“Lo más incomprensible del universo es que es comprensible”, dijo una vez Albert Einstein. En estos días, sin embargo, el universo difícilmente puede considerarse comprensible o incluso único. La física fundamental está en crisis con dos conceptos populares a los que a menudo se hace referencia como "multiverso" y "feo", que literalmente significan "universo múltiple" y "universo feo".
¿Cómo funciona el universo?
Los defensores de un universo múltiple defienden la idea de la existencia de innumerables otros universos, algunos de los cuales tienen una física y un número de dimensiones espaciales completamente diferentes; en estos universos, tú, yo y todos los demás podemos existir como innumerables copias. "El multiverso puede ser la idea más peligrosa de la física", dijo el cosmólogo sudafricano George Ellis.
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Desde los primeros días de la ciencia, el descubrimiento de una coincidencia improbable llevó a la necesidad de explicarla, a buscar una causa y un motivo ocultos. Los ejemplos modernos incluyen esto: las leyes de la física parecen estar ajustadas para permitir que los seres inteligentes detecten estas leyes, una coincidencia que necesita explicación.
Con el advenimiento del multiverso, todo ha cambiado: no importa cuán increíble sea la coincidencia, en los miles de millones de miles de millones de universos que componen el multiverso, al menos en algún lugar, así será. Y si la coincidencia parece propiciar el surgimiento de estructuras complejas, vida o conciencia, ni siquiera debería sorprendernos que estemos en un universo que nos permite existir en primer lugar. Pero este "razonamiento antrópico", a su vez, implica que no podemos predecir nada. No existen principios obvios para que los físicos del CERN busquen nuevas partículas. Y no existe una ley fundamental detrás de las propiedades aleatorias del universo.
Otro problema se ha vuelto completamente diferente, pero no menos peligroso: el "universo feo". Según la física teórica Sabina Hossenfelder, la física moderna estaba desconcertada por su atracción por lo "bello", lo que condujo al surgimiento de fantasías especulativas, matemáticamente elegantes, sin conexión con los experimentos. Los físicos están "perdidos en las matemáticas", dice. Y lo que los físicos llaman "belleza" son las estructuras y las simetrías. Si ya no podemos confiar en tales conceptos, la diferencia entre comprender y simplemente conformarse a los datos experimentales se volverá borrosa.
Ambos problemas tienen sus raíces. “¿Por qué a las leyes de la naturaleza no les importa un comino lo que yo creo que es hermoso?”, Pregunta Hossenfelder con justicia. Y la respuesta es: no les importa. Por supuesto, la naturaleza podría ser compleja, confusa e incomprensible, si fuera clásica. Pero la naturaleza no es así. La naturaleza es mecánica cuántica. Y aunque la física clásica es la ciencia de nuestra vida diaria, en la que los objetos son separables entre sí, la mecánica cuántica es diferente. La condición de su automóvil no está relacionada con el color del vestido de su esposa. Pero en la mecánica cuántica, todas las cosas están relacionadas causalmente entre sí, lo que Einstein llamó "acción espeluznante a distancia". Tales correlaciones forman la estructura, y la estructura es hermosa.
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Por el contrario, el multiverso parece difícil de negar. La mecánica cuántica, en particular, lo trata bien. El disparo de electrones individuales en una pantalla con dos rendijas da como resultado la aparición de un patrón de interferencia en el detector detrás de la pantalla. En cada caso, resulta que el electrón pasa por ambas rendijas cada vez.
La física cuántica es la ciencia detrás de las explosiones nucleares, los teléfonos inteligentes y las colisiones de partículas, y es conocida por sus peculiaridades, como el gato de Schrödinger suspendido entre la vida y la muerte. En la mecánica cuántica, diferentes realidades pueden superponerse entre sí (como "partícula aquí" y "partícula allá" o "gato está vivo" y "gato está muerto"), como las ondas en la superficie de un lago. La partícula puede estar mitad aquí y mitad allá. A esto se le llama superposición, y es esto lo que conduce a la aparición del patrón de interferencia.
Desarrollada originalmente para describir el mundo microscópico, la mecánica cuántica ha demostrado en los últimos años que controla objetos cada vez más grandes siempre que estén suficientemente aislados del medio ambiente. Sin embargo, por alguna razón, nuestra vida diaria está protegida de alguna manera de demasiadas rarezas cuánticas. Nadie ha visto nunca un gato medio muerto, y cada vez que mides la posición de una partícula, obtienes un resultado determinado.
La interpretación directa asume que todas las opciones posibles se realizan, aunque en realidades diferentes pero paralelas de las "ramas de Everett", nombradas en honor a Hugh Everett, quien fue el primero en defender este punto de vista, conocido como la interpretación de la mecánica cuántica de muchos mundos. Los "muchos mundos" de Everett en realidad representan solo un ejemplo de un multiverso, uno de cuatro. Los otros dos son menos interesantes y el tercero es el "panorama de la teoría de cuerdas" al que volveremos más adelante.
Al recurrir a la mecánica cuántica para justificar la belleza de la física, parece que estamos sacrificando la singularidad del universo. Sin embargo, esta conclusión se encuentra solo en la superficie. Lo que generalmente se pasa por alto en una imagen de este tipo es que el multiverso de Everett no es fundamental. Es sólo aparente o "emergente", como dice el filósofo David Wallace de la Universidad del Sur de California.
