¿Pueden las leyes de la física refutar a Dios?

22 de febrero de 2021

Monica Grady

Profesora de Ciencias Planetarias y Espaciales, The Open University

Declaración de divulgación

Monica Grady es profesora de ciencias planetarias y espaciales en la Open University, rectora de la Liverpool Hope University e investigadora principal en el Museo de Historia Natural. Recibe financiación del STFC y la Agencia Espacial del Reino Unido. Síguela en Twitter @MonicaGrady

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Todavía creía en Dios (ahora soy ateo) cuando escuché la siguiente pregunta en un seminario, planteada por primera vez por Einstein, y me sorprendió su elegancia y profundidad: «Si hay un Dios que creó el universo entero y TODAS sus leyes de la física, ¿sigue Dios las propias leyes de Dios? ¿O puede Dios reemplazar sus propias leyes, como viajar más rápido que la velocidad de la luz y así poder estar en dos lugares diferentes al mismo tiempo? ¿Podría la respuesta ayudarnos a probar si Dios existe o no o es aquí donde el empirismo científico y la fe religiosa se cruzan, sin una respuesta verdadera? David Frost, 67, Los Ángeles.

Estaba encerrada cuando recibí esta pregunta y me intrigó instantáneamente. No es de extrañar el momento oportuno: los eventos trágicos, como las pandemias, a menudo nos hacen cuestionar la existencia de Dios: si hay un Dios misericordioso, ¿por qué está sucediendo una catástrofe como esta? De modo que la idea de que Dios podría estar «atado» por las leyes de la física, que también gobiernan la química y la biología y, por lo tanto, los límites de la ciencia médica, fue interesante de explorar.

Si Dios no fuera capaz de romper las leyes de la física, podría decirse que él no sería tan poderoso como cabría esperar de un ser supremo. Pero si puede, ¿por qué no hemos visto ninguna evidencia de que las leyes de la física se hayan violado en el universo?

Para abordar la pregunta, analicémosla un poco. Primero, ¿puede Dios viajar más rápido que la luz? Tomemos la pregunta al pie de la letra. La luz viaja a una velocidad aproximada de 3 x 10⁵ kilómetros por segundo, o 186,000 millas por segundo. Aprendemos en la escuela que nada puede viajar más rápido que la velocidad de la luz, ni siquiera el USS Enterprise en Star Trek cuando sus cristales de dilitio están al máximo.

¿Pero es verdad? Hace unos años, un grupo de físicos postuló que las partículas llamadas taquiones viajaban por encima de la velocidad de la luz. Afortunadamente, su existencia como partículas reales se considera muy poco probable. Si existieran, tendrían una masa imaginaria y el tejido del espacio y el tiempo se distorsionaría, lo que provocaría violaciones de la causalidad (y posiblemente un dolor de cabeza para Dios).

Parece, hasta ahora, que no se ha observado ningún objeto que pueda viajar más rápido que la velocidad de la luz. Esto en sí mismo no dice nada sobre Dios. Simplemente refuerza el conocimiento de que la luz viaja muy rápido.

Las cosas se ponen un poco más interesantes cuando se considera qué tan lejos ha viajado la luz desde el principio. Suponiendo una cosmología tradicional del Big Bang y una velocidad de la luz de 3 x 10⁵ km/s, entonces podemos calcular que la luz ha viajado aproximadamente 10²⁴ km en los 13.8 mil millones de años de existencia del universo. O más bien, la existencia del universo observable.

El universo se está expandiendo a una velocidad de aproximadamente 70 km/s por Mpc (1 Mpc = 1 Megaparsec ~ 30 millones de km), por lo que las estimaciones actuales sugieren que la distancia al borde del universo es de 46 mil millones de años luz. A medida que pasa el tiempo, el volumen del espacio aumenta y la luz tiene que viajar más tiempo para llegar hasta nosotros.

Hay mucho más universo del que podemos ver, pero el objeto más distante que hemos visto es una galaxia, GN-z11, observada por el Telescopio Espacial Hubble. Esto está aproximadamente a 10²³ km o 13.4 mil millones de años luz de distancia, lo que significa que ha sido necesario 13.4 mil millones de años para que la luz de la galaxia nos llegue. Pero cuando la luz «se encendió», la galaxia estaba a sólo unos 3 mil millones de años luz de nuestra galaxia, la Vía Láctea.

No podemos observar ni ver a través de la totalidad del universo que ha crecido desde el Big Bang porque no ha pasado suficiente tiempo para que la luz de las primeras fracciones de segundo llegue a nosotros. Algunos argumentan que, por lo tanto, no podemos estar seguros de si las leyes de la física podrían romperse en otras regiones cósmicas; quizás sean solo leyes locales y accidentales. Y eso nos lleva a algo aún más grande que el universo.

