Con el nacimiento de la cosmología física en los inicios del siglo XX, se afirma que asistimos a una revolución científica que ha dado lugar a grandes avances cognoscitivos y tecnológicos, proporcionando una imagen amplia del Universo, con conocimientos detallados y muy relevantes para la humanidad. Tales conocimientos se constituyen como fundamentales debido a sus contenidos altamente significativos para la construcción de un mundo humano convenientemente racional. Así, nociones como la de origen, estructura y posible condición futura del Universo se vuelven accesibles y, con ello, toman lugar cambios paradigmáticos en las diferentes cosmovisiones o interpretaciones de la realidad.
De ahí el esfuerzo actual de los nuevos cosmólogos por ampliar el alcance de su compresión de la realidad global, proponiendo ¾desde la ciencia¾ con sus elaboraciones teórico-hipotéticas una inteligibilidad completa y última del Universo. Dentro de esos cambios paradigmáticos está principalmente la ruptura con “la tradición científica y filosófica antigua y un paradigma inquebrantable, [los cuales] atribuían al Universo el estatismo y la invariabilidad como sus propiedades inherentes más importantes”.
Es gracias a nuevas interpretaciones teóricas de fenómenos fundamentales de la naturaleza, con sus respectivos constructos físico-cosmológicos y por los nuevos descubrimientos astronómicos, que la concepción de un Universo eterno, increado y estático, es desafiada y, seguidamente, desechada; dando como resultado, el inicio de la configuración del modelo estándar del cosmos. Desde su nacimiento la cosmología física se enfrenta con el problema de la creación, y es cuando inicia el desafío cognoscitivo para el saber científico en tanto delimitado por una estructura específica.
Es a partir de la teoría de la relatividad general de Albert Einstein que el cosmos toma un carácter objetual, al mismo tiempo que podía ser comprendido en su conjunto con un lenguaje matemático. Con las formulaciones y las ecuaciones de Einstein el Universo quedó constituido como un todo debido al establecimiento de la gravitación como consecuencia de la estructura geométrica del espacio-tiempo, la cual, a su vez, fue relacionada con el contenido de la materia y energía; esto en condiciones de isotropía y homogeneidad a gran escala. A partir de aquí, la historia de la cosmología del siglo XX ha manifestado contrastes en las actitudes de los científicos ante tal problemática; posturas de rechazo, de indiferencia, pero también de apropiación ante la necesidad de comprender y explicar el evidente problema del origen del Universo.
La postura predominante en los primeros años fue de rechazo, esto por motivo de que el problema de la creación era “un concepto que podría parecer extraño a la ciencia y más apropiado para discursos filosóficos y teológicos”. Pero enseguida, la actitud a nivel general sufrió un cambio importante a causa del establecimiento de la cosmología Big Bang como el modelo estándar, ya consolidado para la década de los años setenta del siglo pasado. Durante buena parte del siglo XX se han ofrecido respuestas desde la ciencia para explicar algo que evidentemente tiene implicaciones no científicas o que están más allá de los alcances de la metodología científica. Estas explicaciones han estado situadas mayormente en un ámbito naturalista o materialista, es decir, sin la invocación a nociones o entidades inmateriales, espirituales o metafísicas, que sería lo propio del proceder científico.
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Sin embargo, a partir de la década de 1980 se inició una nueva etapa en la cosmología física, que incluso algunos han catalogado de revolucionaria o paradigmática. Desde este contexto se originó la hipótesis cosmológica del multiverso; un modelo cosmológico producido desde la ciencia cuyo alcance ha ido más allá de lo que comúnmente ha hecho la empresa científica moderna. El multiverso ha representado para algunos una nueva forma de hacer ciencia, pero para otros no alcanza los estándares de la ciencia natural. La hipótesis del multiverso ha tenido importantes vínculos con el problema de la creación; incluso algunos han señalado que es por esta razón que realmente ha surgido dicha hipótesis.
El Modelo Inflacionario y sus Problemas
Propiamente, la cosmología del multiverso surge en los inicios de la década de 1980 bajo el contexto de la cosmología del Big Bang y su interacción con la física de partículas, como resultado de los problemas que esta cosmología no lograba solucionar. El modelo cosmológico del Big Bang caliente, ya asumido desde la segunda mitad de la década de 1960 por la mayoría de la comunidad científica como el modelo estándar, ofrecía la explicación de un origen denso y caliente para el universo. “De hecho, solo a partir de esta época emergió la cosmología como una disciplina científica y apareció ꞌcosmólogoꞌ como un nombre para los profesionales practicantes de una ciencia”.
