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La mayoría de los campos cuánticos que llenan nuestro universo tienen un estado preferido, y solo uno, en el que permanecen por la eternidad. La mayoría pero no todos.
Verdaderos y falsos vacíos
En la década de 1970, los físicos aprendieron la importancia de otra clase de campos cuánticos, cuyos valores prefieren no ser cero, ni siquiera en promedio. Tal «campo escalar» es como una colección de péndulos, cada uno levitando, digamos, en un ángulo de 10 grados. Esta configuración puede ser el estado fundamental: los péndulos prefieren este ángulo y son estables.
En 2012, los experimentadores del Gran Colisionador de Hadrones demostraron que un campo escalar conocido como campo de Higgs impregna el universo. Al principio, en el cálido universo primitivo, sus péndulos apuntaban hacia abajo. Pero a medida que el cosmos se enfrió, el campo de Higgs cambió de estado de la misma manera que el agua puede congelarse y convertirse en hielo, y todos sus péndulos se elevaron en el mismo ángulo. (Este valor de Higgs distinto de cero le da a muchas partículas elementales la propiedad conocida como masa).
Para campos escalares, la estabilidad del vacío no es necesariamente absoluta. Los péndulos de un campo pueden tener varios ángulos semiestables y una propensión a cambiar de una configuración a otra. Los teóricos no están seguros de si el campo de Higgs, por ejemplo, ha encontrado su configuración favorita de todos los tiempos: el verdadero vacío. Algunos han argumentado que el estado actual del campo, aunque tiene 13.800 millones de años, es solo temporalmente estable o «metaestable».
Si es así, los buenos tiempos no durarán para siempre. En la década de 1980, los físicos Sidney Coleman y Frank De Luccia describieron cómo un falso vacío de un campo escalar puede «decaer». En cualquier momento, suficientes péndulos se mueven hacia un ángulo más favorable en un lugar, atraen a sus vecinos hacia ellos y una burbuja de verdadero vacío vuela hacia afuera a casi la velocidad de la luz. Reescribirá la física en su camino y destruirá los átomos y moléculas en su camino. (No se asuste. Incluso si nuestro vacío solo es metaestable, dado su poder de permanencia hasta ahora, es probable que dure miles de millones de años).
En la variabilidad potencial del campo de Higgs, los físicos identificaron la primera de las formas virtualmente infinitas en que la nada podría matarnos a todos.
Más problemas, más vacíos
A medida que los físicos intentaban encajar las leyes establecidas de la naturaleza en un conjunto más grande (y, por lo tanto, llenar grandes vacíos en nuestra comprensión), inventaron posibles teorías de la naturaleza con campos adicionales y otros ingredientes.
A medida que los campos se acumulan, estos interactúan, afectando los péndulos de cada uno y formando nuevas configuraciones mutuas en las que tienden a atascarse. Los físicos piensan en estos vacíos como valles en un «paisaje energético» montañoso. Diferentes ángulos de péndulo corresponden a diferentes cantidades de energía o alturas en el paisaje energético, y un campo trata de disminuir su energía tal como una roca trata de rodar colina abajo. El valle más profundo es el estado fundamental, pero la roca podría, al menos por un tiempo, descansar en un valle más alto.
Hace unas décadas, el paisaje explotó en escala. Los físicos Joseph Polchinski y Raphael Bousso investigaron ciertos aspectos de la teoría de cuerdas, el principal marco matemático para describir el lado cuántico de la gravedad. La teoría de cuerdas solo funciona si el universo tiene alrededor de 10 dimensiones, con las adicionales enrolladas en formas diminutas para discernir. Polchinski y Bousso calcularon en 2000 que tales dimensiones adicionales podrían plegarse de innumerables formas. Cada tipo de plegado formaría su propio vacío con sus propias leyes físicas.
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