lo que el hierro es barato y el oro cuesta casi dieciséis euros el gramo. El hierro es omnipresente en el universo; el oro, por el contrario, es muy raro. Casi todos los planetas sólidos tendrán mucho más hierro en sus núcleos que oro. En comparación con los planetas de hierro, el número de planetas de oro sólido en el universo es mínimo, muy posiblemente cero. Queremos contar realidades y no posibilidades.

El mismo argumento que se aplica a los planetas debería aplicarse a los universos de bolsillo. Pero ahora encontramos un problema terrible con la inflación eterna. Puesto que continúa para siempre, la inflación eterna (tal como ahora se concibe) creará un número infinito de bolsillos; de hecho, un número infinito de cada tipo de universo de bolsillo. Así, nos enfrentamos a un viejo problema matemático de comparar números infinitos. ¿Qué infinito es mayor que cual otro y cuánto mayor?

El problema de comparar números infinitos se remonta a Georg Cantor, quién a finales del siglo XIX planteó exactamente esta pregunta: ¿cómo se puede comparar el tamaño de dos conjuntos, cada uno de los cuales tiene un infinito número de elementos? Primero empezó preguntando cómo se pueden comparar números ordinarios. Supongamos, por ejemplo, que tenemos un montón de manzanas y un montón de naranjas. La respuesta obvia es contar ambos números, pero si todo lo que queremos saber es cuál es más grande, podemos hacer algo más primitivo, algo que ni siquiera requiere ningún conocimiento de los números: alineamos las manzanas y junto a ellas alineamos las naranjas, emparejando cada naranja con una manzana. Si sobran algunas manzanas, entonces hay más manzanas. Si sobran naranjas, entonces hay más naranjas. Si naranjas y manzanas encajan, su número es el mismo.

Cantor dijo que lo mismo podía hacerse con conjuntos infinitos (o los que él llamaba transfinitos). Tomemos, por ejemplo, los enteros pares y los enteros impares. Hay un número infinito de cada tipo, pero ¿es el mismo número infinito? Alineémoslos y veamos si podemos hacer que se emparejen de tal forma que haya un impar por cada par. Los matemáticos llaman a esto una correspondencia uno-a-uno.

Notemos que las dos listas contienen finalmente a cada entero par y cada entero impar; ninguno queda fuera. Además, encajan exactamente, de modo que Cantor concluyó que el número de impares y el de pares son el mismo numero, incluso si ambos son infinitos.

¿Qué pasa con el número total de enteros, pares e impares? Ése es obviamente mayor que el número de enteros pares —dos veces mayor. Pero Cantor discrepaba. Los enteros pares pueden emparejarse exactamente con la lista de todos los enteros

Según la única teoría matemática de los números infinitos, la teoría que construyó Cantor, ¡el número de enteros pares es igual al número de todos los enteros! Lo que es más, el conjunto de números divisibles por 10 —10, 20, 30, 40, etcétera— tiene exactamente el mismo tamaño infinito. Los enteros, los enteros pares o impares, los enteros que son divisibles por diez… todos son ejemplos de lo que los matemáticos llaman conjuntos infinitos numerables y todos son igualmente grandes^[104].

Hagamos un experimento mental que implique números infinitos. Imaginemos una bolsa infinita llena con todos los enteros escritos en trozos de papel. Éste es el experimento: agitamos primero la bolsa hasta mezclar completamente los trozos. Ahora metemos la mano y sacamos un único entero. La pregunta es: ¿cuál es la probabilidad de que hayamos sacado un entero par?

La respuesta ingenua es simple. Puesto que la mitad de los enteros son pares, la probabilidad debe ser un medio, el cincuenta por ciento. Pero no podemos hacer este experimento realmente porque nadie puede hacer una bolsa infinita de enteros. De modo que, para poner a prueba la teoría, podemos trampear un poco y utilizar una bolsa finita que contenga, digamos, los mil primeros enteros. Es casi seguro que si hacemos el experimento una y otra vez, encontraremos que la probabilidad de sacar un entero par es un medio. A continuación hacemos el mismo experimento con una bolsa llena con los diez mil primeros enteros. Una vez más, puesto que la mitad de las papeletas llevan números pares y la otra mitad llevan números impares, encontraremos que la probabilidad para un entero par es un medio. Hagámoslo de nuevo con los primeros cien mil enteros, el primer millón de enteros, los primeros mil millones, y así sucesivamente. Cada vez la probabilidad es un medio. Es razonable extrapolar a partir de esto que si la bolsa tuviera un número infinito de papeletas, la probabilidad seguiría siendo un medio.

