yoEs difícil describir el estado de cosas del universo cuando todo se ha comprimido a un volumen ligeramente más pequeño que el punto al final de esta oración, debido a que los conceptos de tiempo y espacio literalmente aún no se aplican. Pero este desafío no detuvo al científico pionero de la astrofísica teórica, Dra. Laura Mersini Houghton, de la búsqueda del conocimiento en el borde del universo conocido y más allá. En su nuevo libro, Antes del Big BangMersini-Houghton relata su vida temprana en la Albania comunista, su carrera a medida que saltó a la fama en el campo de la astrofísica dominado por hombres y analiza su investigación sobre el multiverso que podría reescribir fundamentalmente nuestra comprensión de la realidad.

Adaptado de Antes El Big Bang: el origen del universo y más allá de Laura Mercini Hutton. Publicado por Mariner Books. Copyright © 2022 por Laura Mersini-Houghton. Reservados todos los derechos.

Las investigaciones científicas de problemas como la creación del universo, que no podemos observar o reproducir y probar en el laboratorio, son similares al trabajo de investigación en que se basan tanto en la intuición como en la evidencia. Al igual que un detective, cuando las piezas de un rompecabezas comienzan a encajar, los investigadores pueden sentir intuitivamente que la respuesta está cerca. Este fue el sentimiento que tuve cuando era un hombre rico y traté de averiguar cómo podíamos probar nuestra teoría del multiverso. Lógicamente, parecía una posibilidad remota, pero intuitivamente alcanzable.

Finalmente, una posible solución me golpeó. Me di cuenta de que la clave para probar y validar esta teoría estaba oculta en el entrelazamiento cuántico, ¡porque la decoherencia y el entrelazamiento eran dos caras de la misma moneda! Puedo rastrear la historia de la creación hasta sus raíces en el paisaje cuántico, cuando nuestro universo ondulatorio estaba entrelazado con otros.

Ya sabía que la separación -la decoherencia- de las ramas de la función de onda del universo (que luego se convirtieron en universos individuales) era el resultado de su enredo con el baño de fluctuaciones ambientales. Ahora me preguntaba si podríamos calcular y encontrar algún rastro de este enredo temprano impreso en nuestros cielos hoy.

Esto puede parecer una contradicción. ¿Cómo puede nuestro universo permanecer entrelazado con todos los demás universos todos estos eones después del Big Bang? Nuestro universo debe haber estado separado de ellos en su cuna cuántica. Pero mientras lidiaba con estos problemas, me di cuenta de que era posible que hubiera un universo que se había desconectado hace mucho tiempo pero que también conservaba “arañazos” infantiles: ligeros cambios en la forma causados ​​​​por interacciones con otros universos supervivientes que se entrelazaron durante el primeros momentos Nevos reconocibles. Las cicatrices de su enredo inicial aún deberían ser visibles en nuestro universo hoy.

La clave estaba en el tiempo. Nuestro universo de ondas se estaba desintegrando casi al mismo tiempo que la siguiente fase, el universo de partículas estaba pasando por su propia inflación cósmica y llegó a existir. Todo lo que observamos en nuestros cielos hoy está inspirado en las fluctuaciones primordiales que resultaron de esos primeros momentos, ocurriendo en las unidades de tiempo más pequeñas que se pueden medir, mucho menos de un segundo. En principio, durante esos momentos, cuando se eliminó el enredo, fue posible estampar sus firmas en el golpe y sus golpes. Existía la posibilidad de que el tipo de cicatriz que había imaginado se hubiera formado en tan poco tiempo. Y si lo han hecho, deberían ser visibles en el cielo.

Comprender cómo se forman las cicatrices a partir de los enredos es menos complicado de lo que imaginas. Empecé tratando de crear una imagen mental de las cicatrices de la maraña en nuestros cielos. He imaginado todos los universos sobrevivientes de las ramas de la función de onda del universo, incluido el nuestro, donde un montón de partículas se dispersan alrededor del multiverso cuántico. Dado que todos contienen masa y energía, interactúan (se atraen) entre sí por la gravedad, al igual que la trayectoria de movimiento de la manzana de Newton se curvó al interactuar con la masa de la Tierra, dirigiéndola así a la Tierra. Sin embargo, la luna, el sol, todos los demás planetas de nuestro sistema solar y todas las estrellas del universo también se sintieron atraídos por la manzana. La masa de la Tierra posee la fuerza más poderosa, pero esto no significa que estas otras fuerzas no existan. El impacto final que ha dejado el entrelazamiento en nuestros cielos es capturado por la atracción combinada de nuestro universo por otros universos infantiles. Al igual que las débiles nubes de estrellas en la famosa manzana, hoy en día, los signos de entrelazamiento en nuestro universo son increíblemente pequeños en comparación con los signos de inflación cósmica. ¡Pero todavía están allí!

