Con tal definición de "universo" uno podría pensar que se trata sólo de un enfoque metafísico. Sin embargo, la diferencia entre física y metafísica es si la teoría se puede probar experimentalmente, no si parece extraña o contiene algo difícil de detectar. A lo largo de los años, las fronteras de la física han seguido expandiéndose, absorbiendo e incorporando muchos conceptos abstractos (incluso metafísicos), como una Tierra esférica, campos electromagnéticos invisibles, el rápido y lento flujo del tiempo, la superposición cuántica, la curvatura del espacio, agujeros negros y más. En los últimos años, el concepto de "multiverso" se ha añadido a la lista anterior, y se suma a una serie de teorías previamente probadas, como la relatividad y la mecánica cuántica, para alcanzar al menos un criterio básico de una teoría científica empírica: hacer predicciones Por supuesto, las conclusiones extraídas también pueden ser erróneas. Hasta ahora, los científicos han discutido hasta cuatro tipos de universos paralelos independientes. Lo que importa ahora no es la existencia de los multiversos, sino cuántos niveles tienen.
El primer nivel: Más allá del horizonte
Todos los universos paralelos conforman el primer multiverso. - Ésta es la capa menos controvertida. Todo el mundo acepta que aunque no podamos ver al otro yo en este momento, podemos observarlo en otro lugar, o simplemente esperar en el mismo lugar durante mucho tiempo. Es como observar un barco que viene desde arriba del nivel del mar; observar un objeto más allá del horizonte es similar. A medida que la luz viaja, el radio del universo observable se expande un año luz cada año, y sólo hay que sentarse y observar. Por supuesto, no se puede esperar el día en que la luz de otro universo llegue hasta aquí, pero en teoría, si la teoría de la expansión cósmica es cierta, sus descendientes podrían verlos con supertelescopios.
¿Qué te parece? ¿El concepto de la primera capa del multiverso suena corriente? ¿No es el espacio infinito? ¿Quién podría haber imaginado que en algún lugar había un cartel que decía "El espacio se acaba, cuidado con la zanja de abajo"? Si este es el caso, todos se preguntarán instintivamente: ¿Qué hay "afuera"? De hecho, la teoría del campo gravitacional de Einstein ha convertido nuestra intuición en un problema. El espacio puede no ser infinito siempre que tenga una cierta curvatura o no sea topológico como lo pensamos intuitivamente (es decir, tenga una estructura interconectada).
Un universo esférico, con forma de donut o de trompeta puede tener un tamaño finito, pero no tiene fronteras. Se pueden utilizar observaciones de la radiación cósmica de fondo de microondas para probar estas hipótesis. Véase también el artículo ¿Es finito el universo? ” por Jean-Pierre Luminet, Glenn D. Starkman, Jeffrey R. Weeks; Scientific American, abril de 1999 Sin embargo, las observaciones hasta la fecha parecen inconsistentes con la contradicción. El modelo del universo infinito es coherente con los datos observacionales, con fuertes limitaciones.
Otra posibilidad es que el espacio en sí sea infinito, pero toda la materia esté confinada a un área finita que nos rodea: el otrora popular modelo del "universo isla". La diferencia con este modelo es que la distribución de la materia aparece en patrones fractales a gran escala y se disipa constantemente. En este caso, casi todos los universos del primer multiverso acabarían vacíos y sumidos en el silencio. Sin embargo, observaciones recientes de la distribución de galaxias tridimensionales y de los fondos de microondas han demostrado que la organización de la materia exhibe cierta uniformidad difusa en escalas grandes, y que no se pueden observar detalles claros en escalas mayores de 10,24 metros. Suponiendo que este patrón continúe, el espacio más allá del Volumen de Hubble también estará lleno de planetas, estrellas y galaxias.
