¿Simulamos universos o somos seres virtuales dentro de una simulación?

Imagen del universo virtual creado por el simulador Illustris.
Imagen del universo virtual creado por el simulador Illustris.Illustris Collaboration

La mayor parte de las ciencias experimentales usan el método científico para hacerse preguntas sobre el mundo natural. El método comienza con una observación de un fenómeno que lleva al científico a formular una pregunta. La respuesta a esta pregunta, la hipótesis, ha de poder ser testada mediante experimentos controlados, en los cuales es posible cambiar uno o varios factores manteniendo el resto constante. Por ejemplo, si quiero ver si el azúcar se disuelve mejor en leche caliente que en leche fría, hay que estudiar como una misma cantidad de azúcar se disuelve en una misma cantidad de leche calentada a diferentes temperaturas. En todas las repeticiones del experimento se debe que usar el mismo tipo de azúcar, la misma leche y el mismo recipiente. El único parámetro que debe variar es la temperatura.

Lamentablemente, los astrofísicos no tenemos laboratorios en los que realizar experimentos controlados. Usando potentes telescopios podemos conocer algunas propiedades del universo en diferentes épocas, pero no podemos volver a crear el universo en el que vivimos una y otra vez cambiando, cada vez, una sola variable. ¿Cómo hacemos entonces para aplicar el método científico? Creando universos virtuales con tres “sencillos” pasos:

Paso 1: partimos de la imagen del universo más antigua que tenemos, la obtenida 380.000 años después del Big Bang. Esta imagen es lo que llamamos radiación de fondo de microondas. Esta radiación rellena todo el espacio que nos rodea y tiene una temperatura muy similar en todos sitios con pequeñas variaciones de 1 entre 100.000 partes. Estas pequeñas zonas corresponden a regiones ligeramente más densas que el resto del universo.

Paso 2: añadimos los ingredientes básicos, que en nuestro caso serán la materia ordinaria, la materia oscura y la energía oscura. La primera es la materia formada por átomos de todo tipo y que forma parte de todo lo que vemos, incluidos nosotros mismos. En el caso de la segunda, la materia oscura, desconocemos de qué partículas está compuesta. Como no la vemos, suponemos que no interacciona con la radiación. Es decir, no absorbe ni emite luz y, por ejemplo, si la ponemos delante del Sol no se calienta. Pero sí tiene masa. Conocemos la existencia de materia oscura y la cantidad presente en el universo por la atracción que ejerce sobre otros objetos que sí vemos. Poco podemos decir del tercer y último ingrediente, la energía oscura. Honestamente, no tenemos ni idea de qué es. Lo único que sabemos, porque las observaciones así lo indican, es que ejerce un efecto opuesto al de la gravedad, produciendo que los objetos del universo se alejen entre sí. En los últimos tiempos la energía oscura está ganando el pulso a la gravedad, lo que causa que nuestro universo se expanda cada vez más rápido.

Paso 3: añadimos como se relacionan todos estos ingredientes, es decir, las leyes de la física. Metemos todo en el horno precalentado a temperatura de unos 3.300℃, lo apagamos y lo dejamos que se vaya enfriando durante más o menos 13.700 millones de años virtuales, cuya conversión a tiempo real dependerá del número de procesadores de los que dispongamos.

Si observamos lo que pasa veremos que nuestro universo, gracias a la energía oscura, se va expandiendo poco a poco. Sin embargo, en algunas regiones, aquellas inicialmente más densas, la gravedad va ganando batallas y, gracias a ello, se empiezan a formar galaxias y, dentro de ellas, estrellas, planetas y agujeros negros. Según va pasando el tiempo, estas galaxias se van agrupando más y más e incluso se fusionan unas con otras para dar lugar a una variedad de formas y tamaños al final de la simulación increíblemente parecidas a las formas y tamaños de las galaxias que observamos con nuestros telescopios. Al terminar, nuestro universo ocupará un volumen 1.000 veces mayor del volumen inicial y las galaxias se habrán dispuesto en redes de estructuras filamentosas que, de nuevo, son casi indistinguibles de aquellas que vemos en nuestro universo real. Es esta similitud asombrosa entre las estructuras observadas y simuladas las que nos lleva a pensar que, a pesar de no conocer bien la naturaleza de dos de los ingredientes principales ni muchos detalles de las leyes físicas, nuestra receta no está muy equivocada.

