jueves, 9 de junio de 2016

Nada de nada y el universo 2 #Cuentos Cuánticos #noticias


Después de haber reposado la anterior entrada sobre la nada (Nada de nada el universo 1) donde nos centramos en las leyes físicas hoy toca responder a la siguiente pregunta:

¿Se puede llegar a la nada desde el algo?

Esta es la versión inversa de la típica pregunta:

¿Se puede crear algo desde la nada?

cat_face_black_and_white_by_tryonqc

Dado que aquí tenemos la costumbre de hablar de física y la física se ocupa de las cosas que son algo, aunque no sepamos exactamente lo que son, parece un poco estúpido plantearse esas preguntas.  Pero, -¡oh, sorpresa!-, resulta que la física sí que puede hablar sobre la nada y plantear situaciones en las que de algo se pase a nada.

Aquí hemos de recordar que por nada entendemos no espacio, no tiempo, no leyes, no materia, no energía, no nada.

De algo a nada

Una pregunta recurrente en física versa sobre la estabilidad de los sistemas. Sobre si están en su estado de mínima energía o pueden ir a estados menos energéticos de manera espontánea.  Esa misma idea se puede aplicar a todo un espaciotiempo en el que tengamos definidas nuestras partículas, nuestros campos, nuestra física, etc.

En 1982, Edward Witten se descolgó con un famoso artículo en el que demostró que dadas unas particulares condiciones un espacio que consideramos estable, como en el que vivimos, puede tener una transición espontánea desastrosa para nosotros.  Puede ser comido por la nada, literalmente. El artículo que mencionamos es:  Instability of the Kaluza-Klein vacuum.

Este trabajo puso encima de la mesa la posibilidad de que un universo completo, con sus campos, sus partículas, sus interacciones, sus leyes, decayese hacia la más absoluta de las nadas. La nada que hemos definido como no espacio, no tiempo, no campos, no partículas, no leyes, no nada.

Este trabajo creó una línea de investigación sobre la nada que es muy interesante porque nos ayuda a entender nuestro universo tal y como es.  Volveremos a esto en la sección final.

El mecanismo explicado con prisa

Todos los mecanismos que van desde algo a la nada se pueden resumir como sigue.

1.-  Partimos de un espaciotiempo donde hay observadores, leyes de la física, interacciones, partículas, campos, etc.  Un universo corriente y moliente.

universo

2.-  Este universo estará definido por un estado físico regido por la cuántica y puede que no sea un estado estable.  La cuestión más escabrosa y peligrosa es que el espaciotiempo que sustenta a este universo no sea el estado de menor energía posible y que haya la opción de que se produzca una transición espontánea en alguno de sus puntos que haga que el estado resultante del espaciotiempo resultante sea de menor energía.

Una posibilidad es que el espaciotiempo se agujeree en uno de sus puntos, un agujero que no tiene espacio, ni tiempo, ni campos, ni partículas, un bonito agujero de nada.

burbuja1

En la imagen hemos indicado la aparición de una burbuja de nada en el universo de partida.  Nuestro espaciotiempo ha adquirido un agujero, un boquete, un hueco. Eso está fuera del espaciotiempo, no es nada ni nada puede ser definido ahí.

3.-  El problema viene cuando estudiamos que ocurre con la frontera de la burbuja de nada con el espaciotiempo que sustenta nuestro universo.  Bajo determinadas condiciones esa burbuja puede tener una frontera que se expanda a la velocidad de la luz.  Si ese es el caso, al final nuestro universo desaparecerá en una bonita nada.

burbuja2

Hemos de precisar aquí una vez más que este universo en el que estamos trabajando es todo lo que hay.  La burbuja indica que hay una región del universo que está siendo tragada por la nada.  Dentro de la burbuja no hay nada de nada, no hay espacio, ni tiempo, ni materia, ni energía, ni leyes de la física. Es un conjunto vacío.

Este es el mecanismo explicado con prisa y resaltando la idea más esencial de todos los mecanismo propuestos para una transición de algo a nada.  Si quieres más detalles sobre el modelo de Witten pulsa AQUÍ.

¿Qué pasa con nuestro universo de verdad?

Para nuestra tranquilidad hemos de decir que no tenemos ningún motivo para pensar que este fenómeno se vaya a dar en nuestro universo.  También es cierto que tampoco podemos afirmar con rotundidad que no se pueda producir.

El hecho es que estos modelos de transición de algo a nada se basan en modelos que tienen dimensiones mayores de las cuatro usuales.  En universos de cuatro dimensiones nuestro espaciotiempo, el descrito por una solución cosmológica estándar, parece ser estable y parece que no se pueden dar este tipo de procesos (principalmente porque hay un cambio de topología y eso está prohibido en cierta forma por la relatividad general clásica).

Pero claro, hay muchas cosas que aún no sabemos:

a)  No sabemos si hay más dimensiones de las cuatro usuales.

b)  No sabemos qué pasa a nivel cuántico con el espaciotiempo con total seguridad.

c)  No podemos por lo tanto decidir si nuestro espaciotiempo es estable o no lo es.

La cuestión es que sí sabemos que nuestro universo, tal y como lo conocemos, ha estado por aquí unos 13.700 millones de años y eso impone restricciones a la probabilidad de que este tipo de mecanismo de algo a nada se de realmente.  Pero el hecho es que es algo perfectamente posible dentro de la física y es algo que podemos describir.  Esto supone que tenemos entonces que responder a la pregunta, ¿por qué no se da este fenómeno en nuestro universo? ¿Existe algún mecanismo de estabilización? ¿Tiene nuestro espaciotiempo alguna característica que lo pone a salvo de convertirse en nada?

Todas estas preguntas son esenciales para entender la estructura de nuestro espaciotiempo y la posibilidad de nueva física exótica que aún no podemos ni imaginar. Lo mejor de todo es que todo esto se fundamenta en el concepto de la nada y en la posibilidad física que de algo, un universo, podamos pasar espontáneamente a la nada.

Concluyendo

Es posible describir y acomodar en nuestra física, suponiendo algunas condiciones que aún no sabemos si son correctas, la transición de algo a nada de nada. Esto es en sí mismo hermoso y tenebroso.  Personalmente me resulta muy inquietante la posibilidad de ser barrido por una hermosa burbuja de nada.

La cuestión que queda, y que procederemos a discutir en breve, es la de si es posible describir el paso de la nada a algo, a un bonito universo como el nuestro.

Si quieres ver como se las gastan las gentes que estudian la nada desde la física te dejo unos cuantos enlaces a artículos científicos duros sobre el tema:

On nothing

The decay of hot KK space

Bubbles of Nothing and the Fastest Decay in the Landscape 

Quantum tunneling in flux compactifications

Todos estos artículos, como ya hemos advertido, se fundamentan en la existencia de dimensiones extra y de flujos producidos en esas dimensiones. Se discuten los mecanismos para ir de algo a nada y distintos modos de estabilizar esos mecanismos para que no sean desastrosos.  Por supuesto que son especulaciones puras y duras por el momento pero son cosas que no van en contra de la física conocida y perfectamente podrían ser posibles.  El tiempo dirá como evoluciona este conocimiento.

Nos seguimos leyendo…


Archivado en: dimensiones, dimensiones extra, gravedad cuántica, modelo estándar y extensiones, supercuerdas Tagged: burbujas de nada, dimensiones, dimensiones extra, nada, vacío, Witten