Existen datos que respaldan la teoría de que el espacio se extiende más allá del universo observable. El satélite WMAP midió recientemente las fluctuaciones en la radiación de fondo de microondas (izquierda). La amplitud más fuerte supera los 0,5 kHz, lo que implica que el espacio es muy grande, incluso infinito (imagen del medio). Además, los detectores de desplazamiento al rojo de galaxias WMAP y 2dF descubrieron que la materia se distribuye uniformemente en el espacio a escalas muy grandes.
Los observadores que vivan en diferentes universos paralelos del primer multiverso percibirán las mismas leyes físicas que nosotros, pero con diferentes condiciones iniciales. Según la teoría actual, la materia fue expulsada con cierto grado de aleatoriedad en las primeras etapas del Big Bang, y este proceso incluye todas las posibilidades de distribución de la materia, y cada posibilidad es distinta de cero.
Los cosmólogos suponen que nuestro universo, con su distribución aproximadamente uniforme de la materia y su estado de onda inicial (uno entre 100.000 posibilidades), es un individuo bastante típico (al menos típico de todos los universos paralelos que han producido observadores). Entonces la persona más cercana que sea exactamente como tú estará a 10 (10 28) metros de distancia, a sólo 10 (10 92) metros habrá un área con un radio de 100 años luz, y todo en ella será exactamente igual que; el espacio en el que vivimos, es decir, todo lo que suceda en nuestro mundo en los próximos 100 años se reproducirá completamente en esta zona al menos a 10 (10 118) metros de distancia, el área aumentará hasta el tamaño del Hubble; En otras palabras, habrá un universo exactamente como el nuestro.
Las estimaciones anteriores son extremadamente conservadoras. Enumera sólo un volumen de Hubble, todos los estados cuánticos del espacio con una temperatura inferior a 10 8 Kelvin. Un paso del cálculo es el siguiente: a esa temperatura, ¿cuántos protones puede contener como máximo un volumen del Hubble? La respuesta es 10 118. Cada protón puede existir o no, es decir, hay * * * 2 (10 118) estados posibles. Ahora sólo necesitas una caja que pueda contener 2 espacios de Hubble (10 118), y todas las posibilidades están agotadas. Si la caja fuera más grande (digamos, una caja con lados de 10 (10 118) metros de longitud), la disposición de los protones se repetiría inevitablemente según el principio del casillero. Por supuesto, el universo no está formado sólo por protones, sino que también tiene más de dos estados cuánticos, pero la cantidad total de información que el universo puede contener también se puede estimar utilizando un método similar.
La distancia promedio a otro universo exactamente como el nuestro puede no ser tan lejana como calcula la teoría, pero puede estar mucho más cerca. Porque la organización de la materia también está restringida por otras leyes físicas. Teniendo en cuenta algunas leyes, como los procesos de formación de planetas y las ecuaciones químicas, los astrónomos sospechan que hay al menos 10 20 planetas habitados sólo en nuestro volumen del Hubble. Algunos de ellos pueden ser muy similares a la Tierra.
El primer marco del multiverso se utiliza a menudo para evaluar las teorías cosmológicas modernas, aunque este proceso rara vez se articula. Por ejemplo, examinemos cómo nuestros cosmólogos intentan mapear la geometría del universo en el "espacio esférico" a través del fondo de microondas. Con la diferencia en el radio de curvatura del espacio, el tamaño de las "áreas calientes" y las "áreas frías" en el mapa de fondo cósmico de microondas mostrarán algunas características: el área de observación muestra que la curvatura es demasiado pequeña para formar una esfera esférica cerrada; espacio. Sin embargo, es importante mantener el rigor estadístico. El tamaño medio de estas regiones en cada espacio del Hubble es completamente aleatorio. Entonces, es posible que el universo nos esté engañando; no es que la curvatura del espacio no sea suficiente para formar una esfera cerrada, lo que hace que el área observada sea muy pequeña, sino simplemente porque el área promedio de nuestro universo es naturalmente más pequeña que otros. Entonces, cuando los cosmólogos juran que su modelo espacial esférico es 99,9 confiable, lo que realmente quieren decir es que nuestro universo es tan insociable que sólo uno de cada 1.000 volúmenes del Hubble sería así.
