El multiverso científico detrás del multiverso

Sucesos extraños ocurren en una locación especial o a un grupo de personas en particular. Después de mucha investigación y aceptación de hechos inverosímiles, se llega a la conclusión que dichos acontecimientos están relacionados con un universo que no es el nuestro. Este puede ser un universo espejo, o un universo paralelo bastante similar, pero con ciertos aspectos distintos; incluso este puede ser completamente diferente al nuestro. En el imaginario de la humanidad esta idea ha estado permeando nuestros comics, televisión o cine desde hace mucho tiempo. Hoy nuevamente está de moda por aquello del universo espejo o reverso (upside down) en Hawkins de la serie Stranger Things o en la última superproducción de Marvel: Dr Strange y el multiverso de la locura.

Nada realmente nuevo. Allá por los ochentas la DC Comics tuvo su fantástica serie Crisis en tierras infinitas, creada con el fin de organizar el caos de tanto superhéroe y dar nuevos aires a la empresa; Marvel/Sony también trató la idea en la monumental Spider-Man: Into the Spider-Verse, y en la película Spiderman: No way home, en donde la multitud aclamó la aparición de los tres Spiderman en acción desde el año 2002, en la saga iniciada con Tobey Maguire. 

Las dudas surgen en nuestros cerebros: ¿la existencia de estos multiversos es realmente posible? ¿Qué nos dice la ciencia al respecto? ¿Podemos explicar, en algún rasgo creíble al menos, algunos de los aspectos del multiverso?

Conocer lo nuestro

Increíblemente, la respuesta es sí. La ciencia actual puede esclarecer varias de nuestras dudas. Para entenderlo, primero tratemos de dar una muy escueta explicación de cómo está constituido nuestro universo. A grandes rasgos, está conformado por un 70 -75 % de energía oscura, 20-25 % de materia oscura y el pequeño restante (4-5%) es materia convencional como la conocemos. Desde ya, esto nos indica que lo desconocido supera a lo conocido. Sin embargo, dejando de lado lo desconocido y sus posibles explicaciones (puedes leerlas aquí) todo lo que conocemos incluido tú, tu ciudad, tu país, continente, el planeta, sistema solar, la galaxia, los cúmulos de galaxias y, en definitiva, nuestro universo, se logra explicar si recurrimos a la física con el denominado Modelo Estándar de partículas.

Este modelo describe las partículas fundamentales de las que está hecho el universo y las fuerzas que interactúan entre ellas. En muy pocas palabras nos dice que el universo está constituido por fermiones (como quarks o electrones) y bosones (como gluones, fotones o el famoso Bosón Higgs). Los quarks y los electrones son partículas elementales, es decir, que no se componen de piezas más pequeñas. Existen tres familias o grupos de quarks con nombres tan peculiares como “up & down”, “charmed & strange” y “top & bottom” (arriba y abajo, encanto y extraño, cima y fondo). Diferentes combinaciones de quarks dan lugar a los protones y a los neutrones, que junto a los electrones forman los átomos y la materia que conocemos. Los bosones, en cambio, son partículas transmisoras de fuerzas. El fotón transmite la fuerza electromagnética y el gluón la fuerza nuclear fuerte, por ejemplo.

El encuentro con lo anti

Para lo que nos atañe en este relato, resulta que cada partícula presenta su correspondiente antipartícula, siendo la más conocida el positrón, la antipartícula del electrón. Esta maravillosa partícula -antipartícula debo decir- tiene incluso aplicaciones médicas en la muy conocida PET (tomografía de emisión de positrones) que nos permite evaluar la aparición/evolución de un cáncer, trastornos intestinales o explorar el cerebro.

El positrón fue postulado por el físico Paul Dirac en 1928 y presenta las mismas propiedades que el electrón, pero con carga eléctrica opuesta. Paul Dirac fue uno de los físicos más notables del siglo XX. Ocupó la cátedra Lucasiana de la Universidad de Cambridge, la misma que ocupó Newton y en tiempos modernos el archiconocido Stephen Hawking. Pocos años después de que Dirac hiciera su notable predicción, el positrón fue descubierto experimentalmente, por lo cual Dirac ganaría el premio Nobel en 1933. Hoy, su notable ecuación está grabada sobre piedra en la abadía de Westminster, cerca de la tumba de Isaac Newton.

Los positrones se pueden producir en procesos radiactivos o cuando los rayos gamma interaccionan con la materia. De aquí se puede inferir que, si los antielectrones existen, entonces pueden existir antiprotones, antiátomos y en última instancia antimateria. !Efectivamente! La antimateria se puede obtener en laboratorios especializados e incluso se cree que podría existir en “depósitos especiales” en el universo. Por desgracia, la búsqueda de antimateria en nuestro universo no ha dado resultados positivos. En principio, esto no nos impide asumir que podría existir otro universo compuesto de antimateria en donde todo lo que existe es opuesto en carga al nuestro.