Pero espere. Podríamos modificar el contenido de la bolsa de la siguiente manera. Empezamos con el primer millar de enteros pares y los primeros dos millares de enteros impares. Ahora hay el doble de enteros pares que de impares y la probabilidad de sacar un número par es solo un tercio. A continuación repetimos el experimento con los primeros diez mil enteros pares y los primeros veinte mil enteros impares. De nuevo la probabilidad es un tercio. Como antes, podemos extrapolar al límite de una bolsa infinita, pero cada vez el resultado será un tercio. De hecho, podemos hacer que la respuesta sea la que queramos variando la forma en que definimos el límite de un experimento infinito.

El universo que se infla eternamente es una bolsa infinita, no de papeletas con números sino de universos de bolsillo. De hecho, es una bolsa en la que cada tipo de universo posible —cada valle del paisaje— está representado un número infinito numerable de veces. No hay ninguna manera matemáticamente obvia de comparar un tipo de universo de bolsillo con otro y declarar que uno es más probable que el otro. La conclusión es muy preocupante: parece que no hay ninguna manera de definir la probabilidad relativa de diferentes vacíos antrópicamente aceptables.

El problema de la medida (el término medida se refiere a las probabilidades relativas de los diferentes vacíos) ha molestado a algunas de las grandes mentes de la cosmología, Vilenkin y Linde en especial. Podría considerarse el talón de Aquiles de la inflación eterna. Por una parte, es difícil ver cómo puede evitarse la inflación eterna en una teoría con un tipo de paisaje interesante. Pero es igualmente difícil ver cómo puede utilizarse para hacer predicciones científicas del tipo que la establecerían como ciencia en el sentido tradicional.

En el pasado, la física se ha enfrentado a otros muchos problemas que implican números infinitos: la catástrofe ultravioleta a la que se enfrentó Planck o los extraños infinitos que eran la cruz de la teoría cuántica de campos en los primeros días. Incluso los problemas de los agujeros negros que debatimos Hawking, ’T Hooft y yo son problemas del infinito. Según los cálculos de Hawking, un horizonte de agujero negro es capaz de almacenar una cantidad infinita de información sin devolverla al entorno. Todos éstos eran problemas profundos de números transfinitos o infinitos. En cada caso hubo que descubrir nuevos principios físicos antes de que pudieran hacerse progresos. En el caso de Planck fue la propia mecánica cuántica, el reconocimiento por parte de Einstein de que la luz es taba hecha de cuantos. Los números infinitos que plagaban la teoría cuántica de campos sólo se purgaron cuando los nuevos principios de la teoría de la renormalización fueron descubiertos y finalmente entendidos por Kenneth Wilson. La historia del agujero negro aún se ésta entendiendo, pero ya hay esbozos de una solución en términos del principio holográfico. En cada caso se encontró que las reglas de la física clásica sobreestimaban los grados de libertad que describen el mundo.

Creo que el problema de la medida requerirá también una nueva idea importante antes de qué podamos entender la forma de hacer predicciones sobre el paisaje. Si yo tuviera que hacer una conjetura, diría que tiene algo que ver con el principio holográfico y la forma en que la información más allá de nuestro horizonte está contenida en la radiación cósmica en nuestro propio bolsillo. Pero si yo fuera un enemigo del paisaje poblado, dirigiría mi ataque contra estos problemas conceptuales de la inflación eterna.

Dejando aparte el problema de la medida, la dificultad práctica de hacer predicciones comprobables que puedan compararse con experimentos u observaciones es un serio problema. Pero creo que la situación no es ni mucho menos desesperada. Hay algunas pruebas que podrían obtenerse en un futuro próximo.

El comienzo de la inflación

En el capítulo 4 he explicado cómo los minúsculos contrastes de densidad en el universo primitivo (observados en el fondo cósmico de microondas) se crearon durante la inflación final que tuvo lugar en una terraza que daba a nuestro valle. Ellos fueron las semillas que evolucionaron hasta dar galaxias. Había grumosidad en muchas escalas diferentes, unas que ocupan minúsculas porciones del cielo y otras estructuras mucho mayores que ocupan casi todo el cielo. Los grumos y protuberancias cósmicos que podemos observar ahora son residuos fósiles que datan de eras diferentes. La correlación importante a recordar es que los grumos más grandes se congelaron en las épocas más tempranas.

Si tenemos mucha, mucha suerte, los grumos más grandes en el CMB podrían datar de un tiempo inmediatamente anterior a que empezara la inflación usual; en otras palabras, justo cuando el universo se estaba asentando en la terraza inflacionaria. Si fuera así, los grumos más grandes serían un poco menos compactos que los grumos ligeramente más pequeños que se produjeron cuando la Inflación llevaba actuando algún tiempo. De hecho, hay alguna prueba de que los grumos más grandes son más débiles que los otros. No es seguro ni mucho menos, pero estos contrastes de densidad a gran escala podrían contener información sobre la formación de nuestra burbuja a partir de una época anterior con una constante cosmológica más grande.

