Hace unos meses
se otorgó el premio Nobel de física
a dos equipos de astrónomos
por un descubrimiento catalogado
como una de las observaciones astronómicas
más importantes de la historia.
Y hoy, después de una breve descripción de ese hallazgo,
les hablaré de un marco conceptual muy polémico
para explicar su descubrimiento.
A saber, la posibilidad
de que más allá de la Tierra,
de la Vía Láctea y de otras galaxias lejanas,
podríamos encontrar que nuestro universo
no es el único,
sino que es
parte de un vasto complejo de universos
al que llamamos multiverso.
Pero la idea de multiverso es rara.
Digo, muchos nos hemos criado con la idea
de que "universo" quiere decir "todo".
Y digo la mayoría pensando
como mi hija de cuatro ańos que me ha oído hablar de estas ideas desde que nació.
El ańo pasado la tenía en brazos
y le dije: "Sophia,
eres a quien más amo en el universo".
Me miró y dijo: "Papi,
¿universo o multiverso?"
(Risas)
Pero salvo este tipo de crianza anómala,
es raro imaginar
otros reinos distintos de los nuestros,
con características fundamentalmente diferentes,
que puedan denominarse universos por derecho propio.
Y, sin embargo,
aunque especulativa, la idea existe.
Mi objetivo es convencerles
de que hay razones para tomarlo en serio,
porque podría ser correcto.
Contaré la historia del multiverso en tres partes.
En la primera parte
hablaré de los resultados de los ganadores del Nobel
y pondré de relieve el misterio profundo
que revelaron esos resultados.
En la segunda parte
ofreceré una solución para ese misterio,
basada en un enfoque llamado teoría de cuerdas
y es allí que aparecerá el multiverso
en esta historia.
Finalmente, en la tercera parte,
describiré una teoría cosmológica
llamada inflación
que unirá todas las piezas de la historia.
Bueno, la primera parte empieza en 1929
cuando el gran astrónomo Edwin Hubble
se dio cuenta de que las galaxias lejanas
estaban huyendo de nosotros
y estableció que el propio espacio se está estirando,
se está expandiendo.
Esto fue revolucionario.
La idea predominante era que, a muy gran escala,
el universo era estático.
Pero aun así,
había algo de lo que todo el mundo estaba seguro:
la expansión debería estar desacelerándose.
Así como la fuerza gravitacional terrestre
retrasa el ascenso de una manzana lanzada hacia arriba,
la fuerza gravitacional
de cada galaxia sobre las demás
debería aminorar
la expansión del espacio.
Ahora avancemos hasta los ańos 1990
cuando esos dos equipos de astrónomos
que mencioné al principio
se inspiraron en este razonamiento
para medir la tasa
de desaceleración de la expansión.
Y lo hicieron
observando meticulosamente
muchas galaxias lejanas,
lo que les permitió graficar
el cambio de la tasa de expansión en el tiempo.
Y he aquí la sorpresa:
encontraron que la expansión no se está desacelerando.
Por el contrario, se está acelerando;
va cada vez más rápido.
Es como lanzar una manzana hacia arriba
y que ascienda cada vez más rápido.
Si vieran que una manzana hace eso
querrían saber el porqué.
¿Qué la empuja?
Del mismo modo, los resultados de estos astrónomos,
sin duda meritorios del premio Nobel,
arrojaron una pregunta similar:
¿Qué fuerza lleva a las galaxias
a huir de las demás
a una velocidad cada vez mayor?
Bueno, la respuesta más prometedora
viene de una vieja idea de Einstein.
Estamos acostumbrados a ver a la gravedad
como una fuerza que hace una sola cosa:
atrae objetos mutuamente.
Pero en la teoría de la gravedad de Einstein,
en su teoría de la relatividad general,
la gravedad también puede repeler.
¿Cómo? Bueno, según los cálculos de Einstein
si el espacio está ocupado uniformemente
por una energía invisible,
una especie de niebla uniforme e invisible,
entonces la gravedad generada por esa niebla
sería repelente,
gravedad expansiva,
que es justo lo que necesitamos para explicar las observaciones.
