Misión cósmica de cero a infinito

Antonio Padilla es físico teórico y cosmólogo de la Universidad de Nottingham. Se ha desempeñado como Jefe de Cosmología en el Reino Unido durante más de una década y es conocido por sus frecuentes apariciones como invitado en el popular canal de YouTube, Nº de archivo.

A continuación, Antonio comparte 5 ideas clave de su nuevo libro, Grandes números y dónde encontrarlos: una búsqueda cósmica de cero a infinito. Escuche la versión en audio, leída por el propio Antonio, en la aplicación Next Big Idea.

1. 0.0000000000000001

Este es un número pequeño, y los números pequeños traicionan algo inesperado. Por ejemplo, soy un cantante realmente malo. Definitivamente no se esperaba que ganara El décimo factor o idolo Americano. Se podría decir que la probabilidad de que yo gane es un número realmente pequeño.

El bosón de Higgs también es inesperado, por lo que también tiene un número pequeño. Es posible que haya oído hablar del bosón de Higgs. Esto apareció en las noticias después de su descubrimiento en el laboratorio de física de partículas del CERN en 2012. Los físicos de partículas estaban entusiasmados en ese momento. Se decía que el Higgs era la última pieza del rompecabezas de partículas, ayudando a explicar el origen de la masa en nuestro universo.

Lo que nadie te ha dicho nunca es que los físicos de partículas también nos sentimos un poco tímidos. Nuestras mejores teorías microscópicas nos decían que el bosón de Higgs podía dar forma a la transformación en otras partículas fundamentales. Todo ese cambio en la forma debería haber pesado tanto que Higgs pesó unos pocos microgramos, casi como una mosca de hadas, una pequeña avispa que resulta ser el insecto más pequeño del mundo.

«Se decía que el Higgs era la última pieza del rompecabezas de partículas, que ayuda a explicar el origen de la masa en nuestro universo».

La cuestión es que las partículas básicas no tienden a pesar tanto como los insectos. Aunque, en teoría, Higgs debería Pesa tanto como un bicho de hadas, no pesa tanto. Es 0.0000000000000001 veces más ligero y nadie entiende por qué. Hemos tratado de explicar lo que está pasando de varias maneras: observando dimensiones adicionales, supersimetrías masivas a medida que multiplicamos la cantidad de partículas en la naturaleza e incluso tratando de descomponer el Higgs en pequeños fragmentos. Pero en vano, porque los experimentos en el CERN aún no han encontrado ninguna evidencia que explique el bosón de Higgs. El rompecabezas permanece.

2. 10^(-120)

Higgs fue inesperado, pero no tan inesperado como nuestro universo. Nuestro universo está descrito por un número realmente pequeño: 10^(-120). Eso es menos de una parte de googol.

El universo se está expandiendo, lo que significa que la distancia entre las galaxias se está agrandando, no porque las galaxias se estén alejando unas de otras, sino porque el espacio mismo está creciendo. Esta expansión se está acelerando. Algo está impulsando el universo, haciendo que crezca a un ritmo cada vez mayor.

La mayoría de los físicos creen que está siendo empujado por la energía del espacio vacío. Este es el llamado energía de vacío—La energía que queda cuando el universo se vacía de todas las estrellas, planetas, humanos y hombrecitos verdes, de modo que solo queda el vacío. Podrías pensar que algo vacío no contiene energía, pero esto no es cierto. La mecánica cuántica nos dice que un vacío es un caldo vibrante y burbujeante de partículas virtuales que emergen y desaparecen. Estas partículas pesan el vacío de la misma manera que el peso de Higgs. Le da al vacío una energía que puede impulsar el universo.

El problema es que ella quiere esforzarse al máximo. Cuando haga los cálculos, se dará cuenta de que un vacío debe contener una gran cantidad de energía. De hecho, la energía es tan grande que debería haber empujado al universo al olvido en el momento en que nació, pero no sucedió. El universo se hizo más y más viejo. Eso es porque la energía real del vacío es mucho más baja de lo que esperábamos. Para restaurar la cantidad de aceleración cósmica que vemos a través de los telescopios, necesitamos que la energía del vacío sea 10^(-120) veces menor que nuestras expectativas teóricas.

Es basura, ¿no? He pasado la mayor parte de mi carrera pensando en este problema. El universo debería haber sabido desde el principio que envejecería. Ella debe haber tenido algún grado de conocimiento previo.

3. googolplex.