Si tenemos esa suerte, la inflación no duró lo suficiente como para borrar la evidencia de la curvatura del espacio. Aquí de nuevo la nu-cleación de burbujas tiene una rúbrica característica. Si nuestro universo de bolsillo nació en un suceso de nucleación de burbuja, el universo debería estar curvado negativamente. Los ángulos interiores de triángulos cósmicos sumarían menos de ciento ochenta grados.

En el nivel de precisión con el que se ha medido la curvatura del espacio, no hay indicio de tal curvatura. La idea puede fallar porque probablemente la inflación estándar llevaba tiempo en acción cuando se formaron los grumos visibles más grandes. Pero si detectamos curvatura negativa, eso será una señal que nos estará diciendo que nuestro universo nació en una burbuja minúscula en un vacío con una constante cosmológica más grande.

Supercuerdas en el cielo

Todavía no hemos agotado todas nuestras opciones para observar el universo. ¿Realmente es posible que podamos ver supercuerdas? La respuesta obvia es que son demasiado pequeñas para verse. Pero lo mismo podría haberse dicho de las minúsculas fluctuaciones cuánticas que ocurrieron durante la inflación. En el capítulo 5 vimos que la expansión del universo y los efectos de la gravedad inflaron de algún modo estas fluctuaciones hasta que se convirtieron primero en los contrastes de densidad en el fondo cósmico de microondas y finalmente en las galaxias manifiestamente visibles en el cielo actual. Es un hecho increíble que podamos ver los efectos de fenómenos cuánticos microscópicos congelados en el cielo como una pintura abstracta puntillista que se expande. Eso llegó como una completa sorpresa para la mayoría de los físicos, que estaban acostumbrados a considerar el mundo cuántico como algo estrictamente microscópico. De modo que quizá no deberíamos precipitarnos en suponer que objetos a pequeña escala como cuerdas no puedan hacer algo similar: quizá conviertan el cielo en un gigantesco lienzo de Jackson Pollock.

Basándose en el trabajo de sus colegas, Thibault Damour, Alex Vi-lenkin, Joe Polchinski y otros han empezado a explorar una nueva oportunidad enormemente excitante, una vez más con origen en fenómenos conectados con la inflación. La inflación esta causada por la energía del vacío que había presente hace tiempo. Dicha energía del vacío desapareció a medida que el universo se deslizaba por el paisaje hasta su actual altitud muy baja, pero la energía del vacío no desapareció sin dejar algo detrás. Se convirtió en formas de energía más ordinarias, a saber, calor y partículas, la materia del universo actual.

Pero la energía también puede tomar otra forma. Parte de ella puede transformarse en una colección enmarañada de cuerdas que semejan un sedal increíblemente enredado o un ovillo de lana después de que un gato le pusiera las garras encima. La maraña podría incluir no sólo las cuerdas ordinarias de la teoría de cuerdas, sino también las D1-branas tipo cuerda ideadas por Polchinski.

Si semejante maraña se creó en el universo primitivo, la expansión posterior extendería la maraña hasta proporciones enormes: lazos y remolinos microscópicos, que crecen hasta un tamaño de cientos de millones de años luz. Pero alguna porción de las cuerdas permanecería hasta hoy, agitándose en una enorme escala de espacio y tiempo. Las cuerdas no serían visibles por medio de luz o de cualquier otra radiación electromagnética, pero afortunadamente hay otra manera de detectarlas. Damour y Vilenkin han demostrado que tales cuerdas cósmicas emitirían ondas gravitatorias (ondas como perturbaciones del campo gravitatorio) que muy bien pueden ser detectables en la próxima década. Observar tales cuerdas en el cielo sería un triunfo extraordinario para la teoría de cuerdas.

El estudio de estas supercuerdas cósmicas, si realmente existen, puede decirnos mucho, no sobre el paisaje entero pero sí al menos sobre nuestra vecindad inmediata. Polchinski y colaboradores han estudiado las condiciones detalladas bajo las que ocurren los enredos de las cuerdas y el carácter de las redes que se forman. Los detalles son muy sensibles a cosas como la dimensionalidad del paisaje, la presencia de branas y flujos en las dimensiones compactas y más. El cielo, más que los aceleradores de partículas, puede ser el lugar donde buscar los indicios de la teoría de cuerdas.

