NeoFronteras

Una nueva idea basada en la interpretación de los mundos múltiples de Everett consigue eliminar los cerebros incorpóreos de Boltzmann al suprimir el multiverso inflacionario.

Una de las peculiaridades que tiene la Mecánica Cuántica es la existencia de fluctuaciones. Todo campo y, por tanto, toda partícula, puede fluctuar impredeciblemente e incluso crear partículas en el vacío a partir de la nada. Esto es algo medible a través de diversos montajes experimentales.
La existencia del lector, del autor de esta entrada, de este planeta, del Sol, de las estrellas y de todas las galaxias se deben a las fluctuaciones cuánticas primordiales. La distribución en el fondo cósmico de microondas (FCM) de pequeñas regiones temperaturas ligeramente distintas medidas por WMAP o por la misión Planck implica que en el universo primitivo había pequeñas fluctuaciones en la densidad de materia producto de fluctuaciones cuánticas primordiales. Fueron precisamente esas variaciones en la densidad de materia lo que permitió a la gravedad operar de manera desigual, agregar materia y así formar galaxias con todo su contenido.
El problema es que las fluctuaciones cuánticas mal entendidas pueden dar lugar a casi cualquier cosa, incluso a cerebros incorpóreos de Boltzmann. Los recientes resultados de BICEP2 han dado apoyo a la teoría de inflación eterna, que predice un multiverso poblado de infinitos universos. Pero esto da espacio y tiempo ilimitados como para que a partir de fluctuaciones aparezcan cerebros de Boltzmann o cualquier cosa.
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 con memoria de un pasado que no necesiten de un cuerpo para pensar. Esta idea de Boltzmann fue resucitada hace una década cuando los teóricos se dieron cuenta de que es posible su aparición bajo ciertos modelos cosmológicos. 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. Este tipo de ideas o conceptos (como el de estos cerebros incorpóreos) son herramientas teóricas que permiten avanzar a la disciplina o analizar mejor una teoría o un conjunto de ellas. Son métodos para comprobar la autoconsistencia de nuestras teorías. No son ni pretenden ser “la verdad”. Además, es siempre agradable usar figuras divertidas como gatos y cerebros para hacer más amena la discusión.
El caso es que si aparecen estos cerebros en una teoría entonces es una mala señal y constituye una pista que nos dice que algo no está bien en nuestro modelo. Entonces hay que ver por dónde se da el hachazo a la teoría. Sean Carroll (California Institute of Technology) y sus colaboradores han decidido recientemente dar ese hachazo a la forma en la que se interpretan las fluctuaciones y, como consecuencia, se cargan el multiverso de la inflación eterna. El artículo, que ellos mismos señalan como provisional, es más bien conceptual, pero esperan mejorar los detalles matemáticos del mismo pronto.
Según sus autores, durante décadas los cosmólogos no han comprendido bien ciertos aspectos ligados a las fluctuaciones cuánticas. Así por ejemplo, el universo en expansión no tiene nada que ver con la energía del vacío según Carroll.
Estos investigadores sostienen que la visión tradicional de las perturbaciones inflacionarias es correcta, pero estas perturbaciones no se deben a las fluctuaciones, sino a la medición efectiva del estado cuántico del campo inflatón cuando el universo se recalienta al final de la inflación.
La creación de cerebros incorpóreos o la inflación eterna descansaría en un tratamiento teórico erróneo de las fluctuaciones como verdaderos eventos dinámicos que se dan en el tiempo real.
El trabajo se basa, bajo ciertas suposiciones, en un universo de De Sitter vacío (una solución de la Relatividad General para un universo muy simple con una constante cosmológica) en el que no hay fluctuaciones cuánticas.
Lo que llamamos fluctuaciones cuánticas no son eventos dinámicos que se dan en sistemas cuánticos aislados, sino que son una forma de describir el hecho de que cuando observamos ese sistema lo registrado está distribuido de manera aleatoria en lugar de en una forma determinista y predecible. Si no estamos mirando el estado fundamental de un sistema cuántico entonces no está fluctuando.
Las fluctuaciones cuánticas necesitan historias dependientes del tiempo de dispositivos de registros fuera del equilibrio, algo que está ausente en los estados estacionarios. Para un campo escalar masivo (como el campo inflatón que supuestamente dio lugar a la inflación) en un fondo de tipo de De Sitter no hay fluctuaciones y aplicando este razonamiento a un de De Sitter embebido en un espacio de Hilbert de dimensión infinita (es una espacio matemático en donde “vive” la Mecánica Cuántica) ocurre lo mismo, incluso cuando se añaden otros ingredientes como una gravedad cuántica semiclásica con falso vacío.
Es decir, si se mide en un espacio de De Sitter con un detector de partículas se detectarían partículas debido a las fluctuaciones, pero si no hay dicho detector los campos cuánticos permanecen en un estado estacionario calmo sin un número de partículas definido. En la fase inflacionaria no habría tales sistemas de registro y, por tanto, no habría fluctuaciones inflacionarias que dieran lugar a un proceso sin fin de inflaciones. Para un amplio escenario estos autores consiguen eliminar las fluctuaciones cuánticas, los estados de vacío no sufren efecto túnel a vacíos de mayor energía y las perturbaciones no sufren decoherencia cuando se da la inflación. Esto sugiere que la inflación eterna es mucho menos plausible de lo esperado y, por tanto, ya no hay posibilidades para la existencia de cerebros de Boltzmann.
Lo bueno es que el análisis no altera la visión convencional sobre el origen de las fluctuaciones de densidad primordiales, pues el recalentamiento al final de la inflación genera un ambiente de alta entropía que da lugar a la decoherencia y a las fluctuaciones.
Obviamente toda la idea depende de lo que consideremos como medición, algo que en Mecánica Cuántica depende de la interpretación usada y es un tema muy polémico entre los teóricos. En este caso se ha usado la interpretación de los mundos múltiples de Everett, teoría según la cual la función de ondas sigue la ecuación de Schrödinger, pero los estados cuánticos se van bifurcando en distintas ramas cuando se da un proceso de decoherencia (una medición, por ejemplo) en un proceso sin fin en el que cada estado cuántico se entrelaza con su propio ambiente y se aísla de los demás para siempre, creándose así “mundos” múltiples. Según esta interpretación, un sistema cuántico en su estado de menor energía no fluctúa hasta que algún sistema de medición actúa. Para el observador los registros que mide son aleatorios y los interpreta como fluctuaciones.
Al final la expansión acelerada vaciará el Universo (y sus posibles alternativas) y las fluctuaciones volverán a no darse por falta de observadores, sistemas de medición o procesos de decoherencia en general. Entonces tampoco habrá posibilidades de que aparezcan cerebros incorpóreos.
El problema obvio de todo esto es que se elimina un tipo de multiverso (el predicho por la inflación eterna) para sustituirlo por otro multiverso (el predicho por la interpretación de Everett de los mundos múltiples). A cambio se eliminan los cerebros de Boltzmann.
Obviamente algunos proponentes de la inflación como Alan Guth creen que el multiverso de la inflación eterna aún se puede dar pese al resultado de Carroll y ya trabajan en un artículo al respecto.

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Fuentes y referencias:
Artículo original.
¿Puede el bosón de Higgs salvarnos de la amenaza de los cerebros de Boltzmann?
Ilustración: fotograma de la serie Futurama.