¿Quizás has oído hablar de googol? Es un 1 seguido de cien ceros. Bueno, el googolplex es más grande: ¡es un número seguido de ceros de googol! Para estimar adecuadamente la escala de esto, considere el mundo googolpliciano. Este es el universo que es el googolplex en metros, pulgadas o cualquier otra unidad similar a la Tierra.

«En el mundo googolpliciano, hay un doppelgänger, probablemente leyendo Book Bites».

En el mundo googolpliciano, encontrarás algo genial: doppelgängers. Réplicas tuyas y mías y de todos los que conoces. No me refiero solo a los parecidos, sino a las réplicas, hasta el ADN cuántico: la misma nariz, el mismo cabello, incluso los mismos pensamientos.

Todo se reduce a la cantidad de formas diferentes en que puede armar un espacio de tamaño humano. Hay muchas menos formas que googolplex para hacer esto. La razón tiene que ver con la física de los agujeros negros. De todos modos, una de estas agrupaciones me corresponde a mí, otra a ti, otra a un espacio vacío, etc. A medida que navegas por el universo googopliciano, ver la repetición es inevitable. No hay suficientes arreglos disponibles para mantenerlo diferente cada vez.

En un mundo googolpliciano, un doppelgänger está justo ahí, probablemente leyendo Book Bites.

4. Graham No..

Piensa en un número realmente grande e intenta visualizarlo. ¿Sigues aquí? Si lo estuvieras, estoy seguro de que no pensaste en el número de Graham, porque si lo hicieras, morirías.

El número de Graham es grande. De hecho, durante mucho tiempo se ha dicho que es el número más grande jamás mostrado en una prueba matemática. El número de Graham no es tan grande como un billón, o incluso un googolplex. Es un verdadero leviatán. Si tratas de imaginarte su representación decimal escrita por todas partes, número tras número, tu cabeza colapsará en un agujero negro. Es una condición conocida como muerte de cabeza de agujero negro y no hay cura conocida.

Sucede porque hay una gran cantidad de información en el número de Graham, y la información está pesando. ¿Y si Justin Bieber nos engañara para que pensemos el número de Graham? Cuando el Número de Graham entró en su cerebro, estaba tomando un bloque. Eventualmente, hay tanto de esto que su cerebro comienza a calentarse y quiere explotar. Suponiendo que pueda evitar esto, ¿entonces qué? Más números, más información, más peso. Eventualmente llegó a un punto donde el único objeto capaz de almacenar tanto peso en un espacio del tamaño de su cabeza sería un agujero negro.

“La esperanza es que algún día podamos descubrir qué está sucediendo realmente en el centro de un agujero negro, y tal vez Puedenen el momento de la creación.

Los agujeros negros del tamaño de una cabeza son muy peligrosos. El problema es que la superficie del agujero negro está muy cerca de la aterradora singularidad que se encuentra dentro. Aquí es donde el espacio y el tiempo se separan infinitamente y el campo gravitatorio se vuelve infinitamente fuerte. Si un ventilador se acerca al agujero negro Pepper, las ondas gravitacionales en la cabeza del agujero negro harán trizas el ventilador. El número de Graham sería una mala noticia para cualquiera que esté obsesionado con Justin Bieber.

5. Infinito.

Black Hole Biebers puede parecer fantasioso, pero los agujeros negros son inequívocamente reales, y dentro de ellos se encuentra una singularidad: el lugar donde el espacio-tiempo toca el infinito, donde el campo gravitatorio se sale de control. Aquí es donde el mundo físico parece romperse y nuestras ecuaciones ya no tienen sentido. No solo encuentras singularidades dentro de los agujeros negros. También los encuentras en el Big Bang, cuando rastreas el universo hasta el comienzo de los tiempos.

Para superar estos infinitos, necesitamos una teoría cuántica de la gravedad: una forma de pensar sobre los campos gravitatorios más fuertes y cómo interactúan con todo el mundo físico en la escala más pequeña. Necesitamos una teoría del todo.

Es decir, una teoría en la que los componentes básicos de la naturaleza no son partículas, sino hilos. Diminutos hilos, retorciéndose y vibrando, forman a cada uno de nosotros, y el espacio-tiempo mismo. Se espera que estas cuerdas aniquilen la gravedad infinita, y la esperanza es que algún día podamos usarlas para descubrir qué está pasando realmente en el centro de un agujero negro, y tal vez, solo Pueden, en el momento de la creación. en Génesis.

A través de una sinfonía de cuerdas, algún día podremos conocer la mente de Dios.

Para escuchar la versión en audio leída por el autor Antonio Padilla, descargue la aplicación Next Big Idea hoy: