¿Por qué existe algo en vez de nada?

Tendría unos 16 años de edad cuando me hice esta pregunta por primera vez, me antormentó por algún tiempo hasta que la dejé en paz. Recientemente se me ocurrió buscar si alguien más se había hecho la misma pregunta y agradablemente encontré que sí, de hecho es un importante problema filosófico. Lo siguiente es una traducción que hice de un artículo de Victor J. Stenger, el original en inglés lo puedes encontrar aquí. Espero que la traducción haya quedado clara, porque tardé en hacerla. Aquí están otros sitios donde puedes encontrar más del tema (en inglés):

http://plato.stanford.edu/entries/nothingness/
http://cosmicvariance.com/2007/08/30/why-is-there-something-rather-than-nothing/
http://ndpr.nd.edu/review.cfm?id=2081

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Esta pregunta es frecuentemente el último recurso del teísta cuando busca argumentar la existencia de Dios mediante la ciencia y encuentra que todos sus otros argumentos fallan. En su libro de 2004 "Why There Is Something Rather than Nothing" el filósofo Bede Rundle la llama "La pregunta filosófica central causante de la mayor perplejidad". Su respuesta (simple pero que ocupa un libro): "Tiene que haber algo".

Claramente, muchos problemas conceptuales están asociados con esta pregunta. ¿Cómo definimos "nada"? ¿Cuáles son sus propiedades? Si tiene propiedades, ¿éstas no la convierten en algo? Los teístas afirman que Dios es la respuesta. Pero, entonces, ¿por qué existe Dios en vez de nada? Asumiendo que nosotros podemos definir "nada", ¿Porqué "nada" debería ser un estado más natural de la realidad que "algo"?

De hecho, ¡podemos dar una razón científica plausible basada en nuestros mejores conocimientos actuales de que algo es mas natural que nada! Por supuesto, eso requiere proveer una definición física de "nada". ¿Podemos imaginar un sistema físico sin propiedades? Sí, mientras que no insistamos en hacer un juego de palabras, llamando a la falta de propiedades "una propiedad".

Supongamos que removemos todas las partículas y cualquier forma posible de energía no corpuscular de alguna región no delimitada del espacio. Entonces nos quedamos sin masa, sin energía, ni ninguna otra forma de propiedad física. Esto incluye espacio y tiempo, si aceptamos que éstas son propiedades relacionales que dependen de la presencia de materia para tener algún significado.

Mientras que es imposible producir esta "nada" física en la práctica, tenemos las herramientas teóricas para describir un sistema sin partículas. Los métodos de la teoría cuática de campos proporcionan el medio para movernos de un estado con n partículas a un estado con más o con menos partículas, incluyendo cero partículas. Si se puede describir el estado de n partículas, entonces se puede describir su estado cuando n=0.

Vamos a empezar con un campo electromagnético monocromático, el cual es descrito en la mecánica cuántica como un sistema de n fotones de igual energía E. La descripción matemática del campo es equivalente a un oscilador armónico cuya solución cuántica es una serie de niveles de energía igualmente espaciados como los peldaños de una escalera por una cantidad E, cada escalón representando un campo con un fotón más que el campo representado por el escalón debajo. Bajando por la escalera encuentras que el escalón del fondo correspondiente a un campo de cero fotones no tiene cero energía, sino E/2. Ésta es llamada la energía del punto zero.

Este resultado es cierto para todos los bosones (partículas que tienen espín cero o entero). Por otro lado, los fermiones (que tienen espín semientero), tales como el electrón y el quark, tienen una energía de punto cero de -E/2 (energías negativas no son problema en la mecánica cuántica relativista; de hecho, son requeridas por el simple hecho matemático de que una raíz cuadrada tiene dos posibles signos).

En el universo actual, los bosones superon en número a los fermiones por un factor de mil millones. Esto ha llevado a la gente a concluir que la energía del vacío en el universo, identificada con la energía de punto cero remanente después de que toda la materia es removida, es muy grande. Un simple cálculo indica que la densidad de energía del vacío es 120 órdenes de magnitud más grande que su límite superior experimental. Claramente esta estimación es errónea. Este cálculo debe ser uno de los peores en la historia de la ciencia. Desde que la densidad de energía del vacío no asociado a partículas es proporcional a la constante cosmológica de Einstein, este problema es llamado el problema de la constante cosmológica.

En lugar de usar números del universo actual, podemos visualizar un vacío con igual número de bososnes y fermiones. Tal vacío qizas haya existido en los primeros instantes del big bang. De hecho esto es exactamente lo que se esperaría si el vacío del cual emergió el universo fuera supersimétrico, esto es que no hiciera distinción entre bosones y fermiones.

Esto sugiere una definición más precisa de "nada". "Nada" es un estado que es el más simple de todos los estados concebibles. No tiene mas, ni energía, ni espacio, ni tiempo, ni espín, ni bosones, ni fermiones, nada.

Entonces ¿por qué existe algo en vez de nada? Porque algo es el estado más natural de la realidad y por lo tanto es más probable que nada, más del doble de acuerdo con un cálculo. Nosotros podemos inferir esto a partir de los procesos de la naturaleza donde los procesos simples tienden a ser inestables y frecuentemente se transforman espontáneamente en sistemas más complejos. Los modelos teóricos tales como el modelo inflacionario del universo temprano apoyan este resultado.

Consideremos el ejemplo del copo de nieve. Nuestra experiencia nos dice que un copo de nieve es muy efímero, se derrite rápidamente para formar agua líquida que exhibe mucha menos estructura. Pero ésto es sólo porque nosotros vivimos en un ambiente de relativamente alta temperatura, donde las colisiones con moléculas en movimiento térmico reduce el frágil arreglo de los cristales a un líquido más simple. Se requiere energía para destruir la estructura de un copo de nieve.

Pero considerando un entorno donde la temperatura ambiente está bien por debajo de la temperatura de fusión del hielo, como lo es en la mayor parte del universo, lejos de los altamente localizados efectos de calentamiento estelar. En tal entorno, el vapor de agua cristalizaría rápidamente formando complejas estructuras. Los copos de nieve serían eternos, o al menos permanecerían intactos hasta que los rayos cósmicos los destruyeran.

Lo que este ejemplo ilustra es que muchos sistemas simples son inestables, esto es, tienen tiempos de vida limitados, en el sentido que sufren cambios de fase espontáneos hacia estructuras más complejas de menor energía. Desde que "nada" es tan simple como parece, no esperaríamos que fuera completamente estable. En algunos modelos del origen del universo, el vacío sufre una transición de fase espontánea hacia algo más complicado, como un universo conteniendo materia. La transición nada-hacia-algo es una transición natural, que no requiere ningún agente externo.

Como el físico ganador del Nobel Frank Wilczek ha dicho, "La respuesta a la antigua pregunta '¿Por qué existe algo en vez de nada?' sería entonces que 'nada' es inestable".