Arriba y abajo

    Niels Bohr propuso en 1913 un modelo de átomo en el que toda su masa se encuentra en el núcleo, alrededor del cual giran libremente los electrones. Este modelo atómico recuerda extraordinariamente a nuestro sistema solar, donde el sol y los planetas equivaldrían al núcleo atómico y los electrones, respectivamente, y es por ello que enseguida aparecieron comparaciones en ese sentido. “Como es arriba es abajo”, dijeron algunos citando a la famosa Tabla de Esmeralda de los alquimistas…

Modelo atómico de Bohr

    Sin embargo, y pese a que se trate de un modelo que todavía hoy mucha gente tiene en mente y cuyo esquema sigue siendo aún hoy el más utilizado en nuestra cultura a la hora de representar al átomo, lo cierto es que está más que superado. Según el modelo actual, desarrollado en 1926 por Erwin Schrödinger, los electrones no ocupan una posición concreta ni recorren una trayectoria determinadas en su órbita alrededor del núcleo del átomo (como sí hacen los planetas alrededor del sol), sino que dicha órbita está ocupada por entero por una “nube probabilística” formada por todas las probabilidades de encontrar al electrón en un lugar y momento dados. Así, los átomos no se asemejarían en absoluto al sistema solar, sino más bien a Saturno y su sistema de anillos.

Modelo atómico de Schrödinger

    En efecto, el principio de indeterminación de Heisenberg, crucial para entender la mecánica cuántica, establece que a ese nivel la realidad tiene una naturaleza probabilística, de modo que siempre coexisten (en una especie de forma “fantasmal”) todos los posibles estados cuánticos de cada partícula. Eso incluye también su posición, por lo que se superponen al mismo tiempo todas las posiciones posibles de la partícula en cuestión: el electrón no se encuentra sólo aquí, sino también allí, y allá, y en todos los sitios en los que sería posible encontrarle si en algún momento decidiéramos averiguar su posición concreta. Cada probabilidad coexiste junto con las demás, y todas son igual de “reales”… y ninguna lo es realmente (por lo menos hasta que realicemos una medición para averiguar su posición concreta).

    Por otro lado la teoría cuántica de campos establece que cada una de las partículas del modelo estándar (quarks, electrones, neutrinos, bosones, etc.) no son más que excitaciones energéticas de campos cuánticos que llenan todo el universo, y que cada partícula está asociada a un campo particular con sus propias características. A ese respecto, el mismo principio de indeterminación indica que en cada punto del espacio se producen cambios aleatorios en los valores de la energía de tales campos, y en la práctica cada cambio (o fluctuación) se traduce en la aparición de pares de partículas de materia ordinaria y partículas de antimateria que se crean aparentemente “de la nada” y se aniquilan mutuamente en una fracción infinitesimal de segundo. La antimateria es algo así como la imagen especular de la materia ordinaria, similar a ésta en todo (masa, espín, etc.) salvo en la carga eléctrica. Por ejemplo, lo único que diferencia al electrón de su antipartícula, el positrón, es la carga eléctrica de éste, que es positiva en vez de negativa. La carga eléctrica también determina la trayectoria del positrón ante la presencia de un campo electromagnético, que será siempre exactamente la contraria a la del electrón. Cuando en un laboratorio creamos un positrón invariablemente termina colisionando con un electrón, y el resultado de tal choque es siempre la aniquilación de ambas partículas y la conversión de la masa de ambas en fotones de alta energía (también es posible que ocurra el proceso contrario, es decir, que un fotón se convierta en un par electrón-positrón).

    La aparición y desaparición de pares de partículas-antipartículas en las fluctuaciones cuánticas es un proceso que sucede continuamente a nuestro alrededor, a lo largo de todo el universo, y lo denominamos “espuma cuántica”. La espuma cuántica, al igual que los campos en los que se produce, llena todo el espacio, lo que significa que el vacío realmente no existe ni puede llegar a existir; a nivel cuántico siempre hay una frenética actividad energética que da lugar a la aparición y desaparición de todo tipo de partículas. La violación del primer principio de la termodinámica (la ley de la conservación de la energía) es sólo aparente, por cuanto la suma de la energía total de esos pares de partículas y antipartículas es siempre igual a cero; del mismo modo que el cero se puede expresar también de forma indirecta mediante la suma de +1 + -1, la aparición de un electrón y un positrón al mismo tiempo tampoco supone la creación neta de energía alguna.

