Universos paral·lels

Des d’un punt de vista clàssic, la descripció del nostre univers és aparentment senzilla, amb les lleis de Newton (de la gravitació) i les de Maxwell (de l’electromagnetisme). Això va conduir, vers la fi del segle XIX, a la ferma conclusió que tot el que era important ja havia estat descobert. Quedaven només algunes qüestions menors per ajustar, aquí i allà, i s’hauria arribat al final de la física. Conclusió que resultà ser del tot errònia. Quan, ben pocs anys després, la investigació va penetrar els nivells atòmics i nuclears, s’obriren de bat a bat les portes a un nou món que, de fet, és dins del nostre món habitual, dins la matèria, dins dels éssers vius, a l’interior de cadascú de nosaltres. Descobrírem llavors el fet inversemblant que estem tots fets de pols d’estels, cosa que ens va deixar perplexos. I cal no oblidar Einstein, amb la seva excepcional teoria de la relativitat, que ens ha servit per explorar fins els confins més llunyans del cosmos. Els nostres conceptes científics fonamentals canviaren completament durant el segle XX. La pròpia realitat del món material fou posada en qüestió.

Què és la realitat?

Per començar, la teoria vàlida a nivells subatòmics resultà ser completament diferent de la física clàssica. Se’n diu física quàntica, el centenari de la qual celebrem aquest 2025 amb tota solemnitat. Les seves lleis venen donades per les equacions de Schrödinger i de Heisenberg, amb el seu famós principi d’incertesa. Però resulta que, a nivell quàntic, quan s’observa un sistema per intentar conèixer-lo a fons, aquest canvia, deixa de ser el que era abans de ser observat. La raó és ben simple: per dur a terme l’observació, cal llançar sobre el sistema fotons o altres partícules que, per més petites que siguin, sempre són similars a les que donen forma a l’àtom o sistema quàntic en qüestió. Aquesta és una explicació una mica matussera, però serveix per comprendre aquest punt que, de fet, forma part del principi més difícil de tota la física quàntica: el de la determinació de l’estat d’un sistema quàntic.

Així, doncs, en observar un sistema quàntic, aquest deixa de ser el que era: l’observació el pertorba. Fins i tot s’ha arribat a qüestionar la mateixa existència del sistema, o la de qualsevol objecte, quan aquest no és observat. Com a conseqüència, ara ja no parlem mai de l’essència de la realitat, sinó tan sols de la seva descripció o modelització. Es fa una transcripció, un esquema, un model o una aproximació matemàtica d’aquesta realitat inabastable i es treballa amb el model. Al final, es compara el resultat obtingut mitjançant el model amb els experiments o observacions minucioses duts a terme directament a la natura [1].

La teoria de l’“univers illa”

La primera de totes les propostes de multivers va ser resolta amb un èxit aclaparador que ha fet història. Fins el 1920 regnava el convenciment que tot el cosmos es reduïa a la nostra galàxia. Les desenes de milers de nebuloses que ja s’havien observat llavors eren totes erròniament situades dins de la Via Làctia, encara que, des del segle XVIII alguns científics, filòsofs (com Immanuel Kant) i fins i tot novel·listes (com Edgar Allan Poe) havien defensat teories que propugnaven la possible existència d’altres mons com el nostre.

La teoria de l’“univers illa” defensava que les nebuloses eren, de fet, altres mons similars a la nostra galàxia. I que, contràriament a la versió oficial acceptada llavors, eren totes molt lluny de la Via Làctia i constituïen un multiunivers d’illes, cadascuna de les quals seria semblant a la nostra.

Un article publicat al New York Times el dia 23 de novembre de 1924 va donar a conèixer al món que la teoria de l’“univers illa” havia estat demostrada per Edwin Hubble de manera irrefutable (Fig. 1). [2, 3] Avui sabem que les galàxies de l’univers conegut es compten per milers de milions! Un nombre inimaginable, i cada dia se’n descobreixen de noves. Fou un èxit extraordinari que bé es podria repetir en el futur [4].

Fig. 1. Notícia, apareguda al New York Times el 23 de novembre de 1924, en què s’anunciava el descobriment dels “universos illa” per part de Edwin Hubble (composició pròpia; en el diari el cognom surt mal escrit) - Imatge: Wikimedia Commons.