El punto clave de esta lección es: incluso si no podemos observar otros universos, la teoría del multiverso aún se puede verificar en la práctica. La clave es predecir el * * * de cada universo paralelo en el primer multiverso e indicar su distribución de probabilidad, lo que los matemáticos llaman una "medición". Nuestro universo debería ser uno de esos "universos más probables". De lo contrario, y lamentablemente vivimos en un universo improbable, la teoría planteada anteriormente se encontraría en un gran problema. Como veremos a continuación, cómo resolver este problema de medición se vuelve todo un desafío.
Segundo nivel: burbujas que quedan tras la expansión.
Si el concepto de multiverso de primer nivel no es fácil de digerir, puedes intentar imaginar la estructura de un grupo infinito del siguiente multiverso de primer nivel: los grupos son independientes entre sí e incluso Tienen diferentes dimensiones espacio-temporales y constantes físicas. Estos grupos constituyen el segundo multiverso, predicho por la teoría moderna como "expansión desordenada".
Como extensión inevitable de la teoría del Big Bang, la "inflación" está estrechamente relacionada con muchos otros corolarios de la teoría.
Por ejemplo, ¿por qué nuestro universo es tan grande y regular, liso y plano? La respuesta es que "el espacio ha sufrido un rápido proceso de expansión", que no sólo puede explicar los problemas anteriores, sino también muchas otras propiedades del universo. Véase "The Inflating Universe" de Alan H. Guth y Paul J. Steinhard; Scientific American, mayo de 1984; "The Inflation" de Andre Linder, "The Inflation" by Self-Propagating Expanding Universe, noviembre de 1994. La teoría no sólo se afirma. por muchas teorías de partículas elementales, pero también confirmado por muchas observaciones. "Desorden continuo" se refiere al comportamiento a mayor escala. El espacio en su conjunto se está ampliando y seguirá haciéndolo para siempre. Pero ciertas áreas dejan de tirar, creando "burbujas" individuales, como las que se encuentran dentro de una tostada inflada. Hay innumerables burbujas de este tipo. Cada uno de ellos es el primer multiverso: de tamaño infinito, lleno de materia precipitada por fluctuaciones en los campos de energía.
Para la Tierra, la otra burbuja está infinitamente lejos, tan lejos que nunca podrás alcanzarla incluso si viajas a la velocidad de la luz. Porque el espacio entre la Tierra y "la otra burbuja" se extiende mucho más rápido de lo que puedes viajar. Si hubiera otro tú en otra burbuja, ni siquiera tus descendientes pensarían en observarlo. Por la misma razón, es decir, la expansión del espacio se está acelerando, los resultados de la observación son frustrantes: ni siquiera se puede ver al otro yo en el primer multiespacio.
El segundo nivel del multiverso es muy diferente al primer nivel. No sólo las condiciones iniciales son diferentes entre las burbujas, sino que su apariencia también es diferente. La visión predominante actual en física es que las dimensiones del tiempo y el espacio, las propiedades de las partículas elementales y muchas de las llamadas constantes físicas no son parte de las leyes básicas de la física, sino que son simplemente el resultado de un proceso llamado "rotura de simetría". ". Por ejemplo, los físicos teóricos creen que nuestro universo alguna vez estuvo formado por nueve dimensiones iguales. En la historia temprana del universo, sólo tres dimensiones participaban en la atracción del espacio, formando el universo tridimensional que observamos ahora. Las otras seis dimensiones ahora son inobservables porque están acurrucadas en una escala muy pequeña, con toda la materia esparcida por las tres "superficies" completamente estiradas (que, para la novena dimensión, es sólo una superficie, o una "membrana").
