Un campo de Higgs metaestable destruiría el Universo, pero a la vez nos salvaría con ello de la presencia de cerebros de Boltzmann.
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Los físicos teóricos son gente un poco especial y, a veces, el objeto de sus estudios puede estar desligado del mundo cotidiano, tanto en el espacio como en el tiempo. La comprobación experimental de sus teorías es muchas veces muy complicada, por no decir imposible. Esto hace que la falsabilidad de las mismas tenga sus dificultades.
Conceptos como “la verdad” platónica en Física Teórica son inalcanzable en la mayoría de los casos. Nos tenemos que conformar con “una verdad provisional” que se nos ofrece en un momento dado sabiendo que será sustituida por otra en el futuro si sigue habiendo humanos que hagan ciencia. En realidad no se sabe si las teorías y leyes físicas se inventan o se descubren.
Cuando ya creíamos que el destino del Universo era una pacífica y suave expansión por los siglos de los siglos, vienen unas observaciones a sacarnos del error y que nos dicen que hay algo a lo que hemos llamado energía oscura que acelera dicha expansión. Esto fue descubierto a mediados de los años noventa del pasado siglo y aún se desconoce si naturaleza.
El caso es que la energía oscura hará que el universo se expanda cada vez más rápido hasta que las galaxias desparezcan del horizonte observacional a mayor velocidad que la luz. Lo que para “nuestros descendientes” quede de lo que ahora vemos será un universo isla denominado Lactómeda (producto da la fusión de nuestra galaxia con la galaxia de Andrómeda) en un universo de De Sitter. Un universo de De Sitter es una de las soluciones clásicas de la Relatividad General que está dominado por la energía del vacío. Veremos más adelante que esto tiene ciertas implicaciones interesantes.
Por otro lado Boltzmann propuso en su día que, debido a las propiedades de las fluctuaciones termodinámicas, puede aparecer cualquier cosa si se espera tiempo suficiente. Incluso podrían aparecer de forma espontánea sistemas cerebrales autoconscientes que no necesiten de un cuerpo para pensar. Obviamente, al igual que el gato de Shrödinger, se trataba de señalar una situación paradójica en la que la asunción de ciertas premisas lleva a una situación absurda.
Puede parecer una tontería, pero Boltzmann propuso que nuestro particular mundo bajo en entropía y nosotros mismos pueden ser considerados fluctuaciones en el seno de un universo con mayor entropía. Para un universo lo suficientemente grande es inevitable que haya una multitud de cerebros de Boltzmann flotando por ahí.
Obviamente el origen de la organización que nos rodea se debe a los mecanismos evolutivos de la selección natural, que no se basan en una única fluctuación estadística, sino en multitud de ellas que son filtradas de un modo eficaz hasta logran crear un cerebro humano.
Pero esta idea de Boltzmann fue resucitada hace una década cuando los físicos se dieron cuenta de que el modelo de Universo aceptado ahora, producto de la expansión acelerada, tiende a crear cerebros de Boltzmann, pues proporciona espacio y tiempo ilimitados para ello. En una fase de De Sitter eterna se dará una temperatura finita en el espacio vacío con sus correspondientes fluctuaciones térmicas que puedan dar lugar a estos cerebros incorpóreos, incluso con memoria de un pasado. Bueno, de hecho podría aparecer cualquier cosa: una copia de la Mona Lisa, la enciclopedia británica, una copia del David de Miguel Ángel, copias del lector de este artículo, etc. Incluso podría aparecer cosas muy repugnantes: empresaurios españoles, políticos corruptos, sobres con dinero, la ciudad de Madrid organizando los JJOO, etc. Aparecería cualquier cosa compatible con las leyes físicas, compatibles o no con las leyes éticas.
Podemos pensar que en un universo en expansión acelerada esto no puede darse porque este está cada vez más diluido y no queda materia que pueda reorganizarse al azar en cualquier cosa. Pero no hace falta que quede materia ordinaria. En un universo de este tipo se crea un horizonte cosmológico similar al horizonte de sucesos de un agujero negro que tendría una radiación Hawking asociada que proporcionaría una temperatura finita. Es decir, un universo en expansión acelerada se comporta como un recinto relleno de gas y si esperamos el suficiente tiempo aparecerán los cerebritos mencionados a partir de átomos que consideraríamos normales. La mayor parte de ese universo estaría en un estado de equilibrio de alta entropía, pero localmente podrían aparecer cosas como copias de gente con memoria de su pasado y con una buena idea de cómo es el mundo exterior, pero estarían equivocados. Una de esas copias podría ser de usted, amigo lector.
