¿Puede el bosón de Higgs salvarnos de la amenaza de los cerebros de Boltzmann?

Un campo de Higgs metaestable destruiría el Universo, pero a la vez nos salvaría con ello de la presencia de cerebros de Boltzmann.

Los físicos teóricos son gente un poco especial y, a veces, el objeto de sus estudios puede estar desligado del mundo cotidiano, tanto en el espacio como en el tiempo. La comprobación experimental de sus teorías es muchas veces muy complicada, por no decir imposible. Esto hace que la falsabilidad de las mismas tenga sus dificultades.
Conceptos como “la verdad” platónica en Física Teórica son inalcanzable en la mayoría de los casos. Nos tenemos que conformar con “una verdad provisional” que se nos ofrece en un momento dado sabiendo que será sustituida por otra en el futuro si sigue habiendo humanos que hagan ciencia. En realidad no se sabe si las teorías y leyes físicas se inventan o se descubren.

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Cuando ya creíamos que el destino del Universo era una pacífica y suave expansión por los siglos de los siglos, vienen unas observaciones a sacarnos del error y que nos dicen que hay algo a lo que hemos llamado energía oscura que acelera dicha expansión. Esto fue descubierto a mediados de los años noventa del pasado siglo y aún se desconoce si naturaleza.
El caso es que la energía oscura hará que el universo se expanda cada vez más rápido hasta que las galaxias desparezcan del horizonte observacional a mayor velocidad que la luz. Lo que para “nuestros descendientes” quede de lo que ahora vemos será un universo isla denominado Lactómeda (producto da la fusión de nuestra galaxia con la galaxia de Andrómeda) en un universo de De Sitter. Un universo de De Sitter es una de las soluciones clásicas de la Relatividad General que está dominado por la energía del vacío. Veremos más adelante que esto tiene ciertas implicaciones interesantes.
Por otro lado Boltzmann propuso en su día que, debido a las propiedades de las fluctuaciones termodinámicas, puede aparecer cualquier cosa si se espera tiempo suficiente. Incluso podrían aparecer de forma espontánea sistemas cerebrales autoconscientes que no necesiten de un cuerpo para pensar. Obviamente, al igual que el gato de Shrödinger, se trataba de señalar una situación paradójica en la que la asunción de ciertas premisas lleva a una situación absurda.