La importancia de la simetría

No obstante, los físicos han demostrado que la carga no es lo único que puede variar. También puede existir un cambio en la paridad, es decir cambios en las coordenadas espaciales. El mejor ejemplo al respecto es el reflejo especular, tu mano derecha en el reflejo del espejo es la izquierda, y viceversa. A la combinación de estos dos tipos de cambios los físicos la llaman simetría CP; es impactante saber que la simetría C o simetría de carga afirma que las leyes de la física serían las mismas si se pudiesen intercambiar las partículas con carga positiva con las de carga negativa. Las antipersonas que vivieran en este universo nunca sabrían que está hecho de antimateria ya que las leyes de la física y la química son exactamente las mismas.

La simetría P o simetría de paridad nos dice que las leyes de la física permanecerían inalteradas bajo inversiones especulares, es decir, el universo se comportaría igual que su imagen en un espejo. Aquí todo estaría invertido izquierda-derecha. El corazón de todo el mundo estaría en el lado derecho y la mayoría de las personas serían zurdas. Vivirían su vida (especular con respecto a nosotros) sin saber que habitan en un universo espejo invertido con respecto a nuestra izquierda-derecha. Es destacable que su metabolismo sería idéntico al nuestro, pero la molécula de ADN de su genoma giraría en sentido contrario y seguramente sus relojes serían antihorarios, con segundos, minutos y horas que se miden exactamente igual que en nuestro universo. De hecho, nadie nos puede asegurar que nosotros no seamos el universo espejo del suyo.

El universo científico cambia las cosas

¡Impresionante, verdad! Lastimosamente debemos bajarnos de la nube, porque este escenario era el prevalente hasta fines de la década de 1950, cuando se demostró que las partículas subatómicas no cumplen con este último requisito; es decir, el universo espejo p-invertido por sí solo no puede existir. A esta característica del universo se le denominó “violación de la paridad” y mereció el premio Nobel de física en 1957. Esto nos deja un solo escenario: el anti-universo o antiverso debe ser a su vez invertido en carga e invertido en paridad. Este universo se denomina CP-invertido y es de izquierda-derecha contrarias al nuestro y constituido por antimateria al mismo tiempo. De forma impresionante, lo que demuestra la preocupación de los científicos por estas cuestiones, con el paso del tiempo se realizaron nuevos estudios y en la década de 1960 se demostró que el universo CP-invertido tampoco puede existir (premio Nobel de física en 1980).

¿Es esta la última palabra al respecto? Pues para regocijo de físicos, escritores de ciencia ficción, cómics y películas, es posible tener un antiverso, si invertimos, además de la carga y la paridad, el sentido del tiempo. En este caso, el universo resultante obedece a todas las leyes de la física. El universo CPT-invertido está permitido y no viola ninguna de las leyes conocidas. El problema es que la inversión del tiempo produce una simetría extraña vista desde nuestro universo, pues sería como correr hacia atrás la cinta del video de ese universo. No obstante, las leyes de Newton y las de la mecánica cuántica funcionan perfectamente hacia atrás o hacia adelante. Eso significa que un universo en el que izquierda y derecha están invertidas, constituido por antimateria y con el tiempo corriendo hacia atrás es un universo plenamente aceptable y que obedece las leyes de la física.

Universo, ¿cuál universo?

Haciendo un pequeño paréntesis al respecto, déjame contarte que en el principio de nuestro universo ocurrió una ligera asimetría entre las cantidades de materia y antimateria en el momento del Big Bang. Esta minúscula ruptura de simetría es la denominada “violación CP”, que actualmente es objeto de intensa investigación. Es posible que todos los átomos en el universo actual sean los residuos de una cancelación casi perfecta entre materia y antimateria en el momento del inicio. Si llevamos esta idea hacia el límite, se cree que esta podría ser la prueba que un universo CP-invertido no es posible (estable), pues en otro caso toda la materia (de nuestro universo) se habría aniquilado con la antimateria (del antiverso) en el instante del Big Bang. De haberse cumplido ese escenario no estaríamos aquí, en este, ni en ningún otro momento. ¡Gracias, violación CP!

Esto nos lleva a asegurar que el universo espejo o “del otro lado” de Stranger Things no es posible, o no al menos como nos lo muestran. No estaría repleto de monstruos y criaturas malvadas. En el universo espejo existirían los mismos seres que en este. Si desayunas panqueques aquí, tu yo del universo espejo no puede desayunar huevos revueltos, pues los eventos son idénticos. Esta audaz proposición ha sido puesta en relevancia nuevamente por un grupo de cosmólogos del Instituto Perimetral de Física Teórica en Canadá.

