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 aunque se trate de un modelo que todavía hoy muchas personas tienen en mente y cuyo esquema sigue siendo el más utilizado en nuestra cultura para 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 trayectorias definidas en su órbita alrededor del núcleo atómico (como sí hacen los planetas alrededor del Sol), sino que dicha órbita está ocupada por completo por una “nube probabilística” formada por todas las probabilidades de encontrar al electrón en un lugar y momento determinados. 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, 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 tiene por qué encontrarse sólo aquí o allí, sino que su estado cuántico puede ser una superposición de todas esas posiciones posibles en las que podríamos encontrarlo si en algún momento decidiéramos averiguar su posición concreta. Cada probabilidad coexiste con las demás, y todas son igual de “reales”… y ninguna lo es del todo (al menos hasta que realicemos una medición para determinar su posición exacta).

    Por otro lado la teoría cuántica de campos establece que cada una de las partículas del modelo estándar (quarks, electrones, neutrinos, bosones, etc.) no es más que una excitación energética de campos cuánticos que llenan todo el universo, y que cada partícula está asociada a un campo particular con sus propias características. En ese sentido, el propio principio de indeterminación indica que en cada punto del espacio se producen cambios aleatorios en los valores de la energía de dichos campos, y en la práctica cada cambio (o fluctuación) puede representarse, en determinados cálculos de la teoría cuántica de campos, mediante la aparición de partículas virtuales, entre ellas pares de partículas y antipartículas (partículas de antimateria) creadas aparentemente “de la nada” y que vuelven a desaparecer 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.) pero con algunas de sus propiedades invertidas, como sucede con la carga eléctrica. Por ejemplo, la diferencia más evidente entre el electrón y su antipartícula, el positrón, es que la carga eléctrica de este último 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 se crea 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 su masa en fotones de alta energía (también es posible que ocurra el proceso contrario, es decir, que un fotón suficientemente energético, al interactuar con la materia, dé lugar a un par electrón-positrón).

    La aparición y desaparición de pares de partículas y antipartículas en las fluctuaciones cuánticas es un fenómeno que sucede continuamente a nuestro alrededor, a lo largo de todo el universo, y forma parte de esa imagen del vacío cuántico como un lugar en constante actividad. Dicha actividad, al igual que los campos en los que tiene lugar, permea todo el espacio, lo que implica que el vacío, en sentido estricto, no existe ni puede existir; a escala cuántica siempre hay una intensa actividad energética que genera la formación y aniquilación constante de partículas. La supuesta violación del primer principio de la termodinámica (la conservación de la energía) es sólo aparente: la creación y desaparición de esos pares se produce respetando la conservación de la energía. Partícula y antipartícula presentan además propiedades opuestas que se compensan mutuamente; del mismo modo que el cero se puede expresar también de forma indirecta mediante la suma de +1 + -1, un electrón tiene carga −1 y un positrón carga +1, de modo que la carga total del par es cero.

    Ahora bien, el principio de indeterminación establece también una relación entre energía y tiempo, de modo que los fenómenos que tienen lugar en escalas de tiempo extremadamente pequeñas pueden estar asociados a escalas de energía enormes. Esto no significa que la energía pueda surgir gratuitamente de la nada durante unos instantes, pero sí nos conduce a una pregunta interesante: ¿hasta qué punto pueden llegar a ser extremas las fluctuaciones cuánticas? Y, sobre todo, ¿qué sucede cuando aplicamos la física cuántica a las enormes energías que debieron existir en los primeros instantes del universo? 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 las condiciones extremas del universo primitivo, una fluctuación cuántica de este tipo podría incluso dar origen a un proceso capaz de prolongarse durante un tiempo muchísimo mayor.

La actividad cuántica del vacío es apreciable únicamente a escalas infinitesimalmente pequeñas

    En la actualidad, la mayor parte de los cosmólogos están convencidos de que nuestro universo nació a partir de una fluctuación cuántica de un campo cuántico muy concreto: el inflatón. Se trata del hipotético campo responsable de la inflación cósmica, el proceso que se dio en los primeros instantes de vida del universo y 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 energía y materia del universo.

    Ahora bien, pese a que en las condiciones del universo primitivo cabría esperar que se hubiesen creado cantidades prácticamente iguales de materia y antimateria, 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.

    Richard Feynman mostró que la antimateria puede interpretarse matemáticamente como 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 fotones 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 sugiere una posible solución especulativa al misterio de dónde se encuentra toda la antimateria que debió crearse en el origen del universo: ¿y si, en cuanto se creó, comenzó a desplazarse hacia atrás en el tiempo, del mismo modo que nuestro universo comenzó a desplazarse hacia delante? 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 podría haberse 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 ese hipotético 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. Los habitantes del antiuniverso no experimentarían que viven "hacia atrás": sus corazones latirían normalmente, recordarían lo que llaman pasado y no su futuro (la entropía aumentaría en la dirección que ellos llaman futuro), verían estrellas formarse y envejecer, y probablemente llamaría "materia" a aquello de lo que están hechos. Los procesos termodinámicos en general funcionarían en la práctica exactamente igual que en nuestro universo, y de hecho, si pudieran observarnos a nosotros también verían nuestro tiempo corriendo al revés. Lo único que diferenciaría a un universo 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, que ambos universos considerarían que se encuentra en su pasado. Desde nuestro punto de vista, el universo está en t > 0 y el antiuniverso en t < 0, y como las flechas físicas del tiempo apuntarían en sentidos opuestos, alejándose ambas del Big Bang, cada universo percibiría al otro como un universo que se contrae hacia su propio Big Bang. 

    Otra cuestión interesante desde un punto de vista filosófico es que, si las flechas del tiempo de ambos universos apuntan alejándose del Big Bang en ambos lados... ¿tiene realmente sentido decir que uno de los universos ocurrió "antes" que el otro? ¿O más bien se demuestra que no existe un tiempo único y objetivo, sino que es más bien una ilusión?

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

  

    Sea como fuere, 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. Lo curioso de todo esto es que en realidad no habría ningún universo colapsando, sino expandiéndose igual que el nuestro a partir del mismo Big Bang... pese a que, desde nuestro punto de vista particular, el antiuniverso "anterior" sí que habría colapsado "antes" del Big Bang. 

    Por otro lado, 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, podemos imaginar 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 perfectamente 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 pares partícula-antipartícula

    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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