Dado que la gravedad expansiva
de una energía invisible del espacio
-- ahora la llamamos energía oscura,
pero la puse como humo blanco para que puedan verla --
su gravedad expansiva
haría que cada galaxia empuje a las otras,
acelerando la expansión,
en vez de aminorarla.
Esta explicación
representa un gran avance.
Pero les prometí un misterio
aquí en la primera parte.
Es éste.
Cuando los astrónomos calcularon
la cantidad de energía oscura
que debe tener el espacio
para dar cuenta de la aceleración cósmica
miren lo que encontraron.
Es un número pequeńo.
Expresado en la unidad significativa
es espectacularmente pequeńo.
El misterio consiste en explicar este número peculiar.
Queremos que este número
surja de las leyes de la física
pero hasta ahora nadie ha encontrado la manera de hacerlo.
Tal vez se pregunten:
¿debería importar?
Quizá explicar este número
es un tema técnico,
un detalle técnico que interesa a los expertos
pero que no le importa a nadie más.
Claro que es un detalle técnico,
pero algunos detalles importan mucho.
Algunos detalles abren
la puerta a otras realidades desconocidas
y este número peculiar puede tener esa función,
dado que el único enfoque que hasta ahora avanza en una explicación
suscita la posibilidad de otros universos
-- una idea que naturalmente surge de la teoría de cuerdas --
lo que me lleva a la segunda parte: la teoría de cuerdas.
Guarden el misterio de la energía oscura
en sus mentes
mientras prosigo hablando
de tres cosas claves de la teoría de cuerdas.
En primer lugar: ¿qué es?
Bueno, es un enfoque para hacer realidad el sueńo de Einstein
de una teoría unificada de la física,
un marco conceptual único
capaz de describir
todas las fuerzas que actúan en el universo.
Y la idea central de la teoría de cuerdas
es muy sencilla.
Dice que si uno examina
la materia cada vez más en detalle
al principio encontrará moléculas,
luego átomos y partículas subatómicas.
Pero la teoría de cuerdas dice que si vamos más al detalle
mucho más de lo que hoy se puede con la tecnología existente
uno encontraría algo más dentro de estas partículas:
un filamento de energía diminuto,
una diminuta cuerda vibratoria.
Y, al igual que las cuerdas de un violín,
pueden vibrar siguiendo patrones diferentes
que producen distintas notas musicales.
Estas pequeńas cuerdas fundamentales,
al vibrar siguiendo diferentes patrones,
producirían distintos tipos de partículas
-- electrones, quarks, neutrinos, fotones
y todas las otras partículas --
unificadas en un mismo marco conceptual
y todas provendrían de cuerdas vibratorias.
Es un panorama fascinante,
una suerte de sinfonía cósmica,
en la que toda la riqueza
que vemos en el mundo circundante
surge de la música
ejecutada por estas diminutas cuerdas.
Pero esta unificación
elegante tiene un costo,
porque ańos de investigación
han demostrado que el cálculo de la teoría de cuerdas no cuadra bien.
Tiene inconsistencias internas,
a menos que aceptemos
algo totalmente desconocido:
otras dimensiones del espacio.
Es decir, todos conocemos las tres dimensiones típicas del espacio.
Se las puede pensar como
alto, ancho y profundidad.
Pero la teoría de cuerdas dice que, a escalas increíblemente pequeńas,
hay otras dimensiones adicionales
estrujadas de tal manera
que no las hemos detectado.
Pero aunque esas dimensiones estén ocultas,
podrían tener un impacto en las cosas que observamos
porque la forma de esas dimensiones adicionales
restringen la vibración de las cuerdas.
Y en la teoría de cuerdas
la vibración lo determina todo.
Así, la masa de las partículas, la intensidad de las fuerzas
y, lo más importante, la cantidad de energía oscura,
estaría determinada
por la forma de estas dimensiones adicionales.