Así surge la figura de Alan Guth, un físico de partículas estadounidense que propuso para el año 1981 la formulación oficial de la teoría inflacionaria. En la naciente teoría, Guth planteaba un escenario de los primeros instantes del universo ¾lo cual suponía, ciertamente, la existencia de una singularidad¾ en el que se podría explicar el ajuste preciso de las condiciones iniciales, para así resolver el problema de los monopolos magnéticos, del horizonte y de la planitud. Guth sugería que en los primeros instantes de su existencia el universo sufrió una expansión exponencial transitoria que aumentó sus dimensiones en muchos órdenes de magnitud, lo que daría respuesta a las condiciones homogéneas, isótropas y cuasiplanas que presenta actualmente.
Antes de que ocurriera la fase inflacionaria en el Universo primitivo se establecieron las condiciones iniciales de ajuste fino a partir del influjo causal que estableció el equilibrio térmico entre las regiones microscópicas; seguidamente, la expansión exponencial llevó al universo a las dimensiones actuales con su densidad de materia W muy cercana al valor crítico y la temperatura uniforme en la mayor parte del espacio cósmico. La inflación explicaba porque las condiciones iniciales tan precisas llegaron a ser tan similares a las actuales condiciones del universo. Este periodo de expansión acelerada se denomina la era inflacionaria, y es el elemento clave del modelo inflacionario del universo.
Según el modelo, la era de inflación continuó durante segundos o más largo, y durante este período el diámetro del universo aumentó por un factor de o más. (…) Esta pequeña región homogénea es luego inflada para ser lo suficientemente grande como para abarcar el universo observado. (…) La rápida expansión hace que el espacio llegue a ser más plano tal como la superficie de un globo se hace más plana cuando se infla. Asimismo, la presión negativa que impulsaba la expansión era causada por un campo escalar de energía f ¾que posteriormente fue llamado inflatón el cual estaba sujeto a fluctuaciones cuánticas aleatorias.
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Guth precisaba, al año siguiente de la publicación de su artículo pionero, que: “el universo se expande exponencialmente a medida que el campo Higgs f ꞌruedaꞌ lentamente por el potencial y la energía entonces es termalizada rápidamente cuando f empieza a oscilar alrededor de su mínimo”. Aquí, la función de las fluctuaciones cuánticas representa un papel muy importante, debido a que son ellas las que provocan que la energía potencial del campo escalar alcance un valor lo bastante elevado para provocar la inflación cósmica. Además, las fluctuaciones cuánticas propician la formación de “burbujas”, estas son, estados del campo escalar que ocupan rápidamente todo el espacio del falso vacío, y son las que dan lugar a la transición de fase, y con esta, a la finalización de la inflación.
“Este modelo tenía una gran desventaja: al llenar el espacio, las paredes de las burbujas chocaban, generando un gran contraste de densidad. De esta forma surgen los nuevos modelos del universo inflacionario, a raíz de este y otros problemas que dejaba la versión original inaugurada por Guth, y que el mismo Guth señaló en su artículo de 1981. Este aspecto y otros de la cosmología inflacionaria fueron refinados y desarrollados por los aportes de los cosmólogos de origen ruso Andrei Linde y Alexander Vilenkin y por los norteamericanos Andreas Albrecht y Paul Steinhardt.
Ya para 1982, estos científicos ofrecían versiones mejoradas que tomadas en su conjunto fueron denominadas “la nueva inflación”. Dentro de esas nuevas versiones aparece una en particular de la cual saldría la primera propuesta cosmológica del multiverso. Esta es la inflación caótica o eterna, propuesta originalmente por Andrei Linde, quien en julio de 1982 afirmaba en un artículo pre-impreso en la Universidad de Cambridge, que el objetivo de su escrito era el de dar una solución al problema de la singularidad cosmológica ¾algo que el viejo modelo inflacionario no ofrecía¾, esto es, una explicación de por qué ocurrió el origen mismo del Universo, y para ello preguntaba: “la parte más importante de este problema [la singularidad] es solo la cuestión de cómo podría ser que en algún momento nuestro espacio y tiempo no han existido”.
La Inflación Caótica o Eterna de Linde
Linde se preguntaba por una causa que diera cuenta de la singularidad que, a su vez, hacía posible la inflación misma, y para ello el propio marco teórico de la cosmología inflacionaria le servía de base. En esta primera propuesta Linde planteaba un nuevo modelo de campo escalar en el que este rueda muy despacio por el potencial, propiciando de esta manera que el ritmo de formación de las burbujas fuese lo suficientemente lento ¾evitando así que las paredes de las burbujas se fusionaran¾ como para que la transición de fase nunca se completara en todo el Universo; esto daba lugar a una especie de Universo en estado estacionario que se auto-reproduce eternamente (de momento, solo hacia el futuro), creando mini-universos burbuja allá donde el valor de la energía del campo escalar V(f) es lo suficientemente alto.