Puede parecer una tontería, pero Boltzmann propuso que nuestro particular mundo bajo en entropía y nosotros mismos pueden ser considerados fluctuaciones en el seno de un universo con mayor entropía. Para un universo lo suficientemente grande es inevitable que haya una multitud de cerebros de Boltzmann flotando por ahí.
Obviamente el origen de la organización que nos rodea se debe a los mecanismos evolutivos de la selección natural, que no se basan en una única fluctuación estadística, sino en multitud de ellas que son filtradas de un modo eficaz hasta logran crear un cerebro humano.
Pero esta idea de Boltzmann fue resucitada hace una década cuando los físicos se dieron cuenta de que el modelo de Universo aceptado ahora, producto de la expansión acelerada, tiende a crear cerebros de Boltzmann, pues proporciona espacio y tiempo ilimitados para ello. En una fase de De Sitter eterna se dará una temperatura finita en el espacio vacío con sus correspondientes fluctuaciones térmicas que puedan dar lugar a estos cerebros incorpóreos, incluso con memoria de un pasado. Bueno, de hecho podría aparecer cualquier cosa: una copia de la Mona Lisa, la enciclopedia británica, una copia del David de Miguel Ángel, copias del lector de este artículo, etc. Incluso podría aparecer cosas muy repugnantes: empresaurios españoles, políticos corruptos, sobres con dinero, la ciudad de Madrid organizando los JJOO, etc. Aparecería cualquier cosa compatible con las leyes físicas, compatibles o no con las leyes éticas.
Podemos pensar que en un universo en expansión acelerada esto no puede darse porque este está cada vez más diluido y no queda materia que pueda reorganizarse al azar en cualquier cosa. Pero no hace falta que quede materia ordinaria. En un universo de este tipo se crea un horizonte cosmológico similar al horizonte de sucesos de un agujero negro que tendría una radiación Hawking asociada que proporcionaría una temperatura finita. Es decir, un universo en expansión acelerada se comporta como un recinto relleno de gas y si esperamos el suficiente tiempo aparecerán los cerebritos mencionados a partir de átomos que consideraríamos normales. La mayor parte de ese universo estaría en un estado de equilibrio de alta entropía, pero localmente podrían aparecer cosas como copias de gente con memoria de su pasado y con una buena idea de cómo es el mundo exterior, pero estarían equivocados. Una de esas copias podría ser de usted, amigo lector.
Estas entidades autoconscientes aparecerían espontáneamente en el vacío gracias a las fluctuaciones y, según los cálculos sería algo inevitable. Incluso al final el número de estas entidades sería superior al número de cerebros (con cuerpo) tradicionales, lo que ya no haría de nosotros observadores típicos del Universo.
El problema serio de este escenario es que es cognitivamente inestable, pues como uno de esos observadores futuros no puedes simultáneamente creer que algo es verdad, pues tienes buenas razones para creer que es verdad, porque predice que todas esas razones que puedas creer que son tan buenas simplemente han aparecido en tu cabeza como fluctuaciones al azar.
Ese universo tan extraño parece inaceptable para los físicos y, por eso, algunos de ellos estudian mecanismos que puedan evitarlo. La manera más fácil y sencilla es que el Universo desaparezca antes de que empiecen a materializarse estos cerebros por aquí y por allá.
Una manera de acabar con el Universo antes de que aparezcan cerebros de Boltzmann ha sido propuesta recientemente por Sean Carroll (California Institute of Technology) y sus colaboradores. Según los físicos implicados la masa encontrada para el bosón de Higgs podría indicar que su campo asociado serían metaestables y este que puede caer a un estado de menor energía al cabo de un tiempo. La transición se daría por efecto túnel con cierta probabilidad asociada que viene dada por la Mecánica Cuántica.
Eso significa que, después de un tiempo, este mecanismo de transición permitiría la aparición de una burbuja con leyes físicas distintas que crecería hasta destruir el Universo al completo. De este modo se evitaría la paradoja de los cerebros. Pero para que ello se dé es necesario que la burbuja crezca a una velocidad mayor que la propia expansión del Universo, algo para lo que incluso la velocidad de la luz puede ser insuficiente. Si esta velocidad no es suficiente entonces quedaría lugar (espacio en expansión) para la aparición de cerebros de Boltzmann.
Los cálculos de estos físicos están basados tanto en la masa del Higgs (125 GeV) como en la del quark top (178 GeV) y el resultado depende de la precisión con la que se midan ambas masas. La precisión actual no permite aún asegurar que el campo de Higgs termine con el Universo antes de que aparezcan los cerebros de Boltzmann. Pero, si es así, en otros 10.000 millones de años el Universo tal y como lo conocemos podría desaparecer, eliminando con ello, en una suerte de censura cósmica, la posibilidad de aparición de los famosos cerebros.
El estudio puede parecer un chiste, pero está basado en la Física conocida que damos por buena en muchos otros escenarios.
El LHC funcionará en 2015 a una mayor energía de la que ha venido usando hasta ahora y permitirá, entre otras cosas, saber mejor la masa del quark top. También se está pensando en la construcción del Colisionador Lineal Internacional, acelerador que haría colisionar electrones contra positrones. Este acelerador estaría concebido como una factoría de Higgs y permitiría medir las propiedades de esta partícula con mucha precisión. De momento hay dos proyectos compitiendo para su construcción que alcanzarían energías máximas muy distintas.
Los datos obtenidos permitirán saber algo más sobre la estabilidad del Higgs, sobre la posible transición de su vacío a un estado de menor energía y la posible percolación rápida de una burbuja de este nuevo estado hacia el resto del Universo.
Tampoco nunca estaremos seguros del pasado de la realidad existente y si algún día la podremos conocer si eso es posible. Puede que no seamos más que análogos cerebros de Boltzmann producto de otro universo previo. O puede que el Universo haya pasado por diversas estados de vacío del campo de Higgs en diversas transiciones y nos toca vivir esta de ahora.
El caso es que quizás lo más importante para un físico teórico es divertirse con su trabajo. Si no fuera por eso la Física no avanzaría.

Fuente  http://neofronteras.com/?p=4183

Fuentes y referencias:
Artículo original.
Blog de Sean Carroll.