Si conociéramos estas otras dimensiones
podríamos calcular estas fuerzas,
calcular la cantidad de materia oscura.
El desafío
es que desconocemos
la forma de las dimensiones adicionales.
Sólo contamos
con una lista de formas candidatas
calculadas matemáticamente.
Cuando surgieron estas ideas por primera vez
sólo había unas cinco formas candidatas,
de modo que podíamos pensar
en analizarlas una a una
para determinar si alguna tenía
las características físicas que observamos.
Pero con el tiempo la lista creció
a medida que los investigadores encontraban otras formas candidatas.
De cinco pasaron a ser cientos y luego miles.
Una cantidad grande, pero todavía manejable.
Después de todo
los estudiantes de posgrado necesitan algo que hacer.
Pero luego la lista siguió creciendo
a millones y millones de millones, hasta hoy.
La lista de formas candidatas
ha remontado de unas 10 a 500.
Entonces, ¿qué hacer?
Bueno, algunos investigadores perdieron el ánimo;
llegaron a la conclusión de que si hay tantas formas para las dimensiones adicionales
y cada una da lugar a distintas características físicas,
la teoría de cuerdas nunca dará
predicciones definitivas, comprobables.
Pero otros le dieron una vuelta al asunto
y analizaron la posibilidad de un multiverso.
Esta es la idea.
Quizá todas estas formas estén en pie de igualdad unas con otras.
Cada una es tan real como las otras,
en el sentido
de que hay muchos universos
y en cada uno las dimensiones adicionales adquieren una forma diferente.
Esta propuesta radical
tiene un profundo impacto en este misterio:
la cantidad de energía oscura revelada por los resultados de los premios Nobel.
Porque como ven,
si hay otros universos
y si esos universos
tienen, digamos, formas diferentes para las dimensiones adicionales,
luego las características físicas de cada universo serán diferentes
y, en particular,
la cantidad de energía oscura en cada universo
será diferente.
Lo que significa que el misterio
de explicar la cantidad de energía oscura que hemos medido
tendría un carácter totalmente diferente.
En este contexto,
las leyes de la física no podrían explicar un número para la energía oscura
porque no habría un solo número,
habría muchos números.
Lo que significa
que hemos estado haciéndonos la pregunta equivocada.
La pregunta correcta es:
¿Por qué los seres humanos nos encontramos en un universo
con una determinada cantidad de energía oscura, que hemos medido,
en vez de en cualquier otra posibilidad
de las existentes?
Y esa es una cuestión sobre la que podemos avanzar.
Porque en esos universos
que tienen mucha más energía oscura que el nuestro
siempre que la materia trata de agruparse en galaxias,
el empuje expansivo de la energía oscura es tan fuerte
que dispersa el cúmulo
y las galaxias no se forman.
Y los universos en los que hay mucha menos energía oscura
colapsan sobre sí mismos tan rápidamente
que, de nuevo, las galaxias no se forman.
Y sin galaxias, no hay estrellas, ni planetas
ni posibilidad
de nuestra forma de vida
en esos otros universos.
Así que estamos en un universo
con esa cantidad particular de energía oscura que hemos medido
sencillamente porque nuestro universo tiene condiciones
favorables a nuestra forma de vida.
Y eso sería todo.
Misterio resuelto,
multiverso encontrado.
Pero algunos piensan que esta explicación es poco satisfactoria.
Estamos acostumbrados a la física
que nos da explicaciones definitivas para los fenómenos que observamos.
Pero la idea es que
si el fenómeno que observamos
puede aceptar, y lo hace,
una gran variedad de valores distintos
en el amplio panorama de la realidad,
entonces pensar una explicación
para un valor particular
es llanamente erróneo.
Un viejo ejemplo
es el del gran astrónomo Johannes Kepler
que tenía una obsesión por comprender
otro número:
¿por qué el Sol está a casi 150 millones de km de la Tierra?
