Cómo la ciencia separa las hipótesis "razonablemente científicas" de las "no científicas"
La idea de otros universos está profundamente arraigada en la ciencia ficción. Pero incluso fuera de la ficción, uno puede encontrar razonamientos sobre el multiverso y muchos mundos paralelos, por lo que Attic decidió averiguar qué tan cerca están estas ideas de la física real.
El multiverso, sobre el que Sean Carroll, experto en cosmología y autor del recientemente publicado en el popular libro ruso “Eternity. En busca de la última teoría del tiempo”, es una hipótesis sobre la estructura de nuestro Universo más allá de los límites de la región accesible a nuestra observación.
Qué significa eso? La velocidad de la luz es limitada y el Universo se está expandiendo en todas direcciones, mientras que solo podemos ver una cierta parte del espacio. Y está lejos del hecho de que el mundo fuera de sus fronteras esté organizado de la misma manera que en las proximidades de la Tierra. Hipotéticamente, fuera de la esfera accesible para la observación, puede haber, por ejemplo, una proporción completamente diferente de materia ordinaria y oscura. O en absoluto, algunos otros principios físicos funcionan, hasta un aumento en el número de dimensiones.
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Ilustración: Anatoly Lapushko / Chrdk.
El sentido común, por supuesto, nos dice que las propiedades del universo deberían ser las mismas en todas partes. Sin embargo, el "sentido común" no es algo muy bueno para la cosmología, la ciencia del espacio-tiempo a gran escala. La suposición de que la sustancia que conocemos en el Universo es diez veces más pequeña que alguna misteriosa materia oscura también era completamente contraria al sentido común, sin embargo, es en un mundo así, que consiste principalmente en materia oscura, en el que vivimos hoy. El problema con la idea de que el universo está cambiando drásticamente donde ya no podemos verlo no es inusual, pero esa idea no se puede probar.
Un universo con leyes físicas hipotéticamente diferentes se llama multiverso cosmológico. Tal Universo es geométricamente uno, en el sentido de que se puede trazar una línea continua entre dos de sus puntos sin la construcción de portales y otras cosas exóticas. Y este multiverso cosmológico no debe confundirse, por ejemplo, con un universo múltiple en la interpretación de muchos mundos de la mecánica cuántica.
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Mecánica cuántica de muchos mundos
En el otro extremo de la "cuadrícula de escala del universo" hay un microcosmos, eventos en los que se describen mediante la mecánica cuántica. Ya sabemos que las partículas elementales: electrones, quarks, gluones y sus demás primos se comportan de acuerdo con reglas que no se siguen en el mundo al que estamos acostumbrados. Entonces, cada partícula en mecánica cuántica puede verse como una onda, y los átomos aparentemente "sólidos", que en el curso de química de la escuela se representan como bolas, cuando chocan con un obstáculo, se dispersarán como ondas. Cada objeto cuántico se describe matemáticamente no como una bola o un punto limitado en el espacio, sino como una función de onda, que existe simultáneamente en todos los puntos de su trayectoria a través del espacio. Solo podemos calcular la probabilidad de que se encuentre en un lugar u otro. Cantidades como el momento de una partícula,su energía y características más exóticas como el espín también se calculan a partir de la función de onda: podemos decir que este objeto matemático que cubre todo el espacio es la base fundamental de la mecánica cuántica y de toda la física del siglo XX.
Los cálculos realizados sobre la base de funciones de onda y operadores (los operadores permiten obtener cantidades específicas de la función de onda) concuerdan perfectamente con la realidad. La electrodinámica cuántica, por ejemplo, es hoy en día el modelo físico más preciso en la historia de la humanidad, y entre las tecnologías cuánticas están los láseres, toda la microelectrónica moderna, la Internet veloz a la que estamos acostumbrados e incluso una serie de medicamentos: la búsqueda de sustancias prometedoras para la medicina también se lleva a cabo modelando las interacciones de las moléculas. con un amigo. Desde un punto de vista aplicado, los modelos cuánticos son muy buenos, pero a nivel conceptual surge un problema.
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Funciones de onda correspondientes a un electrón en un átomo de hidrógeno a diferentes niveles de energía. Las áreas claras corresponden al máximo de la función de onda y en estos lugares es más probable que se detecte la partícula; la probabilidad de encontrar el mismo electrón en la habitación contigua, aunque insignificantemente pequeña, no es cero.