Podemos repetir nuestro experimento modificando ligeramente los ingredientes principales o las leyes de la física y realizar así algo similar a un experimento controlado. De esta manera estudiamos, por ejemplo, cuál es la influencia de los agujeros negros supermasivos en el crecimiento de las galaxias o bajo qué condiciones se crean los elementos químicos necesarios para formar vida y en qué lugares del universo ésta es más probable.

En nuestro universo virtual las reacciones nucleares que tienen lugar en el interior de las estrellas no están simuladas. Ni siquiera tratamos de simular las estrellas. Basta con simular los efectos que las estrellas tienen en sus alrededores

Sin embargo, a pesar de contener billones de partículas, nuestras simulaciones son, necesariamente, muy simplificadas. No simulamos todas las partículas que forman parte del universo. De hecho, sabemos que esto es imposible. Sin embargo, esto no es necesario. Por ejemplo, en nuestro universo virtual las reacciones nucleares que tienen lugar en el interior de las estrellas no están simuladas. Ni siquiera tratamos de simular las estrellas. Basta con simular los efectos que las estrellas tienen en sus alrededores: la luz que emiten durante su vida y la energía y elementos químicos que liberan al morir. Algunos de estos efectos son poco conocidos y son gracias a este tipo de simulaciones que obtenemos más información acerca de ellos.

¿Qué nos permite discernir si nosotros mismos no somos parte de una simulación realizada por una civilización más avanzada?

Este concepto de la simulación del universo también puede aplicarse a la consciencia del ser humano. Aunque no sabemos realmente qué es la consciencia, podemos pensar que podemos reproducirla si simulamos un cerebro humano. Si contamos cada interacción entre sinapsis como una operación, nuestros cerebros hacen cerca de 10²º operaciones por segundo (multiplica 10x10x10… 20 veces para hacerte una idea de este número). Se necesitaría muchísimo menos poder de cómputo para simular el entorno exterior con el detalle suficiente para engañar a un cerebro virtual de que el entorno es real. Por ejemplo, no sería necesario simular todos los virus y bacterias del universo sino tan solo aquellas que, en cada momento, están siendo observadas con un microscopio. Del mismo modo, no sería necesario simular todos los átomos de una silla, sino tan solo los más externos, salvo cuando la silla se rompe. Es cierto que esto habría que hacerlo, no solo para un cerebro, sino para todos los humanos que han poblado la tierra en algún momento, unos cien mil millones. Sin embargo, nuestro poder de cómputo está avanzando tanto que en una o dos generaciones seremos capaces de realizar este tipo de simulaciones y podríamos usarlas, por ejemplo, para estudiar el comportamiento de los diferentes tipos de mentes. Pero, si esto es cierto, ¿qué nos permite discernir si nosotros mismos no somos parte de una simulación realizada por una civilización más avanzada? Otro día les hablaremos de los detalles de esta propuesta, realizada por el filósofo de la Universidad de Oxford Nick Bostrom y que, por loca que parezca, ha recibido mucho crédito entre científicos de todo el mundo. En cualquier caso, nuestras vidas van a proseguir del mismo modo ya sean reales o virtuales salvo que, claro, alguien apague el ordenador.

Patricia Sánchez Blázquez es profesora titular en la Universidad Complutense de Madrid (UCM).

Pablo G. Pérez González es investigador del Centro de Astrobiología, dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Científicas y del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (CAB/CSIC-INTA).

Vacío Cósmico es una sección en la que se presenta nuestro conocimiento sobre el universo de una forma cualitativa y cuantitativa. Se pretende explicar la importancia de entender el cosmos no solo desde el punto de vista científico sino también filosófico, social y económico. El nombre “vacío cósmico” hace referencia al hecho de que el universo es y está, en su mayor parte, vacío, con menos de 1 átomo por metro cúbico, a pesar de que en nuestro entorno, paradójicamente, hay quintillones de átomos por metro cúbico, lo que invita a una reflexión sobre nuestra existencia y la presencia de vida en el universo.

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