Pero dado que el universo puede vivir siempre en este estado estacionario de auto-reproducción, podemos dejar ahora nuestra suposición habitual de que el universo inicialmente estaba caliente, y asumimos que el universo en su conjunto siempre estuvo en este estado de regeneración. (…) por lo tanto, que en el escenario sugerido anteriormente el universo contiene un número infinito de mini-universos (burbujas) de diferentes tamaños, y en cada uno de estos universos las masas de partículas, las constantes de acoplamiento, etc., pueden ser diferentes debido a la posibilidad de diferentes patrones de ruptura de la simetría dentro de las diferentes burbujas.
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La Creación Espontánea de Universos de Vilenkin
Una idea similar era desarrollada por el también ruso Alexander Vilenkin, quien en un artículo ¾igualmente pionero¾ publicado en 1983 hacía una aclaración similar a la de Linde en cuanto al objetivo de su escrito, pero expresándolo de una manera más perentoria con las siguientes palabras: “El propósito de este artículo es sugerir una nueva versión del escenario inflacionario en el cual el Universo es espontáneamente creado de la nada” (cursiva del autor). Con ello, Vilenkin buscaba ofrecer una explicación al problema pendiente de la causa que hizo posible las condiciones iniciales, que eran las que permitían la elaboración de la propia cosmología inflacionaria.
Su propuesta para la creación del universo inflacionario, que ya había sido sugerida un año antes, decía que el Universo pudo haber nacido de la nada por un efecto túnel cuántico, debido a que “sabemos que, en la mecánica cuántica, las partículas pueden atravesar barreras de potencial por efecto túnel”. Así que, una vez con una explicación para el origen del universo inflacionario, el cosmólogo ruso se proponía, de igual forma, plantear el escenario de una inflación eterna, misma que daba lugar a la proliferación de los “universos isla” (como posteriormente les llamará).
Para ello, el valor del campo escalar puede, a partir de las fluctuaciones, crecer o decrecer con igualdad de probabilidades, haciendo que al crecer conduzca a las regiones del falso vacío a una inflación que nunca termina, ya que todas esas regiones del Universo estarán permanentemente atrapadas en la fase inflacionaria. En consecuencia, la hipótesis de Vilenkin había ofrecido un modelo de universo inflacionario creado pero que en seguida evoluciona eternamente produciendo ¾según los principios inflacionarios¾ otros universos como el nuestro. Vilenkin escribía: “En este modelo cosmológico el Universo tiene un principio pero no tiene fin.
Tanto Linde como Vilenkin fueron elaborando y precisando más sus hipótesis en cuanto a la generación y reproducción eterna de los universos burbuja. Como resultado, el mecanismo de las fluctuaciones cuánticas de la nueva cosmología inflacionaria se volvería clave para la fundamentación teórica de los desarrollos de la hipótesis del multiverso inflacionario. En un artículo de 1986 Linde concluía que las fluctuaciones cuánticas del campo escalar f son lo suficientemente fuertes para transferir el potencial efectivo (lo suficientemente elevado) a las regiones de falso vacío, las cuales han sido extendidas como dominios por toda la estructura global del espacio, y de esta manera se generan los mini-universos burbuja.
Conjuntamente, esta generación de mini-universos corresponde a una auto-reproducción infinita del universo global, que para ello se deben, insiste Linde, “generar fluctuaciones de onda larga en el campo f”. Este modelo de universo inflacionario, continúa Linde, contiene un número exponencialmente largo (o infinito) de mini-universos, los cuales no tienen fin y quizás no tengan principio. De la misma manera, Vilenkin asegura que son las fluctuaciones cuánticas las responsables de producir la inflación no como un evento único sino también en un sinnúmero de regiones remotas, y una vez que el mecanismo inicia no tiene fin.
Si se tiene en cuenta que las fluctuaciones cuánticas del campo escalar son las responsables de la inflación (…) una vez que la inflación ha comenzado, nunca termina completamente (...) El volumen total de las regiones de inflación crece exponencialmente con el tiempo (…) por lo tanto, el universo no tiene fin. La cuestión acerca de la generación o creación del multiverso inflacionario ocupó una parte importante en la producción intelectual-especulativa entre los cosmólogos inflacionarios, esto ya para la década de los años noventa del siglo XX.