Los 30 misterios de la astronomía, Episodio 2

Hoy en Los 30 misterios de la astronomía:

• ¿Existen universos alternativos o múltiples?

• ¿Cuál es la geometría del universo?

¿Existen universos alternativos o múltiples?

Una teoría postula que podría existir un universo alternativo de materia oscura al mismo tiempo que éste, pero no lo podríamos alcanzar. La mejor forma de imaginarlo es pensar en una ventana de vidrio doble con una mosca en medio. La mosca no puede cruzar de un lado al otro, igual que nosotros no podemos cruzar de un universo a otro. Estos dos universos estarían atraídos uno al otro por la fuerza de la gravedad y eventualmente colisionarían. Al hacerlo, crearían una Gran Explosión. Esto implicaría que ahora mismo están sucediendo cosas que ayudarán a crear otro universo en el futuro. 

Por otro lado, hay varias hipótesis de universos múltiples en la física cuántica y la cosmología, en las cuales las constantes físicas y la naturaleza de cada universo son distintas. Por ejemplo, el "universo burbuja" es una serie infinita de universos abiertos con diferentes constantes. 

Teoría de los universos múltiples de Everett

Una de las versiones científicas más curiosas que recurren a los universos paralelos es la interpretación de los universos múltiples o interpretación de los mundos múltiples de Hugh Everett. Dicha teoría aparece dentro de la mecánica cuántica como una posible solución al problema de la medida en mecánica cuántica. Everett describió su interpretación más bien como una metateoría. Desde un punto de vista lógico la construcción de Everett evade muchos de los problemas asociados a otras interpretaciones más convencionales de la mecánica cuántica, sin embargo, en el estado actual de conocimiento no hay una base empírica sólida a favor de esta interpretación. El problema de la medida, es uno de los principales "frentes filosóficos" que abre la mecánica cuántica. Si bien la mecánica cuántica ha sido la teoría física más precisa hasta el momento, permitiendo hacer cálculos teóricos relacionados con procesos naturales que dan 20 decimales correctos y ha proporcionado una gran cantidad de aplicaciones prácticas (centrales nucleares, relojes de altísima precisión, ordenadores), existen ciertos puntos difíciles en la interpretación de algunos de sus resultados y fundamentos (el premio Nobel Richard Feynman llegó a bromear diciendo "creo que nadie entiende verdaderamente la mecánica cuántica").

La paradoja cuántica llamada "El gato de Schödinger" vista desde el punto de vista de los universos múltiples:en esta interpretación cada evento involucra un punto de ramificación en el tiempo, el gato está vivo y muerto, incluso antes de que se abra la caja, pero los gatos "vivos" y "muertos" están en diferente ramificaciones del universo, por lo que ambos son igualmente reales, pero no pueden interaccionar el uno con el otro

El problema de la medida se puede describir informalmente del siguiente modo:

1. De acuerdo con la mecánica cuántica un sistema físico, ya sea un conjunto de electrones orbitando en un átomo, queda descrito por una función de onda. Dicha función de onda es un objeto matemático que supuestamente describe la máxima información posible que contiene un estado puro.
2. Si nadie externo al sistema ni dentro de él observara o tratara de ver como está el sistema, la mecánica cuántica nos diría que el estado del sistema evoluciona determinísticamente. Es decir, se podría predecir perfectamente hacia dónde irá el sistema.
3. La función de onda nos informa cuáles son los resultados posibles de una medida y sus probabilidades relativas, pero no nos dice qué resultado concreto se obtendrá cuando un observador trate efectivamente de medir el sistema o averiguar algo sobre él. De hecho, la medida sobre un sistema es un valor aleatorio entre los posibles resultados.

Eso plantea un problema serio: si las personas y los científicos u observadores son también objetos físicos como cualquier otro, debería haber alguna forma determinista de predecir cómo tras juntar el sistema en estudio con el aparato de medida, finalmente llegamos a un resultado determinista. Pero el postulado de que una medición destruye la "coherencia" de un estado inobservado e inevitablemente tras la medida se queda en un estado mezcla aleatorio, parece que sólo nos deja tres salidas:

• (A) O bien renunciamos a entender el proceso de decoherencia, por lo cual un sistema pasa de tener un estado puro que evoluciona deterministicamente a tener un estado mezcla o "incoherente".
• (B) O bien admitimos que existen unos objetos no-físicos llamados "conciencia" que no están sujetos a las leyes de la mecánica cuántica y que nos resuelven el problema.
• (C) O tratamos de proponer una teoría que explique el proceso de medición, y no sean así las mediciones quienes determinen la teoría.

Diferentes físicos han tomado diferentes soluciones a este "trilema":

• Niels Bohr, que propuso un modelo inicial de átomo que acabó dando lugar a la mecánica cuántica y fue considerado durante mucho tiempo uno de los defensores de la interpretación ortodoxa de Copenhague, se inclinaría por (A).
• John Von Neumann, el matemático que creó el formalismo matemático de la mecánica cuántica y que aportó grandes ideas a la teoría cuántica, se inclinaba por (B).
• La interpretación de Hugh Everett es uno de los planteamientos que apuesta de tipo (C).
• La propuesta de Everett es que cada medida "desdobla" nuestro universo en una serie de posibilidades (o tal vez existían ya los universos paralelos mutuamente inobservables y en cada uno de ellos se da una realización diferente de los posibles resultados de la medida). La idea y el formalismo de Everett es perfectamente lógico y coherente, aunque algunos puntos sobre cómo interpretar ciertos aspectos, en particular cómo se logra la inobservabilidad o coordinación entre sí de esos universos para que en cada uno suceda algo ligeramente diferente. Pero por lo demás es una explicación lógicamente coherente y posible, que inicialmente no despertó mucho entusiasmo sencillamente porque no está claro que sea una posibilidad falsable.

¿Cuál es la geometría del universo?

Según Einstein, el universo es un continuo en el tiempo-espacio que podría adoptar tres formas, según el contenido de materia y energía: 

• Forma esférica (curvatura positiva): Viaje en una dirección y eventualmente regresará al punto de partida. Sin energía oscura, este universo detendrá su expansión y se colapsará sobre sí mismo. Con ella, la expansión continuará. 
• Plano (sin curvatura): El viajero nunca regresará a su punto de partida. Incluso sin energía oscura, este universo continuará expandiéndose eternamente, aunque cada vez más lentamente. Con la energía oscura, la expansión se acelerará cada vez más. Según las últimas observaciones, esta es la forma de nuestro universo. 
• Forma de silla de montar (curvatura negativa): El viajero nunca regresará. La expansión apenas desacelerará, incluso sin la presencia de la energía oscura. 

La geometría local del universo se determina aproximadamente si Omega es menos que, igual a o mayor de 1. De arriba hacia abajo: un universo esférico ("riemanniano" o de curvatura positiva), un universo hiperbólico ("lobachevskiano" o de curvatura negativa) , y un universo plano o de curvatura 0.

© carlitosber.blogspot.com.ar, Febrero 1 MMXV

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