Trabajó durante décadas intentando explicar este número,
pero nunca lo logró, y sabemos por qué.
Kepler se hacía
la pregunta equivocada.
Ahora sabemos que hay muchos planetas
y una amplia variedad de diferentes distancias a sus estrellas.
Así que esperar que las leyes de la física
expliquen un número en particular, 150 millones de km,
eso es sencillamente erróneo.
En cambio, la pregunta correcta es:
¿por qué los seres humanos estamos en un planeta,
a esta distancia en particular,
en vez de estar a otra de las posibles distancias?
De nuevo, eso es algo que podemos responder.
En esos planetas que están mucho más cercanos a una estrella como el Sol
haría tanto calor
que nuestra forma de vida no existiría.
Y los planetas que están mucho más lejos de esa estrella
están tan fríos
que, de nuevo, nuestra forma de vida no prosperaría.
Así que estamos
en un planeta a esta distancia en particular
sencillamente porque brinda las condiciones
esenciales para nuestra forma de vida.
Y si se trata de planetas y sus distancias
claramente este es el razonamiento correcto.
La idea es que
si se trata de universos y de la energía oscura que contienen
también puede ser el razonamiento correcto.
Claro, una diferencia clave
es que sabemos que hay otros planetas
pero hasta ahora sólo he especulado con la posibilidad
de que existan otros universos.
Así que para juntar todo
necesitamos un mecanismo
que pueda generar otros universos.
Y eso me lleva a mi última parte, la tercera parte.
Porque los cosmólogos han encontrado
este mecanismo tratando de entender el Big Bang.
Ya ven, al hablar del Big Bang
a menudo pensamos
en una especie de explosión cósmica
que creó nuestro universo
y generó el espacio abruptamente.
Pero hay un pequeńo secreto.
El Big Bang deja de lado algo muy importante,
el Bang.
Nos cuenta la evolución del universo después del Bang,
pero no nos explica
qué habría alimentado al propio Bang.
Finalmente esta brecha se cubrió
con una versión mejorada de la teoría del Big Bang.
Se llama cosmología inflacionaria,
e identifica un tipo particular de combustible
que generaría en forma natural
una expansión del espacio.
El combustible se basa en algo llamado campo cuántico,
pero el único detalle que nos importa
es que este combustible resulta ser tan eficiente
que es prácticamente imposible
usarlo todo
lo que significa en la teoría inflacionaria
que el Big Bang que originó nuestro universo
probablemente no fue un evento de única vez.
Por el contrario, el combustible no sólo generó nuestro Big Bang
sino que generaría otros incontables Big Bangs,
cada uno dando lugar a su propio universo separado
siendo nuestro universo sólo una burbuja
en el gran bańo cósmico de burbujas de universos.
Y cuando fundimos esto con la teoría de cuerdas
obtenemos esta imagen.
Cada uno de estos universos tiene dimensiones adicionales
que adoptan una amplia variedad de formas diferentes.
Las diferentes formas producen fenómenos físicos diferentes.
Y nosotros estamos en un universo y no en otro
sencillamente porque sólo en nuestro universo
los fenómenos físicos, como la cantidad de energía oscura,
son adecuados para que prospere nuestra forma de vida.
Y esta es la imagen convincente pero muy polémica
de un cosmos más amplio
que las teorías y observaciones de vanguardia
nos han llevado a considerar seriamente.
Claro, una gran pregunta remanente es si
alguna vez podremos confirmar
la existencia de otros universos.
Bueno, describiré
una forma en que algún día puede ocurrir.
La teoría inflacionaria
ya cuenta con un fuerte apoyo observacional.
Porque la teoría predice
que el Big Bang habría sido tan intenso
que a medida que el espacio se expandía rápidamente
los pequeńos temblores cuánticos del mundo micro
se habrían extendido en el mundo macro
produciendo una huella distintiva,
un patrón de puntos ligeramente más calientes y otros levemente más fríos,
por el espacio,
que ahora los telescopios más potentes han observado.