Estas entidades autoconscientes aparecerían espontáneamente en el vacío gracias a las fluctuaciones y, según los cálculos sería algo inevitable. Incluso al final el número de estas entidades sería superior al número de cerebros (con cuerpo) tradicionales, lo que ya no haría de nosotros observadores típicos del Universo.
El problema serio de este escenario es que es cognitivamente inestable, pues como uno de esos observadores futuros no puedes simultáneamente creer que algo es verdad, pues tienes buenas razones para creer que es verdad, porque predice que todas esas razones que puedas creer que son tan buenas simplemente han aparecido en tu cabeza como fluctuaciones al azar.
Ese universo tan extraño parece inaceptable para los físicos y, por eso, algunos de ellos estudian mecanismos que puedan evitarlo. La manera más fácil y sencilla es que el Universo desaparezca antes de que empiecen a materializarse estos cerebros por aquí y por allá.
Una manera de acabar con el Universo antes de que aparezcan cerebros de Boltzmann ha sido propuesta recientemente por Sean Carroll (California Institute of Technology) y sus colaboradores. Según los físicos implicados la masa encontrada para el bosón de Higgs podría indicar que su campo asociado serían metaestables y este que puede caer a un estado de menor energía al cabo de un tiempo. La transición se daría por efecto túnel con cierta probabilidad asociada que viene dada por la Mecánica Cuántica.
Eso significa que, después de un tiempo, este mecanismo de transición permitiría la aparición de una burbuja con leyes físicas distintas que crecería hasta destruir el Universo al completo. De este modo se evitaría la paradoja de los cerebros. Pero para que ello se dé es necesario que la burbuja crezca a una velocidad mayor que la propia expansión del Universo, algo para lo que incluso la velocidad de la luz puede ser insuficiente. Si esta velocidad no es suficiente entonces quedaría lugar (espacio en expansión) para la aparición de cerebros de Boltzmann.
Los cálculos de estos físicos están basados tanto en la masa del Higgs (125 GeV) como en la del quark top (178 GeV) y el resultado depende de la precisión con la que se midan ambas masas. La precisión actual no permite aún asegurar que el campo de Higgs termine con el Universo antes de que aparezcan los cerebros de Boltzmann. Pero, si es así, en otros 10.000 millones de años el Universo tal y como lo conocemos podría desaparecer, eliminando con ello, en una suerte de censura cósmica, la posibilidad de aparición de los famosos cerebros.
El estudio puede parecer un chiste, pero está basado en la Física conocida que damos por buena en muchos otros escenarios.
El LHC funcionará en 2015 a una mayor energía de la que ha venido usando hasta ahora y permitirá, entre otras cosas, saber mejor la masa del quark top. También se está pensando en la construcción del Colisionador Lineal Internacional, acelerador que haría colisionar electrones contra positrones. Este acelerador estaría concebido como una factoría de Higgs y permitiría medir las propiedades de esta partícula con mucha precisión. De momento hay dos proyectos compitiendo para su construcción que alcanzarían energías máximas muy distintas.
Los datos obtenidos permitirán saber algo más sobre la estabilidad del Higgs, sobre la posible transición de su vacío a un estado de menor energía y la posible percolación rápida de una burbuja de este nuevo estado hacia el resto del Universo.
Tampoco nunca estaremos seguros del pasado de la realidad existente y si algún día la podremos conocer si eso es posible. Puede que no seamos más que análogos cerebros de Boltzmann producto de otro universo previo. O puede que el Universo haya pasado por diversas estados de vacío del campo de Higgs en diversas transiciones y nos toca vivir esta de ahora.
El caso es que quizás lo más importante para un físico teórico es divertirse con su trabajo. Si no fuera por eso la Física no avanzaría.
Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=4183 [1]
Fuentes y referencias:
Artículo original. [2]
Blog de Sean Carroll. [3]
Otro artículo sobre la metaestabilidad del vacío. [4]
Ilustración: fotograma de la serie Futurama.