Els universos paral·lels d’Everett

Tornant ara a la física quàntica, el concepte de superposició estableix que una partícula pot existir en múltiples estats alhora, fins que finalment és observada. La interpretació de molts mons que Hugh Everett va proposar el 1957 suggereix que cada vegada que es duu a terme una decisió quàntica, o col·lapse de la funció d’ona, l’univers “es divideix” en diverses branques en què cada resultat possible té lloc de fet (Fig. 2). Sorgeixen així universos paral·lels que contenen tots els resultats possibles de totes les decisions i esdeveniments quàntics.

Fig. 2. Representació del famós exemple del gat de Schrödinger en la interpretació de molts mons: es produeix una ramificació de l’univers mitjançant una superposició de dos estats quàntics - Imatge: Christian Schirm. Wikimedia Commons.

Cada elecció o resultat potencial crea un univers separat on cada possibilitat és explorada. Aquesta interpretació sembla eliminar, segons alguns experts, la necessitat que la funció d’ona quàntica col·lapsi, com seria l’habitual. No aprofundírem en aquesta descripció, perquè esdevindria massa tècnica, però el fet rellevant és que això obre un munt de possibilitats als universos paral·lels. [5, 6]

Universos bombolla

És una possibilitat que sorgeix de les teories d’inflació còsmica. La més famosa fou proposada per Alan Guth cap el 1980. Planteja que, després del big-bang, l’univers va experimentar una expansió extraordinàriament ràpida durant un brevíssim lapse de temps. Els universos bombolla sorgeixen de la teoria d’inflació eterna, d’Andrei Linde, d’acord amb la qual, en algunes zones, l’expansió s’atura de sobte i es formen “bombolles”. Cadascuna d’aquestes bombolles donà origen a un univers, és a dir, es formà així un “multivers inflacionari” on cada bombolla esdevé un univers independent (Fig.3).

Fig. 3. Aquesta imatge infraroja mostra un exemple sorprenent de l’anomenada estructura jeràrquica de bombolles en el nostre propi univers: una bombolla gegant ha provocat la formació de bombolles més petites. La bombolla gran ocupa la regió central de la imatge mentre que les dues bombolles generades, de color groguenc, resten a la vora - Imatge: NASA/JPLCaltech/University of Wisconsin. Domini públic.

En el marc de la inflació eterna podrien existir infinits universos bombolla, cadascun amb diferents lleis físiques i diferents constants fonamentals. Alguns d’ells no serien viables i col·lapsarien aviat, però d’altres perdurarien. I, estadísticament, una d’aquestes bombolles hauria esdevingut el nostre univers. Això permetria explicar, al menys d’una manera probabilística, la difícil qüestió de la cosmologia actual que fa referència als valors tan ajustats de les diverses constants de la teoria, necessaris per fer possible la nostra existència al cosmos (vegeu, si us plau, el meu blog).

El model inflacionari és coherent amb observacions actuals de la cosmologia, com ara la radiació còsmica de fons i la distribució de les galàxies a gran escala. De tota manera, a dia d’avui no hi ha cap prova definitiva que la inflació va tenir lloc. I cal afegir que hi ha altres teories alternatives al paradigma inflacionari que van agafant empenta. [7, 8]

Universos paral·lels en dimensions ocultes

La teoria de cordes, que té la formidable capacitat d’unificar les quatre forces bàsiques de la natura, proclama que les partícules fonamentals són petitíssimes cordes que vibren en múltiples dimensions (Fig. 4). El model acceptat necessita onze dimensions espai-temps per tal de poder ajustar-se a la realitat de manera consistent. Però el nostre món en fa servir només quatre, cosa que podria permetre, de manera natural, l’existència d’universos addicionals en algunes de les set dimensions “ocultes” restants, cadascun amb les seves propietats específiques.

Fig. 4. Pàgina del llibre String Theory, de Joseph Polchinski (Cambridge University Press). El dit apunta cap a una suma infinita, la de tots els nombres naturals, a la qual es pot donar sentit (assignant-li el valor -1/12) mitjançant la famosa funció zeta de Riemann (eina cabdal en la teoria de cordes i un dels camps de treball de l’autor) - Imatge: Wikimedia Commons.