Un cerebro de Boltzmann es una entidad hipotética consciente de sí misma, que se imagina originada por fluctuaciones aleatorias cosmológicas surgidas de un estado caótico de la realidad. Esta idea toma su nombre del físico estadístico Ludwig Boltzmann (1844-1906), a quien la literatura sobre este tema comúnmente le atribuye —sin identificar otra fuente que la tradición oral— haber propuesto que el Universo conocido surgió como una fluctuación aleatoria, similar a los imaginarios procesos bajo los que se supone que podrían darse los cerebros de Boltzmann.
La perspectiva de la realidad, que se halla presupuesta por el hecho de considerar esta propuesta, es que el “ser”, esto es, la constitución final de todas las entidades o entes, consiste en una predicación: que se agota en su descripción o mera variante lógica. Quizás el ejemplo más conocido de lo ser considerado como mera predicación es el “argumento ontológico” propuesto por Anselmo de Canterbury para probar que Dios existe. Expuesto sucintamente, ese argumento afirma que si Dios no existiera no sería perfecto, lo que en lógica puede admitirse como correcto; y a partir de allí el argumento ontológico propone que, en consecuencia, un ser que debe concebirse como perfecto debe también existir, lo que deriva de haber supuesto que “ser” consiste en mera predicación. Línea filosófica que supone que el pensamiento puede crear el “ser” (es decir, que el pensamiento es poietizante o productivo, del griego “póiesis”, producir). En términos religiosos, se trata de afirmar que “el Hijo prevalece sobre el Padre” (similar, en términos filosóficos, a afirmar que el Lógos o plexo de todas las distinciones prevalece sobre el Ser de los entes), o que Zeus devora a Chronos. Esta suposición la compartieron las posturas idealistas y subjetivistas-transcendentalistas (como el idealismo alemán o la expuesta en la película Matrix). También es una de las halladas con más frecuencia en los sostenedores del creacionismo y del llamado principio antrópico, que han prosperado sobre todo en países cuya cultura se desarrolló tributariamente al Protestantismo. Es solamente para quienes comparten ese ambiente conceptual o esa postura filosófica que se les aparece una paradoja, explicada en lo que sigue, y que para superar o resolver esa paradoja deben imaginarse los cerebros de Boltzmann.

