La mayoría de los campos cuánticos que llenan nuestro universo tienen un estado preferido, y solo uno, en el que permanecerán por la eternidad. La mayoría, pero no todos.
Vacío verdadero y falso
En la década de 1970, los físicos llegaron a apreciar la importancia de una clase diferente de campos cuánticos cuyos valores prefieren no ser cero, incluso en promedio. Tal “campo escalar” es como una colección de péndulos que flotan en, digamos, un ángulo de 10 grados. Esta configuración puede ser el estado fundamental: los péndulos prefieren ese 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 enfriaba, el campo de Higgs cambiaba de estado, como el agua puede congelarse y convertirse en hielo, y todos sus péndulos se elevaban en el mismo ángulo. (Este valor de Higgs distinto de cero es lo que le da a muchas partículas elementales la propiedad conocida como masa).
Con campos escalares alrededor, la estabilidad del vacío no es necesariamente absoluta. Los péndulos de un campo pueden tener múltiples 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 absoluta: el verdadero vacío. Algunos han argumentado que el estado actual del campo, a pesar de haber persistido durante 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 podía “decaer”. En cualquier momento, si suficientes péndulos en algún lugar se abren camino hacia un ángulo más favorable, arrastrarán a sus vecinos a su encuentro, y una burbuja de verdadero vacío volará hacia afuera a casi la velocidad de la luz. Reescribirá la física a medida que avanza, rompiendo los átomos y las moléculas en su camino. (No se asuste. Incluso si nuestro vacío es solo metaestable, dado su poder de permanencia hasta ahora, probablemente durará miles de millones de años más).
En la mutabilidad potencial del campo de Higgs, los físicos identificaron la primera de una cantidad prácticamente infinita de formas en que la nada podría matarnos a todos.
Más problemas, más aspiradoras
A medida que los físicos han intentado encajar las leyes confirmadas de la naturaleza en un conjunto más grande (llenando los vacíos gigantes en nuestra comprensión en el proceso), han elaborado teorías candidatas de la naturaleza con campos adicionales y otros ingredientes.
Cuando los campos se amontonan, interactúan, influyendo en los péndulos de los demás y estableciendo nuevas configuraciones mutuas en las que les gusta quedarse atrapados. Los físicos visualizan estos vacíos como valles en un “paisaje de energía” ondulante. Diferentes ángulos de péndulo corresponden a diferentes cantidades de energía, o altitudes en el paisaje energético, y un campo busca disminuir su energía tal como una piedra busca rodar cuesta abajo. El valle más profundo es el estado fundamental, pero la piedra podría descansar —al menos por un tiempo— en un valle más alto.
Hace un par de décadas, el paisaje explotó en escala. Los físicos Joseph Polchinski y Raphael Bousso estaban estudiando ciertos aspectos de la teoría de cuerdas, el principal marco matemático para describir el lado cuántico de la gravedad. La teoría de cuerdas funciona solo si el universo tiene unas 10 dimensiones, con las adicionales acurrucadas en formas demasiado pequeñas para detectarlas. Polchinski y Bousso calcularon en el año 2000 que tales dimensiones adicionales podrían plegarse de muchas maneras. Cada forma de plegado formaría un vacío distinto con sus propias leyes físicas.