A la recerca del multiverso

2010/03/01 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Fisika
• Astrofisika

(Foto: Bobbie Sandlin/350RF)

Escriptors i científics van inventar el concepte de multiservicio. Els que escriuen ficció parlen del terme univers paral·lel, i els cosmólogos utilitzen el terme multiverso, però, en definitiva, és un únic concepte: la idea que hi ha més d'un univers. La Física permet explicar aquesta idea o pensar que hi ha més d'un univers. I potser per això el concepte de més d'un univers va arribar a les editorials i als laboratoris.

"No és clar l'origen de la idea. XIX. A la fi del segle H. G. L'escriptor Wells utilitza el tema de l'univers paral·lel, encara que no com ho entenem avui dia. Utilitza la idea de quarta o cinquena dimensió", afirma el físic de la Universitat Politècnica de Catalunya, Manuel Moreno, expert en ciència-ficció. "La idea era molt agradable per a Wells. Va escriure històries sobre el contacte amb altres mons, que viuen en altres dimensions.

La idea moderna d'universos paral·lels sorgeix en la Universitat Princeton, en la tesi del físic Hugh Everett, en 1957. De fet, era el resultat d'una nova i heterodoxa interpretació de la física quàntica que no va tenir bon acolliment entre els físics de l'època. La ciència-ficció, no obstant això, es va apropiar immediatament. "Sobretot en la literatura: Isaac Asimov, Robert Heinlein i altres escriptors van escriure històries amb idees d'universos paral·lels. Però són escrits després de la publicació d'Everett", afirma Moreno.

Multiservicio en el laboratori

Amb el temps, les idees d'Everett es van estendre també entre els cosmólogos. Van aparèixer noves explicacions i nous plantejaments, augmentant el nombre de físics que treballaven en això. Però no gaire. La recerca del multíverso continua sent marginal dins de la cosmologia.

El cosmólogo de la UPV Jon Urrestilla ha treballat amb alguns dels pocs que investiguen el multi-vers i té una perspectiva interna i externa: "Dins de la cosmologia és molt marginal. A molts no els agrada el concepte de multiverso perquè no sabem fins a quin punt és ciència. Però cada vegada hi ha més aficionats. No sabem per què, potser perquè la teoria és bona, i potser perquè hi ha gent com Alex Vilenkin, Andrei Linde treballant en això. És gent de referència. Per això hi ha qui pensa que si aquests grans cosmólogos passen alguna cosa en aquest temps. És la influència de la fama".

Manuel Moreno és professor de la Universitat Politècnica de Catalunya en el Departament de Física i Enginyeria Nuclear. A més, és un apassionat de la ciència-ficció, que creu que és un mitjà idoni per a divulgar la ciència. A aquest efecte va publicar el llibre De King Kong a Einstein, al costat del professor Jordi Jos Pont.

Inaccessible

Hi haurà alguna cosa, però què? La recerca del multiverso no és gens fàcil. A pesar que hi ha més d'un univers, l'ésser humà només veu un, i gairebé no és capaç de reconèixer un altre univers.

"Existeix un límit entre el mesurable i l'inmedible. D'aquí comença la filosofia. Alguna cosa que no es pot mesurar és ciència?" pregunta Urrestilla. "Segun i a qui li preguntis, et dirà que el multiverso no és una ciència seriosa. Hi ha tres postures: hi ha qui diu que no fa falta el multíverso per a explicar res; uns altres diuen que sí; i després hi ha un altre tercer, i jo crec que estic en aquest tercer, que pensa que la ciència del multíverso és la religió".

És el mateix debat que en les prestigioses converses entre Niels Bohr i Albert Einstein: "Està la Lluna aquí quan no li mirem?" O preguntant d'una altra manera: Existeix el que no mesurem? Bohr deia que no. Einstein sí. No obstant això, en el cas del multisexto, encara que es vulgui, no es pot mesurar. I això exclou aquest concepte de l'àmbit de la ciència. No obstant això, el concepte de multiverso ha estat creat per una necessitat científica.

"Tot ve del problema de la gravitació quàntica. No tenim la teoria de la gravitació quàntica. Per això estem fent el que podem", diu Urrestilla.