No nos sorprende especialmente que vivamos en un espacio-tiempo de 31 dimensiones. Cuando las ecuaciones diferenciales parciales que describen la naturaleza son ecuaciones elípticas o hiperbólicas, es decir, cuando una de espacio o tiempo es 0 o multidimensional al mismo tiempo, es imposible para el observador predecir el universo (partes violeta y verde). En otros casos (ecuación hiperbólica), si n >; 3. Los átomos no pueden existir de manera estable, n
Así, decimos que la simetría del espacio se destruye. La incertidumbre en las ondas cuánticas hace que diferentes burbujas alteren su equilibrio de diferentes maneras a medida que se expanden. Y los resultados pueden ser extraños. Algunos de ellos pueden extenderse a cuatro dimensiones; otros pueden formar sólo dos generaciones de quarks en lugar de las tres que conocemos y algunas de las constantes físicas fundamentales del universo pueden ser mayores que las nuestras;
Otra forma de crear un segundo multiverso es atravesar un ciclo completo de universos desde la creación hasta la destrucción. En la historia de la ciencia, esta teoría fue propuesta en la década de 1930 por un físico llamado Richard C. Recientemente, dos científicos, Paul J. Steinhardt de la Universidad de Princeton y Neil Turok de la Universidad de Cambridge, profundizaron en esto. Steinhardt y Turok propusieron un modelo de una "brana tridimensional secundaria" que está bastante cerca de nuestro espacio, pero con cierta traslación a dimensiones superiores. Véase “Been There, Done That”, de George Musser; News Scan Scientific American, marzo de 2002. Los universos paralelos no son realmente universos separados, pero el universo en su conjunto (pasado, presente, futuro) formó un multiverso que podría contener tantos tanta diversidad como la expansión desordenada del universo. Además, el físico de Waterloo Lee Smolin ha propuesto otra teoría con diversidad similar a la del segundo multiverso, en la que el universo se crea y muta a través de agujeros negros en lugar de mediante la física de membranas.
Aunque no podemos interactuar con otras cosas en el segundo multiverso, los cosmólogos pueden señalar indirectamente su existencia. Porque su existencia puede usarse para explicar la aleatoriedad de nuestro universo. Una analogía: supongamos que entras a un hotel y encuentras una habitación con el número de casa 1967, que es el año en que naciste. ¡Qué coincidencia! En ese momento te quedaste atónito. Pero tu reacción inmediata no es una coincidencia. Hay cientos de habitaciones en todo el hotel, y es normal que alguna de ellas coincida con tu cumpleaños. Pero si ve otro número que no tiene nada que ver con usted, no desencadenará los pensamientos anteriores. ¿Qué quiere decir esto? Incluso si no sabes nada sobre hoteles, puedes utilizar el método anterior para explicar muchos fenómenos accidentales.
Para poner otro ejemplo más pertinente: examina la masa del sol. La masa del sol determina su luminosidad (es decir, la cantidad total de radiación). A través de cálculos físicos básicos, sabemos que sólo cuando la masa del Sol está dentro de un rango estrecho de 1,6x 10 30 ~ 2,4x 10 30 kilogramos, la Tierra puede ser adecuada para la vida. De lo contrario, la Tierra sería más caliente que Venus o más fría que Marte. La masa del sol es exactamente 2,0x10^30 30 kilogramos. A primera vista, la masa del Sol parece ser un sorprendente caso de suerte y coincidencia. Las masas de la mayoría de las estrellas están distribuidas aleatoriamente en el enorme rango de 10 29 ~ 10 32 kg, por lo que si la masa del Sol se determina al azar al nacer, la probabilidad de caer dentro del rango apropiado será muy pequeña. Sin embargo, con la experiencia del hotel, entendemos que este accidente superficial es en realidad el resultado inevitable de un gran sistema (aquí se refiere a muchos sistemas solares) (porque estamos aquí, la masa del sol tiene que ser así). Esta selección dependiente del observador se conoce como "principio antrópico". Aunque es comprensible lo controvertido que ha sido, los físicos han aceptado ampliamente que este efecto de selección no puede ignorarse al probar teorías fundamentales.