Física de altas energías

Las observaciones astronómicas y cosmológicas son probablemente la ola del futuro, pero todavía no hemos llegado a los límites de la ciencia de laboratorio. Nuestra mayor esperanza a corto plazo para obtener nueva información original sobre las leyes de la física es la que siempre fue: la física experimental (de partículas elementales) de altas energías realizada en aceleradores. Quizá sea cierto que estamos llegando a los límites de este tipo de ciencia, pero sin duda vamos a empujar las fronteras al menos a un nivel más. El mayor acelerador en el mundo, y probablemente el único suficientemente grande para darnos mucha nueva información, está actualmente próximo a su finalización y debería estar operativo en 2007. Ginebra, en Suiza, la sede del CERN, es el lugar donde está emplazado el Gran Colisionador de Hadrones, o LHC, como se le llama. Concebido originalmente con el objetivo de estudiar el bosón de Higgs, es también la máquina ideal para descubrir las gemelas supersimétricas de las partículas elementales.

En el capítulo 7 expliqué por qué muchos físicos creen que la su-persimetría está «a la vuelta de la esquina». El argumento, presentado inicialmente hace veinticinco años, es que la supersimetría aseguraría que las violentas fluctuaciones cuánticas del vacío no crean una enorme masa para el bosón de Higgs y, por consiguiente, no arruinan el modelo estándar. La simetría puede estar muy bien a la vuelta de la esquina. La mayoría de los físicos teóricos esperan que sea así, al menos a juzgar por el número de artículos publicados sobre el tema. Pero hay otra posibilidad. Como sucede con la energía del vacío (o la constante cosmológica), una masa de Higgs demasiado grande arruinaría la posibilidad de que la vida evolucione en nuestro universo de bolsillo. Si el mundo es suficientemente grande y el paisaje suficientemente diverso, entonces una minúscula fracción del megaverso tendrá una masa de Higgs suficientemente pequeña para que florezca la vida: fin de la historia. Como en el caso de la constante cosmológica, la supersimetría sería irrelevante e innecesaria.

Las dos explicaciones no son necesariamente excluyentes. La oportunidad más probable para encontrar un valle con masa de Higgs suficientemente pequeña puede ser encontrar uno con supersimetría justo a la vuelta de la esquina. Es incluso posible que todos los valles con masas de Higgs pequeñas sean de este tipo.

O puede ser cierto lo contrario: la inmensa mayoría de los vacíos con pequeñas masas de Higgs pueden carecer por completo de cualquier tipo de supersimetría. La exploración del paisaje está aún en su temprana infancia, y no sabemos la respuesta a esta pregunta. Mi conjetura original era que la supersimetría no estaba favorecida, y así lo dije por escrito. Pero desde entonces he cambiado de opinión —dos veces— y probablemente no por última vez.

Al tratar de predecir la probabilidad relativa de supersimetría versus no supersimetría, topamos con el problema de la medida. Quizá deberíamos detenernos allí. Pero hay una fuerte tentación a menospreciar las sutilezas y seguir adelante. Físicos teóricos como Michael Douglas, Shamit Kachru y muchos otros están desarrollando métodos para contar el número de lugares en el paisaje con diferentes propiedades. Aquí entiendo el número de posibilidades, no el número de universos de bolsillo reales. Luego, sin tener otra información, podríamos conjeturar que si hay muchísimos más vacíos antrópicos con supersimetría aproximada que vacíos sin ella, la supersimetría aproximada es aplastantemente probable. Pero el problema de la medida es otro enorme elefante en la habitación que quizá se esté riendo silenciosamente de nosotros.

En cualquier caso, las dificultades para poner a prueba el paisaje, la inflación eterna y el principio antrópico son reales, pero hay muchas maneras de poner a prueba una teoría. La consistencia matemática quizá no impresione a los físicos experimentales más tercos, pero no debería ser subestimada. Las teorías consistentes que combinan mecánica cuántica y relatividad general no son muy habituales. De hecho, ésta es la razón de que la teoría de cuerdas tenga tan poca competencia. Si no aparecen alternativas y si se demuestra que la teoría de cuerdas tiene un paisaje tan variado como parece, entonces el paisaje poblado será la posición por defecto, la teoría a batir, por así decir.

Pero abandonar la posibilidad de pruebas más directas es ciertamente prematuro. Es cierto que teoría y experimento avanzan normalmente «de la mano», pero no siempre es así. Se necesitaron más de dos décadas para que el universo inflacionario de Alan Guth pudiera ponerse a prueba mediante observación. Al principio, casi todo el mundo pensaba que la idea era interesante, pero que nunca podría ser puesta a prueba. Creo que incluso el propio Alan era escéptico acerca de poder confirmar alguna vez su verdad.

Más extrema incluso era la teoría de Darwin. Se basaba en observaciones generales sobre el mundo y en una intuición muy sagaz. Pero un test experimental directo y controlado debió de parecer completamente imposible: se necesitaría una máquina del tiempo que nos llevara millones, si no miles de millones, de años atrás. El hecho es que se necesitaron unos cien años para que biólogos y químicos ingeniosos descubrieran la forma de someter la teoría a rigurosas pruebas de laboratorio. A veces la teoría tiene que avanzar rápidamente para iluminar el camino.