El multiverso

Muchos cosmólogos creen que el universo puede ser parte de un cosmos más extendido, un multiverso, donde muchos universos diferentes coexisten pero no interactúan. La idea del multiverso está respaldada por la teoría de la inflación: la idea de que el universo se expandió enormemente antes de tener entre 10 y 32 segundos. La inflación es una teoría importante porque puede explicar por qué el universo tiene la forma y estructura que vemos a nuestro alrededor.

Pero si la inflación puede ocurrir una vez, ¿por qué no muchas veces? Sabemos por experimentos que las fluctuaciones cuánticas pueden dar lugar a pares de partículas que surgen repentinamente, solo para desaparecer momentos después. Y si tales fluctuaciones pueden producir partículas, ¿por qué no átomos o universos enteros? Se ha sugerido que, durante el período de inflación caótica, no todo sucedía al mismo ritmo: las fluctuaciones cuánticas en la expansión podrían haber producido burbujas que estallaron para convertirse en universos por derecho propio.

¿Estamos viviendo en un universo burbuja? Juergen Faelchle/Shutterstock

Pero, ¿cómo encaja Dios en el multiverso? Un dolor de cabeza para los cosmólogos ha sido el hecho de que nuestro universo parece ajustado para que exista vida. Las partículas fundamentales creadas en el Big Bang tenían las propiedades correctas para permitir la formación de hidrógeno y deuterio, sustancias que produjeron las primeras estrellas.

Las leyes físicas que gobiernan las reacciones nucleares en estas estrellas produjeron entonces la materia de la que está hecha la vida: carbono, nitrógeno y oxígeno. Entonces, ¿cómo es que todas las leyes y parámetros físicos del universo tienen los valores que permitieron que se desarrollaran las estrellas, los planetas y, en última instancia, la vida?

Algunos argumentan que es solo una coincidencia afortunada. Otros dicen que no debería sorprendernos ver leyes físicas biofriendly; después de todo, ellas nos produjeron, entonces, ¿qué más veríamos? Algunos teístas, sin embargo, argumentan que apunta a la existencia de un Dios que crea condiciones favorables.

Pero Dios no es una explicación científica válida. La teoría del multiverso, en cambio, resuelve el misterio porque permite que diferentes universos tengan diferentes leyes físicas. Así que no es sorprendente que nos veamos a nosotros mismos en uno de los pocos universos que podrían sustentar la vida. Por supuesto, no se puede refutar la idea de que un Dios haya creado el multiverso.

Todo esto es muy hipotético, y una de las mayores críticas a las teorías del multiverso es que debido a que parece que no ha habido interacciones entre nuestro universo y otros universos, entonces la noción de multiverso no se puede probar directamente.

Rareza cuántica

Ahora consideremos si Dios puede estar en más de un lugar al mismo tiempo. Gran parte de la ciencia y la tecnología que utilizamos en la ciencia espacial se basa en la teoría contraintuitiva del diminuto mundo de átomos y partículas conocido como mecánica cuántica.

La teoría permite algo llamado entrelazamiento cuántico: partículas conectadas espeluznantemente. Si dos partículas están enredadas, automáticamente manipulas a su pareja cuando la manipulas, incluso si están muy separadas y sin que las dos interactúen. Hay mejores descripciones de entrelazamiento que la que doy aquí, pero esto es lo suficientemente simple como para que pueda seguirlo.

Imagine una partícula que se descompone en dos subpartículas, A y B. Las propiedades de las subpartículas deben sumarse a las propiedades de la partícula original; este es el principio de conservación. Por ejemplo, todas las partículas tienen una propiedad cuántica llamada «spin»: aproximadamente, se mueven como si fueran pequeñas agujas de brújula. Si la partícula original tiene un «spin» de cero, una de las dos subpartículas debe tener un spin positivo y la otra un spin negativo, lo que significa que cada uno de A y B tiene un 50% de probabilidad de tener un spin positivo o uno negativo. (De acuerdo con la mecánica cuántica, las partículas están, por definición, en una mezcla de diferentes estados hasta que realmente las mides).

Las propiedades de A y B no son independientes entre sí, están entrelazadas, incluso si se encuentran en laboratorios separados en planetas separados. Entonces, si mide el spin de A y lo encuentra positivo. Imagina que una amiga midió el spin de B exactamente al mismo tiempo que tú mediste A. Para que el principio de conservación funcione, debe encontrar que el spin de B es negativo.

