«Espero que hagas agujeros negros», dijo Stephen con una amplia sonrisa.
Salimos del ascensor de carga que nos había llevado bajo tierra a la caverna de cinco pisos que albergaba el experimento ATLAS en el laboratorio del CERN, la legendaria Organización Europea para la Investigación Nuclear cerca de Ginebra. El director general del CERN, Rolf Heuer, movió los pies con inquietud. Esto fue en 2009, y alguien había presentado una demanda en los Estados Unidos, preocupado de que el Gran Colisionador de Hadrones del CERN, el LHC, recién construido, produjera agujeros negros u otra forma de materia exótica que podría destruir la Tierra.
El LHC es un acelerador de partículas en forma de anillo que se construyó, principalmente, para crear bosones de Higgs, el eslabón perdido, en ese momento, en el modelo estándar de física de partículas. Construido en un túnel debajo de la frontera entre Suiza y Francia, su circunferencia total es de 27 kilómetros (casi 17 millas), y acelera protones y antiprotones que corren en haces contrarrotativos en sus tubos de vacío circulares al 99,9999991% de la velocidad de la luz. En tres lugares a lo largo del anillo, los haces de partículas aceleradas pueden ser dirigidos hacia colisiones altamente energéticas, recreando condiciones comparables a las que reinan en el universo una pequeña fracción de segundo después del big bang caliente, cuando la temperatura era más de un millones de billones de grados. Las huellas del rocío de partículas creadas en estas violentas colisiones frontales son captadas por millones de sensores apilados como minibloques de Lego para formar detectores gigantes, incluido el detector ATLAS y el Compact Muon Solenoid, o CMS.
La demanda pronto sería desestimada sobre la base de que «el temor especulativo de un daño futuro no constituye un daño de hecho suficiente para conferir legitimación». En noviembre de ese año, el LHC se encendió con éxito, después de una explosión en un intento anterior, y los detectores ATLAS y CMS pronto encontraron rastros de bosones de Higgs en los restos de las colisiones de partículas. Pero, hasta ahora, el LHC no ha creado agujeros negros.
Sin embargo, ¿por qué no era del todo irrazonable que Stephen (y también Heuer, creo) esperara que fuera posible producir agujeros negros en el LHC? Por lo general, pensamos en los agujeros negros como los restos colapsados de estrellas masivas. Sin embargo, esta es una visión demasiado limitada, ya que cualquier cosa puede convertirse en un agujero negro si se comprime en un volumen suficientemente pequeño. Incluso un solo par protón-antiprotón acelerado casi a la velocidad de la luz y chocando en un poderoso acelerador de partículas formaría un agujero negro si la colisión concentrara suficiente energía en un volumen lo suficientemente pequeño. Sería un pequeño agujero negro, seguro, con una existencia fugaz, ya que se evaporaría instantáneamente a través de la emisión de Radiación de Hawking.
Al mismo tiempo, si la esperanza de Stephen y Heuer de producir agujeros negros se hubiera hecho realidad, habría señalado el final de la búsqueda de décadas de los físicos de partículas para explorar la naturaleza a distancias cada vez más cortas mediante la colisión de partículas con energías cada vez mayores. Los colisionadores de partículas son como microscopios, pero gravedad parece establecer un límite fundamental a su resolución, porque desencadena la formación de un agujero negro cada vez que aumentamos demasiado la energía tratando de asomarnos a un volumen cada vez más pequeño.
En ese punto, agregar aún más energía produciría un agujero negro más grande en lugar de aumentar aún más el poder de aumento del colisionador. Curiosamente, por lo tanto, la gravedad y los agujeros negros invierten por completo el pensamiento habitual en la física de que las energías más altas sondean distancias más cortas. El punto final de la construcción de aceleradores cada vez más grandes no parece ser un bloque de construcción fundamental más pequeño, el sueño final de todo reduccionista, sino un espacio-tiempo curvo macroscópico emergente. Al convertir distancias cortas en distancias largas, la gravedad se burla de la idea profundamente arraigada de que la arquitectura de la realidad física es un sistema ordenado de escalas anidadas que podemos despegar una por una para llegar a un constituyente fundamental más pequeño. La gravedad, y por lo tanto el propio espacio-tiempo, parece poseer un elemento antirreduccionista.
Entonces, ¿a qué escala microscópica la física de partículas sin gravedad se transmuta en física de partículas con gravedad? (O dicho de otro modo, ¿cuánto costaría cumplir el sueño de Stephen de producir agujeros negros?) Esta es una pregunta que tiene que ver con la unificación de todas las fuerzas, el tema de este capítulo. La búsqueda de un marco unificado que abarcara todas las leyes básicas de la naturaleza ya era el sueño de Einstein. Se relaciona directamente con si la cosmología de multiversos realmente tiene el potencial de ofrecer una perspectiva alternativa sobre el diseño que alienta la vida de nuestro universo. Porque solo una comprensión de cómo todas las partículas y fuerzas encajan armoniosamente entre sí puede brindar más información sobre la singularidad, o la falta de ella, de las leyes físicas fundamentales y, por lo tanto, en qué nivel se puede esperar que varíen a través del multiverso.
Extraído de SOBRE EL ORIGEN DEL TIEMPO. Copyright © 2023 por Thomas Hertog.
Publicado por Bantam, un sello de Penguin Random House.