La esencia de este problema es que los objetos cuánticos pueden destruirse: por ejemplo, cuando un fotón (cuanto de luz) golpea la matriz de la cámara o simplemente choca con una superficie opaca. Hasta este punto, el fotón estaba perfectamente descrito por la función de onda, y después de un momento, la onda extendida en el espacio desaparece: resulta que cierto cambio ha afectado a todo el Universo y ha ocurrido más rápido que la velocidad de la luz (¿cómo puede ser tal cosa?). Esto es problemático incluso en el caso de un solo fotón, pero ¿qué pasa con la función de onda de dos fotones emitidos desde una fuente en dos direcciones opuestas? Si, por ejemplo, estos dos fotones nacieron cerca de la superficie de una estrella distante y uno de ellos fue captado en la Tierra por un telescopio, ¿qué pasa con el segundo, que está a muchos años luz de distancia? Formalmente, forma un solo sistema con el primero,pero es difícil imaginar un escenario en el que un cambio en una parte del sistema se comunique instantáneamente a todas las demás. Otro ejemplo de sistema cuántico, para el que la desaparición de la función de onda da lugar a problemas conceptuales, es el famoso gato de Schrödinger, que se encuentra dentro de una caja cerrada con un dispositivo que, basándose en un proceso cuántico probabilístico, rompe una ampolla de veneno o la deja intacta. Antes de abrir la caja, el gato de Schrödinger está a la vez vivo y muerto: su estado refleja la función de onda de un sistema cuántico dentro de un mecanismo con veneno.que está dentro de una caja cerrada con un dispositivo que, basado en un proceso cuántico probabilístico, rompe una ampolla con veneno o la deja intacta. Antes de abrir la caja, el gato de Schrödinger está a la vez vivo y muerto: su estado refleja la función de onda de un sistema cuántico dentro de un mecanismo con veneno.que está dentro de una caja cerrada con un dispositivo que, basado en un proceso cuántico probabilístico, rompe una ampolla con veneno o la deja intacta. Antes de abrir la caja, el gato de Schrödinger está a la vez vivo y muerto: su estado refleja la función de onda de un sistema cuántico dentro de un mecanismo con veneno.
La interpretación más común de la mecánica cuántica, Copenhague, sugiere simplemente aceptar la paradoja del mundo y admitir que sí, a pesar de todo, la onda / partícula desaparece instantáneamente. La alternativa es la interpretación de muchos mundos. Según ella, nuestro Universo es una colección de mundos que no interactúan, cada uno de los cuales representa un estado cuántico: cuando abres una caja con un gato, aparecen dos mundos: en uno de ellos el gato está vivo y en el otro está muerto. Cuando un fotón atraviesa un espejo semitransparente, el mundo también se divide en dos: en uno, un cuanto de luz se refleja desde la superficie y en el otro no. Y así, cada proceso cuántico conduce al surgimiento de más y más mundos ramificados.
En teoría, algunas de estas ramas pueden ser muy diferentes a las nuestras. Un átomo que voló en la dirección incorrecta poco después del Big Bang bien podría conducir a una distribución diferente del gas caliente, al nacimiento de estrellas en lugares completamente diferentes y, como resultado, al hecho de que la Tierra, en principio, no surgió. Pero esta imagen no puede considerarse un problema de interpretación de muchos mundos. El problema real radica en la imposibilidad de verificar la exactitud de esta comprensión de la mecánica cuántica en la práctica: los componentes individuales del Universo múltiple no interactúan entre sí por definición.
La idea del viaje en el tiempo y los universos alternos se ha desgastado mucho desde los días de la ficción clásica. Además del notorio término "sicario" entre los fanáticos del género (un héroe de nuestros días se encuentra, por ejemplo, en los tiempos de Iván el Terrible), se puede recordar la película de parodia Kung Fury, de donde se tomó esta captura de pantalla.
En algún lugar, quizás, haya una Tierra habitada por dinosaurios inteligentes, en algún lugar donde el Gran Imperio Mongol aterrizó en las lunas de Júpiter en 1564, pero no hay portales entre estos mundos; divergieron como resultado de procesos cuánticos en el pasado distante. Una teoría que sugiera la posibilidad de adentrarse en uno de estos mundos, desde el punto de vista de la filosofía de la ciencia, no sería menos, sino más científica, ya que se podría intentar probarla.