Lo que se aplica a las habitaciones de hotel, también se aplica a los universos paralelos. Curiosamente, cuando se rompe la simetría de nuestro universo, todas (al menos la mayoría) de las propiedades quedan "ajustadas" a la perfección. Si hiciéramos el más mínimo cambio en estas propiedades, el universo entero sería irreconocible: ningún ser vivo podría sobrevivir en él. Si la masa de un protón aumenta en 0,2, inmediatamente se desintegra en un neutrón y el átomo no puede existir de forma estable. Si la fuerza electromagnética se redujera en 4, no habría hidrógeno ni estrellas. Si la interacción débil fuera más débil, tampoco se podría formar hidrógeno. Por el contrario, si fueran más fuertes, esas supernovas no serían capaces de transmitir iones de elementos pesados a la estrella. Si la constante cosmológica es grande, se destruirá antes de que se formen galaxias.
Aunque aún no se sabe qué tan bien sintonizado está el universo, cada uno de los ejemplos mencionados anteriormente implica que hay muchos universos paralelos que contienen todos los estados posibles de sintonización. Véase "Exploring Our Universe and Beyond" de Martin Rees Scientific American, diciembre de 1999. El segundo multiverso muestra que es imposible para los físicos determinar los valores teóricos de esas constantes. Sólo pudieron calcular la distribución de probabilidad de los valores esperados después de tener en cuenta los efectos de selección.
El tercer nivel: mundos paralelos cuánticos
Los mundos paralelos predichos por el primer y segundo multiverso están muy separados y los astrónomos no pueden alcanzarlos. Pero el próximo multiverso nos rodea a ti y a mí. Proviene directamente de la famosa y controvertida interpretación de la mecánica cuántica: que cualquier proceso cuántico aleatorio hace que el universo se rompa en partes, cada una de las cuales representa una posibilidad.
Universo paralelo cuántico. Cuando tiras un dado, parece obtener aleatoriamente un resultado específico. Pero la mecánica cuántica dice que en ese instante, en realidad se descartan todos los estados y el dado se detiene en diferentes puntos de diferentes universos. En un universo, sacas un 1, en otro universo, sacas un 2. Pero sólo podemos ver una pequeña parte de toda la verdad: uno de los universos.
A principios del siglo XX, el éxito de la teoría de la mecánica cuántica a la hora de explicar los fenómenos atómicos desencadenó una revolución en la física. En el ámbito atómico, el movimiento de la materia ya no obedece a las leyes clásicas de la mecánica newtoniana. Si bien la teoría cuántica explicó su extraordinario éxito, desató un debate explosivo y acalorado. ¿Qué significa esto exactamente? La teoría cuántica afirma que el universo no es como lo describe la teoría clásica.
Lo que determina el estado del universo no es la posición y la velocidad de todas las partículas, sino un objeto matemático llamado función de onda. Según la ecuación de Schrödinger, los estados evolucionan con el tiempo de una manera que los matemáticos llaman "unidad", lo que significa que la función de onda evoluciona en un espacio de dimensión infinita llamado "espacio de Hilbert". Aunque la mecánica cuántica se describe como estocásticamente incierta la mayor parte del tiempo, el patrón de evolución de la función de onda en sí es completamente determinista y completamente desprovisto de aleatoriedad.
La cuestión clave es cómo relacionar la función de onda con lo que observamos. Muchas funciones de onda razonables conducen a estados aparentemente absurdos e ilógicos, como un gato que está vivo y muerto bajo la llamada superposición cuántica. Para explicar esta extraña situación, en la década de 1920, los físicos propusieron la hipótesis de que cuando alguien intenta observarla, la función de onda inmediatamente "colapsa" en un cierto estado de la teoría clásica. Esta suposición adicional puede resolver los problemas observados, pero descompone la teoría originalmente elegante y armoniosa y pierde su unidad. La naturaleza de la aleatoriedad que a menudo se atribuye a la propia mecánica cuántica es el resultado de estas suposiciones desagradables.
