11/Oct/04

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¿Cómo construir el Universo?

¿Es la causalidad una característica inherente y necesaria del Universo o solamente una ilusión producida por el modo en que nuestros cerebros interpretan el mundo? Según dicen los físicos, es real, y ya se sabe cómo se construyó el Universo a partir de los componentes espaciotemporales más pequeños. Este hallazgo también podría contribuir al desarrollo de una teoría de la gravedad cuántica, que uniría las hasta hoy separadas teoría cuántica y la relatividad.

(Nature) La teoría cuántica describe el Universo a la menor escala posible: unos 10³⁵ metros (es decir, unas 10²⁰ veces menor que el radio del protón). Predice que a esta escala el tejido aparentemente liso del espacio y el tiempo debe degenerar en una especie de "espuma", en la cual las conexiones entre puntos diferentes están constantemente apareciendo y desapareciendo.

Durante mucho tiempo, los físicos han tratado de averiguar cómo es que la borrosa naturaleza del espacio-tiempo en esta pequeña escala puede dar lugar al gran Universo tetradimensional que vemos a nuestro alrededor, como se describe en la teoría de la relatividad de Einstein.

Los científicos que estudian el problema suponen que cada pequeña pieza de la espuma es una especie de triángulo tetradimensional, con tres dimensiones para el espacio y una correspondiente al tiempo. El tejido liso de espacio-tiempo puede ser construido uniendo esos mosaicos triangulares, de la misma manera que se puede hacer en una superficie suavemente curvada a partir de mosaicos bidimensionales planos.

Dado que la espuma cuántica fluctúa a través de toda clase de configuraciones, construir el Universo físico significa añadir todos los patrones posibles de configuración de mosaicos. Uno podría pensar que esto inevitablemente genera un Universo tetradimensional, pero no es así. Quienes investigaron antes hallaron que lo que se obtiene es un espacio-tiempo que posee o bien un número infinito de dimensiones, o bien sólo dos. Ninguna de estas opciones se parece a nuestro Universo.

Obra en construcción
Renate Loll, de la Universidad de Utrecht en Holanda, y sus colegas, descubrieron una nueva manera de armar las piezas, de modo que inevitablemente produzcan un Universo tetradimensional. Y, en vez de suponer que son factibles todos los mosaicos, ellos plantean un par de restricciones.

En primer lugar, la teoría de la relatividad debe aplicarse en cada mosaico individual (así que nada puede viajar más rápido que la luz). En segundo lugar, el conjunto debe preservar la causalidad. Esto significa que un pedazo de espacio-tiempo no puede construirse de modo tal que un "evento" —algo que cambie en el Universo— preceda a su causa.

Cuando aplican estos criterios, los investigadores obtienen universos con tres dimensiones espaciales y una temporal, exactamente como el nuestro. Fue "como magia", dijo Loll.

Aún más asombrosamente, hallaron que los universos generados de este modo comenzaban siendo pequeños y luego se hacían grandes, o se expandían, como lo hizo el Universo real desde el Big Bang. Esto resultó completamente inesperado, ya que nada en las reglas de conformación de los mosaicos parecían exigirlo. "Quedamos completamente asombrados", dijo Loll.

Ella admite que no hay razón a priori para que el espacio-tiempo cuántico tenga que observar la causalidad: los investigadores lo pusieron adrede en sus ecuaciones. Pero esto, al parecer, es la única manera de modelar un Universo realista.