Se suele hacer referencia a estas conjeturales entidades en el contexto de la paradoja del cerebro de Boltzmann (o paradoja BB por el inglés, Boltzmann Brain paradox)
El problema en que se genera proviene de la necesidad, de explicar por qué observamos tal grado de orden en el Universo. La segunda ley de la termodinámica afirma que la entropía en el Universo siempre se incrementará. Algunos han podido pensar, pues, que el estado más probable del Universo es uno de alta entropía, casi uniforme y desordenado. Así que, se preguntan, ¿por qué la entropía que observamos es tan baja?
Debe aclararse que ese Universo, al que así se contempla, es el subuniverso (término este de John Archibald Wheeler) o porción completa de la naturaleza que teóricamente sería posible llegar a observar, y no rincones tan pequeños como la superficie de nuestro planeta. En esta, el orden abunda aun mucho más (por ejemplo, en los organismos vivos, o en complejas estructuras como el cerebro) debido al subproceso integrativo de la evolución biológica o subproceso de Crocco. Este subproceso (explicado en castellano en una clase disponible como audiotexto en http://electroneubio.secyt.gov.ar/palindrome_spanish_1parte.mp3 , que traduce el capítulo 12 de la Referencia en inglés, “A Palindrome”) no deroga la segunda ley de la termodinámica ni impide que, en nuestro subuniverso, la entropía tienda siempre a aumentar. Este último hecho actualmente se relaciona con la creación de espacio en forma continua, en la llamada expansión del universo. Dentro de una nueva descripción señalaba el paso del determinismo hacia las probabilidades y de la reversibilidad hacia la irreversibilidad, Prigogine y colaboradores lo habían abordado en términos probabilísticos (Prigogine suponía que “los objetos fundamentales de la física ya no son trayectorias o funciones de onda sino probabilidades”), sin llegar a un tratamiento causal-dinámico no estadístico de por lo menos algunas eclosiones, que es el que advierte en trabajos aun más recientes. Esta creación de espacio en tiempos modernos es un observable de la astronomía, que en los días de Boltzmann era desconocido por completo.
Por otra parte, es difícil percibir cómo aquella comparación estadística atribuida a Boltzmann podría entenderse, o justificarse, sin una previa asunción o suposición de independencia, similar a la formulada por Albert Einstein, Podolski y Rosen para sostener su propia paradoja. Prigogine, aun describiendo la evolución de la naturaleza -en todos sus niveles- como pura estadística de probabilidades, se opuso a reconocer realidad a una tal independencia. Dijo (ver reseña por Jorge Palacios C., en Referencias) que “Aquí la noción central es la de correlación. En el curso del tiempo nacen y se propagan correlaciones. Empezamos a concebir el modo como la irreversibilidad puede aparecer en el nivel estadístico. Se trata de construir una dinámica de las correlaciones y ya no una dinámica de las trayectorias”. Tal como la paradoja EPR, también esta alegada paradoja del cerebro de Boltzmann puede sostenerse dentro su contexto de prefiguraciones filosóficas, ya señalado, solamente mientras uno estime asimismo posible alguna correlación (por vía de “entanglement” cuántico o de alguna otra manera; es decir, un universo que esté transformándose solidariamente en todas sus partes o “en bloque”) entre partes del universo tan separadas que a la velocidad de la luz no habrían podido comunicarse hasta ahora.
A Boltzmann pues la literatura sobre este tema le atribuye haber propuesto que nosotros y el Universo de mucho orden (o baja entropía) que observamos somos en realidad una fluctuación aleatoria eclosionada en un Universo de mayor entropía, mucho más grande e inobservable. Incluso en un estado cercano al equilibro, allí existirían fluctuaciones estocásticas del nivel de entropía. Las fluctuaciones (subuniversos) más comunes serían relativamente pequeñas, únicamente dando lugar a pequeñas cantidades de orden, mientras que fluctuaciones mayores y sus mayores niveles de organización asociados serían relativamente más raros. En otras palabras, en tal propuesta no se advierte que el orden en ciertas circunstancias (a saber, tras la extensión espacial de los procesos temporales) incrementa el desorden (subproceso integrativo de Crocco, citado, que se describe en términos no-probabilísticos) ni que es superluo acudir a fluctuaciones cosmológicas globales para dar cuenta de los aumentos locales y transitorios del inverso de la entropía (orden, o entalpía). En la línea del pensamiento atribuido a Boltzmann, se reconoce que enormes fluctuaciones cosmológicas serían altísimamente improbables, pero se afirma que esto puede ser explicado por el enorme tamaño del Universo (aunque este es concebido como un bloque ligado) y por la idea de que, si somos resultado de una fluctuación, hay un proceso de “selección” implícito: observamos este universo tan improbable porque tal improbabilidad es necesaria para que estemos aquí.
Todo ello conduce al concepto del cerebro de Boltzmann: si nuestro actual nivel de organización, donde están dadas muchas entidades conscientes de sí mismas, es el resultado de una fluctuación aleatoria, este nivel sería mucho más improbable que un nivel de organización que sólo fuera capaz de crear una única entidad consciente de sí misma. Ha de advertirse que en tal suposición se identifica psiquismo o consciencia con sus contenidos mentales o mente, en la tradición de John Locke, y se supone que el psiquismo resulta del nivel de organización (complejidad), en modo paralelo pero inverso a como los escolásticos consideraban que la existencia del alma derivaba de su nivel de simplicidad. Asimismo, no se supera el nivel descriptivo propio de los tratamientos probabilísticos y, debido al mencionado entendimiento de lo ser como predicación, se considera a las probabilidades como si fueran existentes en acto. Ha de advertirse también que los elaboradores de la conjetura del cerebro de Boltzmann a menudo se refieren a la entropía como si esta fuera una cantidad absoluta, pasando de “entropía en aumento” a “baja entropía”. En realidad, la entropía se define por su fórmula dS = dQ/T, que expresa una relación diferencial entre energía Q y entropía S mediada por la temperatura T. Esto permite pensar a la temperatura como si estuviera diluyendo el impacto del cambio de energía (potencia) a lo largo del cambio de entropía (tasa de bits, o bit rate, en las equivalencias informáticas de la termodinámica), de modo similar a como el ruido diluye la tasa de bits en un canal de información para una potencia de transmisor determinada. (Nota técnica: esta ilustración se ve aun más clara cuando ambos lados de la ecuación son divididos por dt como la diferencial de tiempo, para obtener dS/dt = (dQ/dt)/T ). En otros términos, se pueden medir cambios en entropía integrando sobre un intervalo (tiempo), de modo que uno puede perfectamente referirse a entropía creciente o decreciente, pero no existe fórmula ninguna para la constante de integración. Por este motivo no se alude a ninguna noción con significado al pretender referirse a entropía alta o baja en términos absolutos (error este en el que no se conoce que Boltzmann mismo hubiera incurrido). Sólo cabe referirse con sentido a una entropía más alta o bien más baja que otra.

http://teknociencia.com/clip/la-busqueda-del-boson-de-higgs_v2072

The Origin of the Universe and the Arrow of Time

Bibliografia Wikipedia.org http://www.nytimes.com/2008/01/15/science/15brain.html?_r=0

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