Aquest model indica també que els universos paral·lels podrien ser físicament molt diferents, amb estructura i lleis pròpies. Els universos addicionals es trobarien en dimensions que nosaltres no experimentem directament. Malgrat tot, s’han dissenyat models en què sí que podrien influir sobre el nostre, de manera més o menys directa. [9, 10]

Multivers matemàtic

Una proposta radicalment diferent (encara que potser no tant per a aquells que qualifiquen ja la teoria de cordes com més matemàtica que física) és la que es deu a Max Tegmark: tot conjunt matemàticament acceptable podria tenir una “manifestació física”, cosa que conduiria ja d’entrada a un “multivers matemàtic” [11]. D’acord amb aquesta visió, cada sistema matemàtic coherent es materialitza com un possible univers. Dit d’una altra manera, el multivers matemàtic postula que els universos paral·lels són manifestacions físiques d’estructures matemàtiques viables, cosa que obre la porta a universos amb propietats físiques i matemàtiques completament diferents de les del nostre. En això s’assemblen als dels altres models o teories (Fig. 5).

Fig. 5. Suggeridora portada del llibre de Max Tegmark sobre l’univers matemàtic - Imatge: Max Tegmark. Ús raonable.

Es tracta d’un enfocament radical en extrem que pretén oferir la visió més abstracta del concepte de realitat, en la línia del que s’ha explicat abans. Donant per fet que la realitat física és inabastable, deixem doncs de parlar-ne, de posar-la al centre de la discussió. Ens hem de conformar llavors amb moure’ns al nivell dels models matemàtics que fem servir per descriure-la, per acostar-nos-hi. I és en aquest context que s’ha arribat a proposar, fins i tot, que el nostre univers podria senzillament ser tan sols una simulació matemàtica elaborada per una intel·ligència superior a la nostra.

Per acabar-ho d’adobar, aquesta intel·ligència podria assemblar-se a les IA generals molt evolucionades que s’espera que sorgeixin a la Terra d’aquí a no gaires dècades. Però aquesta ja seria una altra història.

A la caça de multiversos

Per acabar, donem resposta a la gran pregunta: existeixen els multiversos? Hi ha d’altres universos a part del nostre? (Fig. 6). Hem de confessar que, ara com ara, no se’n tenen proves empíriques, no s’han trobat evidències científiques que confirmin l’existència d’altres universos. Això no obstant, certs fenòmens observables, com determinades anomalies en la radiació còsmica de fons, podrien de fet correspondre a col·lisions entre el nostre univers i algun altre. La possible detecció de partícules les interaccions de les quals suggeririen l’existència de dimensions addicionals, també podria constituir una pista ferma; i això s’està investigant a hores d’ara als laboratoris d’altes energies. De tota manera, encara no es disposa d’observacions concloents en aquest sentit, però tampoc no es pot descartar que la història del primer exemple es pugui repetir d’aquí a cent anys, o abans.

Fig. 6. Representació abstracta del multivers - Imatge: Quentin Ruyant, IAI news. Ús raonable.

Bibliografia

1. J.D. Barrow, P.C.W. Davies, C.L. Harper, Science and Ultimate Reality (Cambridge University Press, 2003).
2. E. Elizalde, The true story of modern cosmology (Springer, 2021).
3. E. Elizalde, Cosmologia moderna: desde sus orígenes (Catarata, 2020).
4. B. Carr (ed.), Universe or multiverse? (Cambridge University Press, 2007).
5. H. Everett, “‘Relative state’ formulation of quantum mechanics”, Rev. Mod. Phys. 29, 454–462 (1957).
6. M. Tegmark, J.A. Wheeler, “100 years of quantum mysteries”, Sci. Am. 284, 68–75 (2001).
7. A.H. Guth, The inflationary Universe (Perseus Books, 1997).
8. A. Linde, “Eternal chaotic inflation”, Mod. Phys. Lett. A1, 81–85 (1986).
9. B. Greene, The elegant Universe (W.W. Norton Pub., 2000). 
10. J. Polchinski, String theory (Cambridge University Press, 1998).
11. M. Tegmark, “The Mathematical Universe”, Found. Phys. 38, 101–150 (2008).

Nota:

Aquest article és una traducció lliure al català de l’article que vaig publicar a la revista Muy Interesante amb el títol “¿Existen universos paralelos?”