Muchos años después, los físicos abandonaron gradualmente esta hipótesis y comenzaron a aceptar una idea propuesta por el graduado de la Universidad de Princeton Hugh Everett en 1957. Señaló que la suposición de un "colapso de la función de onda" era completamente innecesaria. En realidad, la teoría cuántica pura no produce contradicciones. Predice que un estado real se dividirá gradualmente en muchos estados reales superpuestos, y la experiencia subjetiva del observador durante el proceso de división es solo un evento ligeramente aleatorio con una probabilidad exactamente igual a la anterior "hipótesis del colapso de la función de onda". Este mundo tradicional superpuesto es el tercer multiverso.
Durante más de 40 años, la comunidad física ha dudado varias veces en aceptar el mundo paralelo de Everett. Pero sería más fácil de entender si se desglosara en diferentes perspectivas. Los físicos que estudian sus ecuaciones matemáticas se sitúan desde una perspectiva exterior, como un pájaro que vuela en el aire y examinan el suelo; los observadores que viven en el mundo descrito por las ecuaciones se sitúan desde una perspectiva interior, como un pájaro que mira desde arriba a una rana.
Desde la perspectiva del pájaro, todo el tercer multiverso es simple. Puede describirse mediante una función de onda determinista y que evoluciona suavemente sin causar divisiones ni paralelos. El mundo cuántico abstracto descrito por esta función de onda en evolución contiene una gran cantidad de mundos clásicos paralelos. Se están dividiendo y fusionando todo el tiempo, como un montón de fenómenos cuánticos que la teoría clásica no puede describir. Desde la perspectiva de la rana, el observador percibe sólo una pequeña parte de la verdad total. Pudieron observar su primer universo, pero una función llamada "decoherencia", que imita el colapso de la función de onda preservando la unidad, les impidió observar otros universos paralelos.
Cada vez que a un observador se le hace una pregunta, toma una decisión o responde una pregunta, las interacciones cuánticas en su cerebro conducen a resultados compuestos como "continuar leyendo este artículo" y "dejar de leer este artículo". Desde la perspectiva del pájaro, el acto de "tomar una decisión" hace que la persona se divida en dos: una persona continúa leyendo el artículo y la otra hace otra cosa. Desde la perspectiva de la rana, ninguno de los clones era consciente de la existencia del otro, y su percepción de la división fue sólo un evento ligeramente aleatorio. Sólo saben qué decisión tomaron, pero no saben que otro “él” tomó una decisión diferente al mismo tiempo.
Por extraño que parezca, este tipo de cosas también suceden en el primer multiverso mencionado anteriormente. Obviamente, simplemente tomaste la decisión de "seguir leyendo este artículo", pero en otra galaxia muy, muy lejana, dejaste la revista después de leer el primer párrafo. La única diferencia entre el primer universo y el tercer universo es dónde está el "otro tú". En el primer universo, él estaba muy lejos de ti, generalmente "lejos" en el sentido dimensional. En el tercer universo, tu doble vive en otra rama cuántica, separada por un espacio de Hilbert de dimensión infinita.
La existencia del tercer multiverso se basa en un supuesto crucial: la unidad de la función de onda que evoluciona con el tiempo. Afortunadamente, los experimentos hasta la fecha nunca se han desviado del supuesto de unidad. En las últimas décadas, hemos demostrado unidad en una variedad de sistemas más grandes, incluidas las buckybolas de carbono 60 y las fibras ópticas de hasta varios kilómetros de largo.