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Para comprender este punto, es necesario comprender el principio que subyace tanto a las mediciones cuánticas como a la "acción misteriosa a distancia". La clave de ambos fenómenos es el concepto de "entrelazamiento", que fue señalado en 1935 por Einstein, Boris Podolsky y Nathaniel Rosen: en mecánica cuántica, un sistema de dos espines entrelazados con una suma cero puede consistir en una superposición de pares de espines con sentidos de rotación opuestos con incertidumbre absoluta en los sentidos de rotación del individuo. giros. El entrelazamiento es una forma natural de combinar partes en un todo; las propiedades individuales de los constituyentes dejan de existir a favor de un sistema general fuertemente ligado.
Siempre que se mide o se asocia un sistema cuántico con el entorno, el entrelazamiento juega un papel importante: el sistema cuántico, el observador y el resto del universo están entrelazados. Desde el punto de vista de un observador local, la información se dispersa en un entorno desconocido y comienza el proceso de "decoherencia". La decoherencia es un agente de la clasicidad: describe la pérdida de propiedades cuánticas cuando un sistema cuántico interactúa con su entorno. La decoherencia funciona como una cremallera entre las realidades paralelas de la física cuántica. Desde el punto de vista del observador, el universo "se divide" en ramas separadas de Everett. El observador observa un gato vivo o un gato muerto, pero nada intermedio. Para él, el mundo parece clásico, aunque desde un punto de vista global sigue siendo mecánico cuántico. Realmente,desde este punto de vista, el universo entero es un objeto cuántico.
Monismo cuántico
Y aquí nos basamos en el concepto más interesante de "monismo cuántico" propuesto por el filósofo Jonathan Schaffer. Shaffer reflexionó sobre la cuestión de de qué está hecho el universo. Según el monismo cuántico, la capa fundamental de la realidad no está formada por partículas o cadenas, sino por el universo mismo, entendido no como la suma de sus elementos constituyentes, sino como un único estado cuántico entrelazado.
Pensamientos similares han sido expresados anteriormente, por ejemplo, por el físico y filósofo Karl Friedrich von Weizsacker: Tomar en serio la mecánica cuántica predice una realidad cuántica única y unificada que subyace al multiverso. La homogeneidad y las pequeñas fluctuaciones en la temperatura del fondo cósmico de microondas, que indican que el universo observable puede rastrearse hasta un solo estado cuántico, generalmente asociado con el campo cuántico de inflación primordial, apoyan esta opinión.
Además, esta conclusión se extiende a otros conceptos de multiverso. Debido a que el entrelazamiento es universal, no se limita a nuestra burbuja cósmica. Sea lo que sea el multiverso, si adoptas el monismo cuántico, todo será parte de un todo único: siempre habrá una capa más fundamental de realidad subyacente al multiverso dentro del multiverso, y esta capa será única.
Tanto el monismo cuántico como la interpretación de los muchos mundos de Everett son predicciones de la mecánica cuántica. Se distinguen solo por la perspectiva: lo que, desde el punto de vista de un observador local, parecerá “muchos mundos”, en realidad representa un único universo único desde un punto de vista global (por ejemplo, una criatura que puede ver todo el universo desde el exterior).
En otras palabras, muchos mundos son monismo cuántico a través de los ojos de un observador con información limitada sobre el universo. De hecho, la motivación original de Everett era desarrollar una descripción cuántica de todo el universo en términos de una "función de onda universal". Míralo como a través de una ventana embarrada: la naturaleza está dividida en muchas partes, pero esto es solo una distorsión de la perspectiva.
El monismo y los mundos múltiples se pueden evitar, pero solo si alguien cambia el formalismo de la mecánica cuántica, generalmente esto entra en conflicto con la teoría especial de la relatividad de Einstein, o si alguien presenta la mecánica cuántica no como una teoría sobre la ciencia, sino como sobre el conocimiento.: ideas humanas, pero no ciencia.
En su forma actual, el monismo cuántico debería verse como un concepto clave en la física moderna: explica por qué la "belleza" percibida como estructura, correlación y simetría entre esferas de la naturaleza externamente independientes no es un ideal estético distorsionado, sino una consecuencia de la división de la naturaleza de una sola. estado cuántico. Además, el monismo cuántico también elimina la necesidad de un universo múltiple, ya que predice correlaciones realizadas no solo en un único universo nacido, sino en cualquier rama única del multiverso.
Finalmente, el monismo cuántico podría resolver la crisis de la física fundamental experimental, que depende de colisionadores cada vez más grandes para estudiar los componentes de la naturaleza cada vez más pequeños. Porque los componentes más pequeños no serán la capa fundamental de la realidad. Estudiar los conceptos básicos de la mecánica cuántica, las nuevas áreas de la teoría cuántica de campos o las estructuras más grandes de la cosmología puede ser igualmente gratificante.
Todo esto significa que no debemos dejar de buscar. Al final, este deseo no se nos puede quitar. En algún lugar profundo, hay una realidad única, comprensible y fundamental.
Ilya Khel