Lo admito… ¡Estaba emocionado solo de pensar que podría tener una manera de mirar más allá de nuestro horizonte y antes del Big Bang! Al proponer calcular y rastrear el entrelazamiento en nuestro cielo, es posible que, por primera vez, haya identificado un método para probar el multiverso. Lo que más me impresionó de esta idea fue su capacidad para hacer lo que pensamos que era imposible durante siglos: una ventana de observación para mirar en el espacio y el tiempo fuera de nuestro universo en el multiverso. Nuestro universo en expansión proporciona el mejor laboratorio cósmico para buscar información sobre su comienzo porque todo lo que observamos a gran escala en nuestro universo hoy también estaba en su infancia. Los elementos básicos de nuestro universo no desaparecen con el tiempo; Simplemente están volviendo a medir su tamaño a medida que el universo se expande.

Por eso pensé en usar el entrelazamiento cuántico como prueba de fuego de nuestra teoría: la teoría cuántica contiene un principio casi sagrado conocido como “unidad”, que establece que nunca se puede perder ninguna información sobre un sistema. La unidad es una ley de preservación de la información. Esto significa que los signos de entrelazamiento cuántico temprano de nuestro universo con otros universos sobrevivientes deberían permanecer hasta el día de hoy. Así, a pesar de la decoherencia, el entrelazamiento no se puede borrar de la memoria de nuestro universo; Se almacena en su ADN original. Además, estos signos han sido codificados en nuestro cielo desde su origen, desde que el universo comenzó como una onda en la Tierra. Los efectos de este enredo anterior simplemente se extenderán a medida que el universo se expande a medida que el universo se convierte en una versión mucho más grande de su yo infantil.

Me preocupaba que estas firmas, estiradas por la inflación y la expansión del universo, fueran muy débiles. Pero sobre la base de la unidad, pensé, por muy débil que fuera, se conservaba en algún lugar de nuestro cielo en forma de violaciones o desviaciones locales de la uniformidad y la homogeneidad predichas por la inflación cósmica.

Rich y yo decidimos calcular el efecto del entrelazamiento cuántico en nuestro universo para ver si quedaban rastros, luego los trajimos rápidamente desde la infancia hasta el presente y deducimos predicciones sobre qué tipo de cicatrices deberíamos buscar en nuestros cielos. Si podemos determinar dónde debemos mirar, podemos probarlo comparándolo con observaciones reales.

Rich y yo comenzamos esta investigación con la ayuda de un físico en Tokio, Tomo Takahashi. Conocí a Tomoe por primera vez en la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill en 2004 cuando anidamos juntos durante un año. Él era un postdoctorado a punto de tomar un puesto de profesor en Japón, y yo acababa de llegar a la UNU. Disfrutamos de la interacción y vi los altos estándares que Tomoe mantuvo en su trabajo y su atención superior a los detalles. Sabía que estaba familiarizado con el programa de simulación por computadora que necesitábamos para comparar las predicciones basadas en nuestra teoría con datos reales sobre las firmas de la materia y la radiación en el universo. En 2005 contacté a Tomoe y accedió a cooperar con nosotros.

Rich, Tomoe y yo decidimos que el mejor lugar para comenzar la investigación era el CMB: el fondo cósmico de microondas, el crepúsculo del Big Bang. CMB es la luz más antigua del universo, un “éter” global que ha impregnado todo el universo a lo largo de su historia. Como tal, contiene una especie de registro exclusivo del primer milisegundo en la vida del universo. Y este testimonio silencioso de la creación sigue presente hoy en día, lo que lo convierte en un laboratorio cósmico invaluable.

La energía de los fotones CMB en nuestro universo actual es muy baja; Sus frecuencias alcanzan su punto máximo en el rango de microondas (160 GHz), al igual que los fotones en el microondas de la cocina cuando calientas la comida. Tres importantes experimentos científicos internacionales, los satélites COBE, WMAP y Planck (con un cuarto en camino), que datan de la década de 1990 hasta el presente, han medido el CMB y sus fluctuaciones mucho más débiles para determinar la precisión. Incluso nos encontramos con fotones CMB aquí en la Tierra. De hecho, ver y escuchar CMB era una experiencia diaria en la era de los televisores antiguos: al cambiar de canal, el espectador experimentaba la señal CMB en forma estática: los puntos borrosos, grises y blancos que aparecían en la pantalla del televisor.

Pero si nuestro universo comenzó solo con energía, ¿qué podemos ver en los fotones CMB que nos dan una imagen naciente del universo? Aquí, la teoría cuántica, y específicamente el principio de incertidumbre de Heisenberg, proporciona la respuesta. Según el principio de incertidumbre, la incertidumbre cuantitativa, que se presenta como fluctuaciones en la energía inicial de la inflación, es inevitable. Cuando el universo detiene la inflación, de repente se llena de ondas de fluctuaciones cuánticas de energía de inflación. La gama completa de fluctuaciones, algunas con masa y otras sin ella, se conoce como perturbaciones de densidad. Las ondas más cortas de este espectro, las que caben en el universo, se convierten en fotones o partículas, dependiendo de su masa (reflejando el fenómeno de la dualidad onda-partícula).

Pequeñas vibraciones en el tejido del universo que causan ondas débiles o vibraciones en el campo gravitacional, conocidas como ondas gravitatorias primordiales, contienen información sobre el modelo de inflación específico que ocurrió. Son increíblemente pequeños, en una parte alrededor de diez mil millonésimas de la fuerza del espectro de radiación CMB y, por lo tanto, difíciles de observar. Pero se guarda en CMB.