Más bien, esta unidad también se ve respaldada por el descubrimiento de la "decoherencia". Ver "100 años de misterios cuánticos" por Max Tegmark y John Archibald Wheeler; febrero de 2006 5438 0 Sólo algunos físicos teóricos en el campo de la gravedad cuántica cuestionan la unificación del sexo. Una opinión es que la evaporación de los agujeros negros puede destruir la unidad, y debería ser un proceso no unificado. Sin embargo, un estudio reciente de la teoría de cuerdas llamado "Consistencia AdS/CFT" sugiere que el campo gravitacional cuántico también está unificado y que los agujeros negros no borran información, sino que la transmiten a otra parte.
Si se unifica la física, habrá que reescribir la imagen estándar de cómo funcionaban las ondas cuánticas en los primeros días del Big Bang. En lugar de generar aleatoriamente una condición inicial, generan todas las condiciones iniciales posibles que se superponen y existen simultáneamente. La "decoherencia" garantiza entonces que evolucionen en sus respectivas ramas cuánticas al igual que la teoría tradicional. Este es el punto clave: los resultados de la distribución de diferentes ramas cuánticas (el multiverso de tercer nivel) en un volumen del Hubble no son diferentes de los resultados de la distribución de la misma rama cuántica (el multiverso de primer nivel) en diferentes volúmenes del Hubble. Esta propiedad de las ondas cuánticas se llama ergodicidad en mecánica estadística.
El mismo principio se puede aplicar al segundo multiverso. El proceso de romper la simetría produce no sólo un resultado único, sino una superposición de todos los resultados posibles. Estos resultados luego avanzan en su propia dirección. Por lo tanto, si las constantes físicas y las dimensiones espacio-temporales son diferentes en las ramas cuánticas del multiverso de tercer nivel, entonces el universo paralelo de segundo nivel también será diferente.
En otras palabras, el tercer multiverso no añade nada nuevo a la primera y segunda capa, simplemente son copias más difíciles de distinguir: la misma vieja historia con diferentes cuánticos reproducida una y otra vez. en universos paralelos ramificados. El alguna vez intenso escepticismo sobre la teoría de Everett desapareció después de que todos descubrieron que era esencialmente igual que otras teorías menos controvertidas.
No hay duda de que esta conexión es bastante profunda y la investigación de los físicos apenas ha comenzado. Por ejemplo, consideremos una pregunta de larga data: ¿Crecerá exponencialmente el número de universos con el tiempo? La respuesta es sorprendentemente "no". Para las aves, el mundo entero se describe mediante una única función de onda; para las ranas, el número de universos no puede exceder el número total de todos los estados distinguibles en un momento dado, es decir, el volumen de Hubble que contiene el número total de diferentes estados. Por ejemplo, el planeta se mueve a una nueva posición, se casa con alguien o con algo más, todos estos son estados nuevos. Por debajo del umbral de temperatura de 10 8, el número total de estos estados cuánticos es de aproximadamente 10 (10 118), lo que significa que hay como máximo esta cantidad de universos paralelos. Es una cifra enorme, pero muy limitada.
Desde la perspectiva de una rana, la evolución de la función de onda equivale a saltar de un universo a otro en 10 (10 1118). Ahora estás en el universo A, el universo en el que estás leyendo esta frase en este momento. Ahora saltas al universo B: estás leyendo otra oración en ese universo. Hay un observador en el universo B que es exactamente igual que el universo A, con sólo unos segundos más de memoria. Todos los estados posibles existen en cada momento. Por lo tanto, es probable que el "paso del tiempo" sea la transición entre estos estados, una idea propuesta por primera vez por Greg Egan en su novela de ciencia ficción de 1994 "Permutation City", luego desarrollada por el físico de la Universidad de Oxford David Deutsch y el físico independiente Julian Barbour.
El cuarto nivel: otras estructuras matemáticas.