La gravitació quàntica unificaria en una sola teoria la gravetat i la mecànica quàntica. La gravetat actua a gran escala (incloent galàxies, estrelles, planetes i home). La mecànica quàntica, en canvi, a petita escala (àtoms i partícules menors que l'àtom). Els físics volen unificar totes dues teories perquè tota la matèria a gran escala està formada per partícules de petita escala. És lògic que la teoria sigui única per a explicar tot, però no hi ha una teoria que reculli la gravetat i la mecànica quàntica. No obstant això, hi ha una proposta: la teoria dels supercuerdas.

Jon Urrestilla és cosmólogo de la UPV. Després de la seva tesi doctoral en Leioa, ha treballat en recerca en la Universitat de Sussex i en la Universitat TUFTS de Boston. En aquestes universitats ha conegut de prop la recerca del multiverso al costat del cosmólogo Alex Vilenkin, l'investigador i divulgador John Gribbin.

Els àtoms estan formats per protons, neutrons i electrons. Els neutrons i els protons estan fets de quarkes. Però de què estan fets els quarks i els electrons? La nova proposta és que totes les partícules estan fetes de supercuerda. Però hi ha un problema: les matemàtiques que sustenten aquesta teoria exigeixen moltes dimensions.

Una excursió per la plana del multiverso

El cosmólogo John Gribbin exposa amb claredat el seu llibre In Search of the Multiverse. L'explicació està en "Three dimensions good, habiti dimensions bad" (Tres dimensions bé, més dimensions mal): les supercuerdas han d'existir en un espai d'11 dimensions (26 dimensional, segons una altra opció). I la gravetat que hi ha en l'univers humà només serveix per a un espai tridimensional. El mateix ocorre amb l'electromagnetisme i amb altres camps de la física. Si el nostre univers tingués més de tres dimensions, no tindria la física que tingués. Per tant, perquè la teoria de les supercuerdas sigui útil, els físics han de trobar la relació entre l'espai en 11 dimensions i l'espai en 3 dimensions (en quatre dimensions, incloent el temps).

"Has d'anar d'11 a 4 dimensions", explica Urrestilla. "I tens moltes possibilitats de fer-ho, prop de 10 200 (un i 200 zero per darrere). Dibuixant el potencial d'aquestes possibilitats apareix una espècie de plana amb molts mínims. Cada mínim és una possibilitat. I en cada possibilitat pot haver-hi un univers. El nostre és només un d'aquests mínims. Aquestes 10 200 possibilitats conformen el multi-vers: això ho prediu la teoria dels supercuerdas. Ara, la teoria de les supercuerdas és correcta? No sé".

Comunicació ficció

Cada mínim tindria una física pròpia, segons la teoria de les supercuerdas. En el nostre univers de mínim, l'electró té una massa determinada que pot ser major o menor en l'univers de mínim immediat. El mateix amb la càrrega de l'electró; i amb la constant de Planck; i amb qualsevol altra magnitud.

Dibuixant el potencial del camí per a les nostres 4 dimensions des de les 11 dimensions de les supercuerdas, queda una espècie de plana amb molts mínims. En cada mínim pot haver-hi un univers. Imatge: Guillermo Roa.

I la diferència no és un valor buit d'una magnitud. Aquesta diferència té conseqüències. És possible que en un altre univers la fissió nuclear no ocorri com ocorre en el nostre univers, la qual cosa pot derivar en l'absència d'estrelles. O és possible que en un altre cas els àtoms de carboni siguin diferents, per la qual cosa no és possible crear vida. I moltes altres possibilitats podrien ser: aproximadament 10200.

Aquest gran conjunt de possibles física ha estat una bona font per a la ciència-ficció. Si es comuniquen dos universos, diferents físiques ofereixen històries fructíferes. "Un dels exemples més coneguts és la novel·la The Gods Themselves de l'escriptor Isaac Asimov", afirma Moreno. "Uns alienígenes d'un altre univers volen solucionar el seu problema energètic convertint el nostre Sol en una supernova i absorbint l'energia que expulsa".