Pero, y aquí es donde las cosas se vuelven turbias, como la subpartícula A, B tenía una probabilidad de 50:50 de ser positiva, por lo que su estado de spin «se volvió» negativo en el momento en que el estado de spin de A se midió como positivo. En otras palabras, la información sobre el estado de spin se transfirió instantáneamente entre las dos subpartículas. Tal transferencia de información cuántica aparentemente ocurre más rápido que la velocidad de la luz. Dado que el propio Einstein describió el entrelazamiento cuántico como «acción espeluznante a distancia», creo que se nos puede perdonar a todos por encontrar este efecto bastante extraño.

Entonces, después de todo, hay algo más rápido que la velocidad de la luz: la información cuántica. Esto no prueba ni refuta a Dios, pero puede ayudarnos a pensar en Dios en términos físicos, ¿tal vez como una lluvia de partículas entrelazadas, transfiriendo información cuántica de un lado a otro, y por lo tanto ocupando muchos lugares al mismo tiempo? ¿Incluso muchos universos al mismo tiempo?

Acción espeluznante. Jurik Peter/Shutterstock

Tengo esta imagen de Dios haciendo girar placas del tamaño de una galaxia mientras hace malabarismos con bolas del tamaño de un planeta, lanzando trozos de información de un universo tambaleante a otro, para mantener todo en movimiento. Afortunadamente, Dios puede realizar múltiples tareas: mantener la estructura del espacio y el tiempo en funcionamiento. Todo lo que se requiere es un poco de fe.

¿Este ensayo se ha acercado a responder las preguntas planteadas? Sospecho que no: si crees en Dios (como yo), entonces la idea de que Dios esté sujeto a las leyes de la física es una tontería, porque Dios puede hacer todo, incluso viajar más rápido que la luz. Si no crees en Dios, entonces la pregunta es igualmente absurda, porque no hay un Dios y nada puede viajar más rápido que la luz. Quizás la pregunta sea realmente para los agnósticos, que no saben si existe un Dios.

De hecho, aquí es donde la ciencia y la religión difieren. La ciencia requiere pruebas, las creencias religiosas requieren fe. Los científicos no intentan probar o refutar la existencia de Dios porque saben que no hay un experimento que pueda detectar a Dios. Y si crees en Dios, no importa lo que los científicos descubran sobre el universo: se puede pensar que cualquier cosmos es coherente con Dios.

Nuestra visión de Dios, la física o cualquier otra cosa depende en última instancia de la perspectiva. Pero terminemos con una cita de una fuente verdaderamente autorizada. No, no es la Biblia. Tampoco es un libro de texto de cosmología. Es de Reaper Man de Terry Pratchett:

«La luz piensa que viaja más rápido que cualquier otra cosa, pero está mal. No importa qué tan rápido viaje la luz, encuentra que la oscuridad siempre ha llegado primero y la está esperando».

https://theconversation.com/can-the-laws-of-physics-disprove-god-146638

Los científicos han propuesto una nueva partícula que es un portal a una quinta dimensión

El camino hacia la materia oscura y otros enigmas fundamentales puede ser a través de una dimensión extra deformada, según un nuevo estudio que propone una nueva teoría del universo.

Por Becky Ferreira

4 de febrero de 2021

Los científicos quieren buscar una partícula hipotética que pueda actuar como un portal a una quinta dimensión deformada que medie los reinos cósmicos de luz y oscuridad.

Se le perdonará por asumir que la oración es una sinopsis de ciencia ficción, pero en realidad es el resultado asombroso de un estudio reciente que busca iluminar algunos de los enigmas más persistentes de la ciencia.

La existencia de esta partícula especulativa podría «proporcionar una explicación natural» para la abundancia de materia oscura, una sustancia no identificada que representa la mayor parte de la masa del universo y resuelve problemas intratables sobre las partículas subatómicas conocidas como fermiones, según la nueva investigación, fue publicado el mes pasado en The European Physical Journal C.

El estudio agrega que «la presencia de nueva física» puede explicar estos misterios fundamentales al presentar un modelo del universo con una quinta dimensión que puede ser atravesada por partículas.

El estudio fue escrito por Javier Castellano y Matthias Neubert, físicos teóricos del PRISMA + Cluster of Excellence de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz, y Adrián Carmona, becario Athenea3i del departamento de física teórica y el cosmos de la Universidad de Granada.

«Hemos estado trabajando en un tema similar durante bastante tiempo», dijo el equipo en un correo electrónico.

«Nuestra motivación inicial fue explicar el posible origen de las masas de fermiones en teorías con una dimensión extra deformada».

«Sabíamos que las masas de estos electores tenían algunas características especiales, que pedían a gritos una explicación», dijeron.

Los investigadores forman parte de una larga tradición científica que cuestiona si las cuatro dimensiones que los humanos pueden comprender (espacio y tiempo 3D) son realmente todo lo que el universo tiene para ofrecer. Esta línea de investigación ha producido ecuaciones de campo de 5 dimensiones que expresan las implicaciones que tendría una dimensión extra sobre el universo y la realidad misma.