    Ahora bien, el principio de indeterminación establece una relación inversa entre la energía y el tiempo asociados a las fluctuaciones cuánticas, de tal manera que, a mayor energía de la fluctuación, menor será el tiempo que puede durar ésta (antes se aniquilarán mutuamente la partícula y la antipartícula generadas en la fluctuación). Por tanto es perfectamente posible que pueda darse una fluctuación altamente energética, siempre y cuando el tiempo durante el que transcurre sea mínimo. ¿Cuál es el límite de energía de las fluctuaciones cuánticas? ¿Cuan energéticas pueden llegar a ser? Como se trata de una cuestión de probabilidades, nada impide que pueda llegar a darse una fluctuación inmensamente energética por un lapso de tiempo infinitamente pequeño, y en realidad existe una probabilidad no nula de que una fluctuación de tales características pueda sobrevivir por un tiempo mayor, e incluso muchísimo mayor…

La espuma cuántica es apreciable únicamente a escalas infinitesimalmente pequeñas

    En la actualidad, los físicos están convencidos de que nuestro universo nació a partir de una fluctuación cuántica de un campo muy concreto, el inflatón. Se trata del campo responsable de la inflación cósmica, el proceso que se dio en los primeros instantes de vida del universo mediante el cual éste se expandió a una velocidad vertiginosa desde un tamaño nulo (o casi) hasta aproximadamente el tamaño de nuestro sol. En algún momento de ese proceso, y por alguna razón que todavía no se comprende bien del todo, se produjo una transición de fase en la que la inmensa energía de la fluctuación primordial se transfirió desde el campo del inflatón en el que se había originado hasta el resto de campos cuánticos, lo que (merced a la equivalencia entre masa y energía) dio lugar a toda la materia del universo.

    Ahora bien, pese a que en aquel momento debería haberse creado la misma proporción de materia que de antimateria, al igual que sucede en cualquier otra fluctuación cuántica, lo cierto es que a nuestro alrededor y en todo el universo observable sólo vemos materia ordinaria. ¿Dónde fue a parar entonces toda la antimateria que se creó en el Big Bang? La teoría más extendida actualmente es que toda la antimateria quedó aniquilada al entrar en contacto con la materia ordinaria; ambas se cancelaron mutuamente, pero por alguna razón existía un pequeño excedente de materia ordinaria que sobrevivió a la aniquilación y que se convirtió en nuestro universo.

    Sin embargo existe otra alternativa.

    Hay quien ha teorizado la posibilidad de que la antimateria no sea en realidad más que materia ordinaria desplazándose hacia atrás en el tiempo. Lo que interpretamos como un choque de una partícula de materia con otra de antimateria sería en realidad una misma partícula convirtiéndose en una antipartícula (o viceversa) mediante la interacción con un fotón. Por ejemplo, el choque de un par positrón-electrón, y la creación de un fotón en el proceso de aniquilación entre ambas (que a su vez puede también dar origen a otro par electrón-positrón), ha de ser interpretado como la historia de un único electrón interactuando con un fotón y el cambio de la trayectoria temporal de aquel a raíz de dicha interacción. En otras palabras: el electrón choca con un fotón y comienza a desplazarse hacia atrás en el tiempo, trayectoria que nosotros percibimos como un positrón.

Un electrón y un positrón chocan y se aniquilan mutuamente, dando como resultado un fotón que posteriormente se descompone en otro par electrón-positrón

    Esta idea abre la posibilidad de solucionar el misterio de dónde se encuentra toda la antimateria que debió crearse en el origen del universo: en cuanto se creó comenzó a desplazarse hacia atrás en el tiempo, del mismo modo que nuestro universo comenzó a desplazarse hacia delante. Y al igual que la materia de nuestro universo terminó estructurándose en galaxias, estrellas y planetas, y en último término en seres vivos como nosotros, la antimateria seguramente se haya estructurado igualmente en antigalaxias, antiestrellas y antiplanetas, y tal vez también en antivida. Estamos hablando, por tanto, de un antiuniverso de dimensiones similares al nuestro, y el hecho de que materia y antimateria se desplacen en direcciones temporales opuestas garantiza la imposibilidad de que ambos universos puedan jamás entrar en contacto y aniquilarse mutuamente.