És ficció. Impossible. Comunicar dos universos junts, de moment, només ha fet ficció. Si la realitat fos possible, els científics haurien de mesurar. "L'única opció és que un altre univers interactui amb el nostre. Si xoquessin o una cosa així, podríem mesurar alguna cosa", diu Urrestilla. Però els cosmólogos no poden esperar. "Hi ha alguna cosa que no interacciona amb mi, i si no puc fer res amb ell, és religió; no ho puc afirmar científicament. M'és igual si existeix o no existeix, perquè mai ho puc demostrar".

No obstant això, alguns cosmólogos que investiguen el multi-vers tenen una actitud positiva. Ells continuen treballant amb models teòrics. En aquest sentit, el cosmólogo Alex Vilenkin té una filosofia molt especial: val la pena intentar-ho, val la pena investigar multi-versos; i si aquesta recerca porta a demostrar que la idea és errònia, també serà una bona notícia.

Quatre llibres de referència

En Search of the Multiverse

John Gribbin

John Gribbin és professor de la Universitat de Sussex i conegut divulgador científic. Acaba de publicar aquest llibre que ha encapçalat els llistats dels llibres de divulgació científica més venuts de 2009. En aquest treball ha donat un cop d'ull general al multiverso.

Many Worlds in One

Alex Vilenkin

És especialista en teories antròpiques del multi-vers Vilenkin. I a través d'aquest llibre realitza una divulgació del tema -encara que ho faci ben escrit-. Segons Vilenkin, en un altre univers tu ets el president dels Estats Units. És una cosa molt atractiva, però aquest llibre sobre el multisexto és molt més que això.

Elegant Universe

Brian Greene

Greene també és investigador i treballa amb la teoria de les supercuerdas. Quan va escriure aquest llibre, un dels seus objectius era exposar el tema d'estudi sense utilitzar formulacions matemàtiques. I, al seu torn, entra en el camp de la cosmologia. Segons una crítica publicada per Sunday Times, aquest és el llibre que més atenció ha rebut després de la publicació del lliuro Història del temps de Stephen Hawking.

Parallel Worlds: The Science of Alternative Universes and Our Future in the Cosmos

Michio Kaku

És un llibre divulgatiu d'un dels creadors de la teoria de supercuerdas. No és l'únic; Hyperspace, Visions i Beyond Einstein també són llibres de Kakur. En aquest llibre sobre mons paral·lels analitza les teories que expliquen el naixement de l'univers. Analitza l'explosió de Big bang i les teories que pretenen abastar tota la física. Així mateix, aprofundeix en el concepte de multiverso. El llibre també s'ha publicat en castellà sota el títol Universos Paral·lels.

Què investiguen els cosmólogos que investiguen el multi-vers?

En el camp del multiverso, tota la recerca és teòrica, no es pot mesurar res. Per tant, el que fan els cosmólogos és calcular quines són les opcions possibles. Per exemple, alguns cosmólogos pretenen desenvolupar la teoria dels supercuerdas i calcular com són els universos que aquesta teoria prediu. "És molt difícil, hi ha molts universos possibles, però és molt difícil catalogar les propietats de cadascun", afirma el cosmólogo Jon Urrestilla.

Uns altres intenten trobar el nostre univers en les prediccions de la teoria de supercuerdas. Per a això, parteixen de les condicions necessàries per a explicar l'existència humana. És el que es coneix com a aproximació antròpica i és criticat per molts, ja que l'ésser humà és l'origen d'aquesta aproximació.

Guillermo Roa

Uns altres fan una aproximació matemàtica: partint d'espais i temps infinits, busquen quants universos existeixen com el nostre i quants hi ha diferents. "És un problema matemàtic molt difícil perquè no es pot normalitzar, és a dir, no té límits superiors en número. És molt difícil definir matemàticament què és", diu Urrestilla.

Finalment, uns altres treballen amb la constant cosmològica, una de les magnituds que regeix l'expansió de l'univers. Hi ha un problema: perquè l'home existeixi, la constant cosmològica d'un univers és molt petita: 10 -200 Però el càlcul quàntic de la constant dóna un resultat de 10 200. "Hi ha una diferència enorme. Alguna cosa no entenem. Si fos zero, seria més fàcil explicar-ho. Demostrar que alguna cosa no existeix és més fàcil que demostrar que alguna cosa és molt petit", diu Urrestilla.