Mientras investigaba estas ecuaciones en relación con las masas de fermiones, el equipo esbozó la existencia de un nuevo campo escalar asociado con una partícula especulativa que es aproximadamente similar al campo de Higgs asociado con la famosa partícula del bosón de Higgs.

«Descubrimos que el nuevo campo escalar tenía un comportamiento interesante y no trivial a lo largo de la dimensión extra», explicó el equipo. «Dado que esta nueva partícula tiene propiedades cuánticas muy similares a las del bosón de Higgs, era muy natural asumir que las dos partículas deberían mezclarse entre sí, lo que significa que sus funciones de onda de la mecánica cuántica están entrelazadas».

«Estudiar esta mezcla fue una de las motivaciones originales de este trabajo», agregaron los investigadores.

Al probar esta hipótesis, los físicos se dieron cuenta de que la partícula pesada podría ofrecer «una ventana única» a la materia oscura porque podría mediar una nueva fuerza que conecta la materia oscura y su contraparte visible más familiar, que toma la forma de estrellas, planetas, y todo lo demás que podamos detectar con la astronomía tradicional basada en la luz.

«Si esta partícula pesada existe, necesariamente conectaría la materia visible que conocemos y que hemos estudiado en detalle con los constituyentes de la materia oscura, asumiendo que la materia oscura está compuesta de fermiones fundamentales, que viven en la dimensión extra», explicaron los físicos.

«Esta no es una idea descabellada, ya que sabemos que la materia ordinaria está hecha de fermiones y que, si existe esta dimensión adicional, es muy probable que se propaguen a ella», señalaron.

Los modelos de la partícula hipotética no entraron en conflicto con la evidencia observacional real de la abundancia de materia oscura en el universo. Este acuerdo general con la evidencia empírica, junto con el considerable trabajo matemático en el estudio, demuestra que la partícula podría ser «un posible nuevo mensajero para el sector oscuro», dijeron los investigadores.

«Por lo tanto, confirmar la existencia de una nueva partícula escalar abrirá un camino emocionante hacia el posible descubrimiento de la materia oscura», dijo el equipo. «Esto nos dará, en particular, información muy útil sobre el posible rango de masa de la materia oscura y sus interacciones con las partículas que conocemos hoy en día».

Ahora que los científicos tienen una pista sobre esta partícula hipotética y su quinta dimensión, tienen que buscarla. El bosón de Higgs finalmente fue descubierto por el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en Suiza en 2012, un logro que le valió el Premio Nobel de Física. Sin embargo, el LHC no estaría equipado para buscar la partícula propuesta en el nuevo documento, ya que sería demasiado pesada para generarla en cualquier instalación actual.

Aunque la partícula podría ser detectable para una nueva generación de colisionadores propuestos, como el Colisionador Lineal Internacional, el Colisionador Lineal Compacto (CLIC) y el Future Circular Collider, los investigadores dijeron que «debido a su gran masa, las perspectivas de un descubrimiento tan directo parecen muy desafiantes incluso a las altas energías discutidas para una máquina de este tipo (100 TeV)».

Aun así, los investigadores creen que la partícula podría detectarse de forma más indirecta, como mediante la observación de ondas gravitacionales, que son ondas en el espacio-tiempo.

«Otra posibilidad, que aún no exploramos, es que esta nueva partícula podría desempeñar un papel importante en la historia cosmológica del universo y podría producir ondas gravitacionales que se pueden buscar con futuros detectores de ondas gravitacionales», agregaron los investigadores.

Los estudios futuros de la materia oscura también podrían ayudar a construir las probabilidades de la existencia de la partícula, por lo que el equipo es optimista de que su concepto de la quinta dimensión se desarrollará junto con los avances en la física de partículas y la cosmología. Más allá de sus implicaciones para comprender la materia oscura, la partícula, si existe, podría arrojar luz sobre dilemas científicos de larga data, como el acertijo del sabor o el problema de la jerarquía, al tiempo que abre una nueva ventana al universo temprano.

«Se podría estudiar el papel potencial que juega la nueva partícula escalar en la estabilización de la dimensión extra», dijo el equipo. «Esto también podría eventualmente conducir a una interesante historia cosmológica del universo y podría conducir a la producción de ondas gravitacionales. Esta es una línea de investigación interesante, que planeamos seguir en los próximos meses».

«También se podría intentar encontrar nuevas formas de sondear esta partícula en futuros colisionadores de hadrones», concluyeron los investigadores. «Como puede ver, ¡hay muchas cosas en las que uno puede pensar!»

https://www.vice.com/en/article/z3vkny/scientists-have-proposed-a-new-particle-that-is-a-portal-to-a-5th-dimension