Aunque las condiciones iniciales y las constantes físicas pueden ser diferentes en el primer, segundo y tercer multiverso, las leyes básicas que gobiernan la naturaleza son las mismas. ¿Por qué detenerse aquí? ¿Por qué no diversificar estos principios básicos? ¿Qué tal un universo que obedezca únicamente las leyes de la física clásica y deje los efectos cuánticos al infierno? ¿Imagina un universo donde el tiempo pasa discretamente, como una computadora, en lugar de continuamente? ¿Imagina un universo dodecaedro hueco simple? Todas estas formas existen en el cuarto multiverso.
La clasificación definitiva de universos paralelos, el cuarto nivel. Contiene todos los universos posibles. Las diferencias entre universos representan no sólo ubicaciones físicas, propiedades o estados cuánticos, sino también leyes físicas fundamentales. Son casi inobservables en teoría y todo lo que podemos hacer es pensar de manera abstracta. Este modelo resuelve muchos problemas fundamentales de la física.
¿Por qué el multiverso anterior no es una tontería? Una razón es que el razonamiento abstracto y las observaciones prácticas están inextricablemente vinculados. Las ecuaciones matemáticas, o más generalmente, las estructuras matemáticas como números, vectores y formas geométricas, pueden describir nuestro universo con una fidelidad increíble. En una famosa conferencia de 1959, el físico Eugene P. Wigner explicó: "¿Por qué las matemáticas son tan útiles para las ciencias naturales?". Por otro lado, las matemáticas son tan útiles para ellas (las ciencias naturales) que tienen un sentido de realidad aterrador. Las estructuras matemáticas pueden basarse principalmente en hechos objetivos: son las mismas sin importar quién las aprenda. Si un teorema matemático es cierto, lo es ya sea que se trate de un ser humano, una computadora o un delfín muy inteligente. Incluso las civilizaciones extraterrestres descubrirán las mismas estructuras matemáticas que la nuestra. Por lo tanto, los matemáticos siempre piensan que han "descubierto" una determinada estructura matemática en lugar de "inventarla".
Existen dos modelos antiguos y diametralmente opuestos de cómo entender la relación entre matemáticas y física. La formación de estas dos diferencias se remonta a Platón y Aristóteles. El modelo de Aristóteles sostenía que la realidad física era el origen del mundo y que las herramientas matemáticas eran sólo aproximaciones útiles de la realidad física. El modelo de Platón sostenía que las estructuras puramente matemáticas eran la verdadera "verdad" y que todos los observadores sólo podían percibirla de manera imperfecta. En otras palabras, la diferencia fundamental entre los dos modelos es: ¿Cuál es la base, la física o la matemática? ¿O un observador desde la perspectiva de una rana, o las leyes de la física desde la perspectiva de un pájaro? El modelo de Aristóteles se inclina hacia el primero, el de Platón hacia el segundo.
Cuando somos muy pequeños, antes incluso de escuchar la palabra matemáticas, a todos nos enseñan el modelo "aristotélico". Los modelos platónicos provienen de la experiencia adquirida. Los físicos teóricos modernos tienden a ser platónicos. Quieren saber por qué las matemáticas pueden describir el universo de manera tan perfecta, porque el universo es inherentemente matemático. De este modo, toda la física se reduce a un problema matemático básico: un matemático con conocimientos y recursos infinitos podría calcular teóricamente el punto de vista de la rana desde el punto de vista del pájaro, es decir, para cualquier ser consciente de sí mismo. El observador, para su parte, descubre lo que observa en el universo y qué lenguaje inventará para describir a sus semejantes lo que ve.
La estructura matemática del universo es una entidad abstracta y eterna, independiente del tiempo y el espacio. Si se compara la historia con un vídeo, la estructura matemática no es uno de los fotogramas, sino el vídeo completo. Imagine un mundo tridimensional formado por partículas puntuales que se mueven. En las cuatro dimensiones del espacio-tiempo (es decir, desde la perspectiva de un pájaro), el mundo parece una maraña de espaguetis. Si una rana observa una partícula que siempre mantiene una velocidad y dirección constantes, ¿puede un pájaro verla directamente?