Multiverso: Un océano de burbujas de espacio-tiempo en expansión

Un universo entre muchos

El concepto de multiverso proviene de la cosmología inflacionaria. En este marco, nuestro Universo observable podría ser solo una burbujas de espacio-tiempo en expansión entre muchas, nacida de un campo cuántico primordial. Esta idea se basa en los trabajos de los físicos Alan Guth (1947-) y Andrei Linde (1948-), quienes propusieron que la inflación cósmica nunca se detiene por completo, generando continuamente nuevas burbujas de universos.

Nota:
El campo inflacionario es una forma especial de energía propuesta para explicar por qué el Universo se expandió tan rápido justo después de su nacimiento. Este campo, también llamado campo escalar, llenó todo el espacio al principio del tiempo. Su energía ejerció presión negativa, haciendo que el Universo se expandiera como una burbuja a enorme velocidad. Cuando esta energía se convirtió en partículas y radiación, la inflación terminó y comenzó el Big Bang caliente, dando lugar a la materia y galaxias.

Nacimiento de burbujas en el vacío cuántico

En los primeros instantes, el Universo pasó por una fase de expansión exponencial. Las fluctuaciones del vacío cuántico, amplificadas por esta inflación, crearon regiones donde el campo de energía se estabilizó localmente, formando burbujas de universo. Cada una deja de inflar localmente y se convierte en un universo distinto con su propia densidad de energía, geometría y constantes físicas.

La decaída del campo inflatón liberó energía que calentó nuestro cosmos, desencadenando un Big Bang local. Mientras tanto, otras regiones siguen inflándose más allá de nuestro horizonte causal. Este proceso de inflación eterna produce un espacio global lleno de burbujas de universos en expansión continua.

Expansión descrita por la métrica de Friedmann

El crecimiento de nuestro Universo puede describirse mediante un modelo matemático llamado Métrica de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker. Esto muestra cómo el espacio mismo se estira con el tiempo. El factor de escala \(a(t)\) indica el tamaño relativo del Universo en un momento dado: cuanto mayor es \(a(t)\), más se expande el Universo.

La ecuación principal es:

\(\left( \frac{\dot{a}}{a} \right)^2 = \frac{8 \pi G}{3} \rho - \frac{k c^2}{a^2} + \frac{\Lambda c^2}{3}\)

Aquí \(\rho\) representa la densidad de energía (materia, radiación…), \(k\) describe la curvatura del espacio y \(\Lambda\) es la constante cosmológica. La velocidad de expansión del Universo depende de su contenido de materia, forma y energía del vacío. Este enfoque permite comprender tanto la expansión actual como la fase rápida de inflación.

Comparación entre un universo único y un multiverso inflacionario

Referencias: Alan Guth (1947-), Andrei Linde (1948-), Alexander Vilenkin (1949-), Max Tegmark (1967-), Sean Carroll (1966-).
Fuentes: Physical Review D, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, Cambridge University Press, 2017.

Un horizonte limitado en el infinito

Nuestro horizonte cosmológico está definido por la velocidad de la luz y la edad del Universo. Más allá, otras burbujas siguen creciendo a velocidades aparentes > c, no porque la materia se mueva más rápido que la luz, sino porque el espacio mismo se expande. Ninguna información puede cruzar entre los límites de las burbujas.

Conclusión: una burbuja en la espuma cósmica

Si la inflación eterna es correcta, nuestro Universo es solo una burbuja en un océano infinito de universos. Este modelo amplía enormemente nuestra visión de la realidad: ya no se trata solo de galaxias en un espacio único, sino de conjuntos de universos aislados dentro de un meta-espacio cuántico.

Nota:
Según la interpretación de muchos mundos del físico Hugh Everett (1930-1982), cada interacción cuántica podría generar una bifurcación de universos posibles, ofreciendo otra visión puramente cuántica del multiverso.