    Esta teoría también solucionaría el enigma de por qué el tiempo se desplaza siempre hacia la misma dirección: sucede así sólo en nuestro universo, dado que en el antiuniverso el tiempo se desplaza en la dirección contraria. Es importante entender que eso no significa en absoluto que en el antiuniverso los trozos de un jarrón roto se recompongan solos para formar de nuevo el jarrón original. Tal cosa sólo sucedería desde nuestro punto de vista, si pudiéramos observar el antiuniverso desde nuestro universo. De hecho, si los habitantes del antiuniverso pudieran observarnos a nosotros también verían nuestro tiempo corriendo al revés. Así pues, los procesos termodinámicos en ese antiuniverso funcionarían exactamente igual que en nuestro universo, y lo único que diferenciaría a uno del otro es la perspectiva temporal de cada uno de ellos en torno a un “tiempo cero” original y que correspondería al momento del Big Bang.

El universo y el antiuniverso comenzaron a distanciarse en el tiempo a partir del Big Bang

  

    Esta idea es consistente con las teorías que proponen un cosmos cíclico en el que el universo surge del colapso de un universo anterior. Y es que, al fin y al cabo, desde nuestro punto de vista, el antiuniverso se contrae paulatinamente hasta colapsar en un único punto que constituye el "tiempo cero" de nuestro universo, es decir, el momento en el que se da nuestro Big Bang.

    La existencia de un “tiempo cero” implicaría que nuestro espacio-tiempo se creó a la vez que el universo, pero eso no implica que éste surgiese de la nada. Al fin y al cabo, existía ya un campo del inflatón en el que se produjo la fluctuación que dio origen al universo, y desde luego también había unas leyes físicas preexistentes que posibilitaron todo ello. Por tanto, y más allá de nuestro espacio-tiempo particular, ha de existir una especie de “metaespacio-tiempo” más amplio. No sabemos hasta dónde se extendería, ni desde cuándo existe, pero parece evidente que la fluctuación cuántica que dio origen al universo no tuvo por qué ser única. En realidad, es muy posible que el inflatón, al igual que el resto de campos cuánticos, se extienda hasta el infinito y sea eterno. Y en tal caso el inflatón llevaría infinito tiempo sufriendo infinitas fluctuaciones cuánticas como la que dio origen a nuestro universo y al antiuniverso.

    Estaríamos hablando, pues, de un Multiverso infinito y eterno en el que por doquier se generarían fluctuaciones cuánticas que a su vez crean pares de universo-antiuniverso… exactamente igual que las fluctuaciones cuánticas del vacío dan lugar a pares de partícula-antipartícula. Como es arriba es abajo.

    Es verdad que ese antiuniverso no es más que una hipótesis, y su mera existencia, aunque posible, tampoco demostraría que el paralelismo entre la creación de pares universos-antiuniversos y la aparición en el vacío de pares partícula-antipartícula fuese nada más que una curiosa similitud, más poética que real. Pero nada nos impide divertirnos especulando con ciertas ideas al respecto.

    Por ejemplo, ¿sería posible que nuestro universo fuese simplemente una pequeña partícula en un universo inmensamente más grande que el nuestro? O al contrario, ¿y si los pares partícula-antipartícula que se están creando continuamente a nuestro alrededor son en realidad universos infinitamente diminutos para nosotros, pero igual de reales para sus hipotéticos habitantes? Podrían darse ambas posibilidades al mismo tiempo, es decir, que tanto las partículas de nuestro universo fuesen otros universos (formados a su vez por otras partículas-universo) como que nuestro universo fuese una partícula de otro universo (que a su vez fuese otra partícula, etc.). Viviríamos así en una especie de Multiverso fractal, es decir, infinito no sólo en el espacio y el tiempo sino también a diferentes e infinitas escalas.

Los «universos burbuja» que se crean en el Multiverso podrían ser lo que denominamos «espuma cuántica»

    Otra posibilidad quizás más perturbadora es que el Multiverso constituya algún tipo de bucle cerrado, de modo que si tuviéramos la extraordinaria suerte de encontrar la partícula adecuada y la observáramos a una escala lo suficientemente pequeña… lo que viéramos fuese nuestro propio universo. Tal vez sea posible escudriñar el corazón de una partícula y que lleguemos a vernos a nosotros mismos en ese preciso momento, escudriñando esa misma partícula…

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