Yendo más allá, si hay otros universos,
la teoría predice que de vez en cuando
esos universos pueden colisionar.
Y si nuestro universo chocara con otro,
esa colisión
generaría un sutil patrón adicional
de variaciones térmicas en el espacio
que algún día
podríamos detectar.
Así que por más exótica que parezca esta imagen
algún día podría fundamentarse
en observaciones
que establezcan la existencia de otros universos.
Concluiré
con una consecuencia sorprendente
de todas estas ideas
para un futuro muy lejano.
Como ven, aprendimos
que nuestro universo no es estático,
que el espacio está en expansión,
que esa expansión se acelera
y que habría otros universos
todo a partir de examinar cuidadosamente
tenues señales de luz estelar
que nos llegan de galaxias lejanas.
Pero dado que la expansión se acelera,
en un futuro muy lejano
esas galaxias se alejarán tanto y a tanta velocidad
que no podremos verlas;
no debido a limitaciones tecnológicas
sino a las leyes de la física.
La luz que emiten esas galaxias
aún viajando a la máxima velocidad, la velocidad de la luz,
no podrán sortear
el abismo cada vez mayor que hay entre nosotros.
Por eso los astrónomos en un futuro lejano
al mirar el espacio profundo
no verán más que una interminable extensión
de una estática quietud azabache.
Y concluirán
que el universo es estático e invariable
y está poblado por un oasis central de materia
que ellos habitan;
una imagen del cosmos
que definitivamente sabemos que es errónea.
Pero quizá esos astrónomos del futuro tendrán registros
de una época anterior,
como la nuestra,
que acredite un cosmos en expansión
repleto de galaxias.
Pero esos astrónomos futuros
¿creerían tales conocimientos antiguos?
¿O creerían
en el universo negro, estático y vacío
revelado por sus observaciones de vanguardia?
Sospecho que creerían lo último.
Lo que significa que estamos viviendo
una época muy privilegiada
en la que ciertas verdades profundas del cosmos
todavía están al alcance
del espíritu humano de exploración.
Parece que puede que no siempre sea así.
Porque los astrónomos de hoy,
apuntando potentes telescopios hacia el cielo,
capturaron un puñado de fotones con mucha información,
una especie de telegrama cósmico,
que viajó miles de millones de ańos.
Y el mensaje que atravesó las eras es claro.
A veces la naturaleza guarda sus secretos
con el puño inquebrantable
de las leyes físicas.
A veces la verdadera naturaleza de la realidad llama
desde más allá del horizonte.
Muchas gracias.
(Aplausos)
Chris Anderson: Brian, gracias.
La gama de ideas de las que acabas de hablar
es vertiginosa, emocionante, increíble.
¿En qué etapa
está la cosmología hoy?,
¿en una especie de etapa histórica?
En tu opinión, ¿estamos en medio de algo inusual en términos históricos?
BG: Bueno, es difícil de decir.
Cuando nos enteramos de que los astrónomos del futuro lejano
podrían no tener información para entender las cosas
la pregunta natural es que quizá ya estamos en esa posición
y ciertas características del universo, profundas, críticas,
ya se han escapado a nuestra capacidad de comprensión
debido a la forma en que evoluciona la cosmología.
Desde ese punto de vista,
quizá siempre nos haremos preguntas
que nunca podremos responder plenamente.
Por un lado, ahora podemos entender
la edad del universo.
Podemos comprender
cómo entender los datos de la radiación de fondo de microondas
de hace 13 720 millones de ańos
y podemos calcularlo hoy para predecir su aspecto
y coincide.
¡Santo cielo! Eso es increíble.
Por otro lado, es increíble lo que hemos conseguido
pero quién sabe qué tipo de bloques podemos encontrar en el futuro.
CA: Estarás por aquí en los próximos días.
Tal vez algunas de estas conversaciones puedan continuar.
Gracias. Gracias, Brian. (BG: El placer es mío)
(Aplausos)