¿Y qué con el tiempo?

Según esta visión, el antiverso no es un universo independiente, sino un mero reflejo de nuestro universo. En ambos lados del punto inicial (Big Bang), el tiempo avanza alejándose, solamente que en un lado la flecha del tiempo va hacia la derecha y en el otro va hacia la izquierda. Los individuos que se encuentran en cada lado del punto inicial ven a su universo perfectamente normal. Para ellos su tiempo está avanzando hacia adelante siempre. Desde nuestro universo, el tiempo del antiverso va hacia atrás, pero para ellos somos nosotros los que vamos al revés.

La otra parte que no coincide con la famosa serie es que no podríamos “atravesar el espejo”, pues tendríamos que cruzar la singularidad del Big Bang y salir al otro lado, con la desagradable consecuencia de un inesperado viaje en el tiempo, pues llegaríamos al pasado. Con sus respectivas licencias argumentales, esta última parte parecería haberse tomado en cuenta en el capítulo 7 de la cuarta temporada de Stranger Things, ya que los protagonistas llegan a su pasado, una vez se encuentran en el antiverso.  

¿Materia Oscura?

Dejando de lado la conocida serie, la teoría del equipo canadiense propone soluciones a problemas prácticos de la física y la cosmología. Uno de ellos es la ya nombrada materia oscura (nada que ver demogorgons o con el malvado Vecna). La mayoría de los físicos coinciden en que existe y que está formada por un tipo de partícula, aún no detectada, que solo interacciona con la materia convencional por medio de la gravedad. El nuevo estudio teórico sugiere que no es necesario salir del modelo estándar de partículas para explicarla. Según esta visión del universo, la materia oscura estaría conformada por partículas conocidas, pero con simetría contraria. Se propone a los neutrinos “diestros” como los constituyentes de la materia oscura.

La existencia de este tipo de neutrinos todavía no se ha comprobado, pero un buen número de científicos concuerdan en que pueden ser parte del modelo estándar. Al momento, los únicos neutrinos que se conocen son “zurdos” (término que quiere decir que para un neutrino su espín es siempre opuesto al momento lineal de la partícula). Si los neutrinos “diestros” (el espín NO es opuesto a su momento lineal) existieran en nuestro universo, solo serían detectables mediante su gravedad.

¿Palabras finales?

En otro estudio en la misma vía, Francis-Yan Cyr-Racine del Departamento de Física y Astronomía en la Universidad de Nuevo México sugiere que este universo espejo, que no podemos mirar, lograría explicar por qué nuestro universo se expande más rápido que lo calculado evaluando la constante de Hubble, esto debido a que el antiverso ejerce un fuerte impacto gravitatorio sobre el nuestro.

Para terminar, veámoslo en contexto: una partícula invisible que inunda el universo y solo interactúa a través de la gravedad se parece mucho a la materia oscura. Nada que ver con el oscuro mundo “del otro lado” de Stranger Things, pero al parecer una muy buena idea para solucionar un problema recurrente en la física de los últimos tiempos.

¿Aquí termina todo? Para nuestra suerte NO. Otras opciones son posibles si se toman en cuenta dimensiones adicionales, universos burbuja o universos paralelos al estilo cuántico. Pero eso será parte de una segunda parte de este post. No dejes de leernos… en este mismo universo.

Alexis Hidrobo P

Notas: Los personajes y series aquí nombradas solo se usan con fines de divulgación científica. Stranger Things, Dr Strange, Spiderman y Crisis en tierras infinitas, pertenecen a Netflix, Marvel/Sony y DC Comics respectivamente.

Agradecimeintos especiales a Daniel Martín Reina por los comentarios y sugerencias a este post.

Para conocer más:

• Michio Kaku, Física de lo imposible. Editorial Random House Mondadori. S.A. Bogotá. 2010.
• Robert Cave. Entender la ciencia moderna. Promopress. Barcelona. 2017.
• Francis-Yan Cyr-Racine, Fei Ge, Lloyd Knox. Symmetry of Cosmological Observables, a Mirror World Dark Sector, and the Hubble Constant. Physical Review Letters, 2022; 128 (20) DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.201301.
• Teoría del antiverso temporal invertido: https://www.bbc.com/mundo/noticias-61348423
• Imagen modelo estándar: https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=114975485
• Imagen Positrón: Carl D. Anderson (1905–1991) – Anderson, Carl D. (1933). «The Positive Electron». Physical Review 43 (6): 491–494. DOI:10.1103/PhysRev.43.491.