Comentarios en torno a la teoría de la gravedad cuántica, que envía el espacio y el tiempo de vuelta a sus raíces newtonianas
¿Eclipsando a Einstein? Un eclipse solar confirmó la lente gravitatoria y el concepto de espacio-tiempo de Einstein. Pero una nueva teoría de la gravedad cuántica está generando un gran entusiasmo al separar el espacio y el tiempo
Los físicos han tenido dificultades para unir a la mecánica cuántica con la gravedad durante décadas. En cambio, las otras fuerzas de la naturaleza se han ido alineando obedientemente. Por ejemplo, la fuerza electromagnética se puede describir cuánticamente por medio del movimento de los fotones. Intente usted buscar y elaborar la fuerza gravitacional entre dos objetos en términos del gravitón cuántico, sin embargo, y estará rápidamente en problemas, el resultado de cada cálculo es infinito. Pero ahora Petr HoYava, físico de la Universidad de California en Berkeley, cree que comprende el problema. Es todo, según dice, una cuestión de tiempo.
Más específicamente, el problema es la forma en que se liga el tiempo al espacio en la Teoría de la Gravedad de Einstein: la Relatividad General. Es famoso que Einstein produjo un vuelco a la idea newtoniana de que el tiempo es absoluto, un constante tic-tac de fondo. En cambio, arqumentó que el tiempo es otra dimensión, entrelazada con el espacio para formar un tejido maleable que resulat distorsionado por la materia. El problema es que en la mecánica cuántica el tiempo mantiene su separación newtoniana, aportando el fondo sobre el que danza la materia, pero nunca resulta afectado por su presencia. Estas dos ideas sobre el tiempo no encajan bien.
La solución, dice HorYava, es tenedr líneas que unan el tiempo y el espacio a energías muy altas, como las que encontramos en el inicio del universo donde manda la gravedad cuántica. «Estoy volviendo a la idea de Newton sobre que el tiempo y el espacio no son equivalentes», dice HorYava. A bajas energías, surge la Relatividad General desde su marco subyacente, y el tejido del espacio-tiempo se une de nuevo», explica.
HorYava compara esta emergencia con la forma en que cambian de fase algunas sustancias exóticas. Por ejemplo, a bajas temperaturas las propiedades del helio líquido cambian dramáticamente, convirtiéndolo en un «superfluido» que puede evitar la fricción. De hecho, ha optado por las matemáticas de las transiciones de fase exóticas para construir su teoría de la gravedad. Hasta ahora, parece estar funcionando: se han solucionado los infinitos que afectan a las otras teorías de la gravedad cuántica, y la teoría muestra un gravitón con el comportamiento correcto. También parece encajar con las simulaciones en computadora de la gravedad cuántica.
La teoría de HorYava ha estado generando excitación desde que la propuso en enero, y los físicos se reunieron para discutirla en noviembre en el Instituto Perimeter de Física Teórica en Waterloo, Ontario. En particular, los físicos han estado comprobando si el modelo describe correctamente el universo que vemos hoy. La Relatividad General se anotó un golpe de gracia cuando Einstein predijo el movimiento de Mercurio con mayor precisión de lo que podía hacerlo la teoría de la gravedad de Newton.
¿Podrá la gravedad de HorYava lograr el mismo éxito? La primera respuesta tentativa es «sí». Francisco Lobo, en la Universidad de Lisboa eneste momento, y sus colegas han encontrado un buen comportamiento en el movimiento de los planetas.
Otros han hecho afirmaciones aún más audaces sobre la gravedad de HorYava, en especiale cuado se trata de explicar misterios cósmicos como la singularidad del Big Bang, en la que las leyes de la física colapsan. Si la gravedad de HorYava es correcta, afirma el cosmólogo Robert Brandenberger de la Universidad McGill en un artículo publicado en el mes de agosto en la revista Physical Review D, el universo no estalló, rebotó. «Un universo lleno de materia se contrae hasta un tamaño pequeño —pero finito— y rebota de regreso, lo que nos da la expansión del cosmos que vemos hoy», dice.Brandenberger . Sus cálculos muestran que las ondas producidas en el rebote coinciden con lo detectado los satélites que miden el fondo de microondas cósmico, y ahora está buscando de señales que podrían distinguir este rebote del escenario del Big Bang.
La gravedad de HorYava también puede crear la «ilusión de la materia oscura», dice Shinji Mukohyama, cosmólogo de la Universidad de Tokio. En la edición de septiembre de Physical Review D explica que en determinadas circunstancias el gravitón de HorYava fluctúa, ya que interactúa con la materia normal, causando que la gravedad tire un poco más de lo esperado en la Relatividad General. El efecto podría hacer que las galaxias parezcan contener más materia que la que se puede observar. Si esto no fuese suficiente, el cosmólogo Mu-In Park de la Universidad Nacional de Chonbuk en Corea del Sur considera que la gravedad de HorYava puede estar, también, detrás de la expansión acelerada del universo, que se atribuye en la actualidad a una misteriosa energía oscura. Una de las principales explicaciones de su origen es que el espacio vacío contiene algo de energía intrínseca que empuja el universo hacia fuera. Esta energía intrínseca no se puede explicar con la Relatividad General pero aparece naturalmente de las ecuaciones de la gravedad de HorYava, según Park.
La teoría de HorYava, sin embargo, está lejos de ser perfecta. Diego Blas, investigador de la gravedad cuántica en el Instituto Federal Suizo de Tecnología (EPFL) en Lausanne ha encontrado una «enfermedad oculta» en la teoría cuando se hacen cáculos de doble control sobre el Sistema Solar. La mayor parte de los físicos examinaron casos ideales, suponiendo, por ejemplo, que la Tierra y el Sol son esferas, explica Blas: «Comprobamos el caso más realista, donde el Sol es casi una esfera, pero no del todo». La Relatividad General da casi la misma respuesta en ambos escenarios. Pero la gravedad de HorYava, el caso real da un resultado completamente distinto.
Junto con Sergei M. Sibiryakov, también del EPFL, y Oriol Pujolas del CERN cerca de Ginebra, Blas ha reformulado la gravedad de HorYava para ponerla de nuevo en línea con la Relatividad General. Sibiryakov presentó el modelo del grupo en septiembre, en una reunión en Talloires, Francia.
HoYava acoge con satisfacción las modificaciones. «Cuando propuse esto, no dije que tenía la teoría final2, comenta. «Quiero que otras personas la examinen y la mejoren».
Gia Dvali, experto en gravedad cuántica en el CERN, se mantiene cauteloso. Unos años atrás él intentó un truco similar, separando el espacio y el tiempo en un intento por explicar la energía oscura. Pero abandonó su modelo debido a que permitía que la información se comunicara más rápido que la velocidad de la luz.
«Mi intuición es que cualquiera de estos modelos tendrá efectos laterales no deseados», piensa Dvali. «Pero si encuentran una versión que no los tenga, entonces esa teoría deberá ser tomada muy en serio».
Fuente: Scientific American. Aportado por Eduardo J. Carletti