¿Y si el espacio tiempo no es continuo, sino que está dividido en pequeñas «piezas»?
¿Qué pasaría si el tejido mismo de la realidad en que vivimos no fuera contínuo sino que estuviera fragmentado, esto es, dividido en pequeñas partes, igual que la materia? La cuestión apunta directamente al corazón de las teorías más fundamentales de la Física, y condiciona el modo en que el espacio y el tiempo influyen sobre nuestra propia existencia.
Sin embargo, tal como explica José Manuel Nieves enel diario ABC, demostrar experimentalmente cuál es la verdadera naturaleza del
espacio y el tiempo ha resultado imposible, debido a la enorme cantidad de
energía que sería necesaria para explorar el Universo a escalas tan pequeñas.
Hasta ahora. Un equipo internacional de astrónomos del GrailQuest, el
Laboratorio de Astronomía de Rayos Gamma pra la Exploración Cuántica del
Espacio Tiempo, en efecto, acaba de proponer un nuevo y ambicioso plan para
conseguirlo.
En un artículo recién aparecido en arXiv.org, los
investigadores explican que se podría utilizar una flota de pequeñas naves con
la única misión de detectar los sutiles cambios de la velocidad de la luz, la
piedra angular de algunas de las teorías más impresionantes que tenemos sobre
la naturaleza y el funcionamiento del Universo. Si al final resultara que,
efectivamente, el espacio-tiempo se divide en pedacitos, sería el principio
para una comprensión totalmente nueva de la realidad.
Pero veamos. La pregunta «¿qué son el espacio y el
tiempo?» tiene cientos, si no miles, de años de antigüedad. Y la respuesta
moderna a la cuestión se basa, curiosamente, en dos pilares teóricos que
resultan incompatibles entre sí: la teoría general de la Relatividad de Einstein
y la Mecánica Cuántica.
Relatividad:
un espacio-tiempo continuo
Para la primera, el espacio y el tiempo están
íntimamente entrelazados en una estructura unificada de cuatro dimensiones, el
espacio-tiempo, en la que se sustenta nuestro Universo. Según la Relatividad
General, este espacio-tiempo es continuo, lo que significa que no existen
«huecos» ni «divisiones» en ninguna parte.
Todo el espacio-tiempo consiste en una estructura
suave, continua y sin fisuras. Además, el espacio-tiempo mismo no sería solo un
«escenario» para que la materia, los planetas, las estrellas, las galaxias e
incluso nosotros mismos representemos nuestro papel. Lejos de eso, sería
también un jugador activo en la partida de la realidad: su capacidad para
deformarse y curvarse, por ejemplo, nos proporciona la experiencia de la
gravedad.
Mecánica
Cuántica: todo se divide en partes
En el otro lado, un conjunto de reglas a las que
llamamos Mecánica Cuántica, gobierna con mano férrea las posibles interacciones
entre las partículas, las «cosas» más pequeñas del Universo. Y resulta que para
la Mecánica Cuántica la mayor parte de nuestras experiencias cotidianas no son
fluidas y contínuas, sino que están divididas, fragmentadas en pequeñas partes.
En otras palabras, todo lo que nos rodea está «cuantizado». La energía, el
impulso, el giro y la mayor parte de las propiedades de la materia, empezando
por su propia estructura, vienen en pequeños paquetes discretos, o «cuantos».
Y lo que es más, la Mecánica Cuántica misma se
divide en dos partes muy diferenres. Por un lado, están las partículas que nos
son familiares en nuestras experiencias cotidianas, como los electrones o los
protones. Y eso son, claramente, piezas pequeñas que se unen para formar otras
mayores. Por el otro, están los campos cuánticos. En el mundo subatómico, en
efecto, cada tipo de partícula está asociada a un campo que se extiende a lo
largo y ancho del espaciotiempo. Y cuando pensamos en partículas, en realidad
estamos pensando en pequeñas vibraciones de sus campos, que a su vez interactúan
con otras partículas que también tienen sus propios campos. Y esos campos
parecen ser continuos...
¿Continuo o
fragmentado?
En resumen, según cómo lo miremos, el Universo puede
mostrarse suave y contínuo o discreto y fragmentado. ¿Pero qué pasa con el
espacio-tiempo? Si usamos los conceptos de la Mecánica Cuántica, podríamos
llegar a la conclusión de que el tejido mismo de la realidad es discreto, y se
divide como lo hacen los píxeles de una pantalla, que tienen identidad
individual pero que, juntos, forman imágenes complejas. En ese escenario, lo
que experimentamos como movimiento suave y continuo no sería, en realidad, más
que una serie de pequeños «saltos» de uno a otro píxel en una cuadrícula
cósmica.
Desde hace décadas los físicos tratan de conciliar,
sin demasiado éxito, las leyes de la Relatividad general con las de la Mecánica
Cuántica. Algunas de las teorías que lo intentan, como la de cuerdas o la de la
gravedad cuántica de bucles, predican alguna forma de espacio-tiempo discreto,
dividido en pequeñas partes, aunque las predicciones precisas, las
interpretaciones y las implicaciones de esa «realidad fragmentada» son aún poco
conocidas. Si fuera posible encontrar alguna evidencia de un espacio-tiempo
discreto, nos veríamos obligados no solo a reescribir del todo nuestra
descripción de la realidad, sino que se abriría una puerta a una auténtica
revolución de la Física.
La minúscula
fragmentación
Los investigadores dan por supuesto que esa
fragmentación espacio-temporal, si es que existe, se revelará solo de las
formas más sutiles. De otro modo, ya la habríamos visto. En esa línea, varias
teorías predicen que si el espacio-tiempo fuera discreto, entonces la velocidad
de la luz podría no ser totalmente constante, sino que variaría ligeramente dependiendo
de su energía. Una luz muy energética tiene una menor longitud de onda, y si
esa longitud de onda se hace lo suficientemente pequeña, permitiría «ver» la
frgmentación del espaciotiempo.
Sería lo mismo que caminar por la acera con unos
pies de tamaño normal, con los que no notaríamos las pequeñas grietas y las
irregularidades, y hacerlo después con unos pies microscópicos, con los que
tropezaríamos ante cualquier pequeña imperfección, disminuyendo nuestra
velocidad. En el espacio-tiempo, sin embargo, ese cambio tendría lugar a una
escala realmente diminuta, y si efectivamente estuviera dividido en partes, esa
fragmentación solo sería visible en una escala que es más de mil millones de
veces más pequeña de la que actualmente podemos ver con nuestros instrumentos
más poderosos.
Así las cosas, los autores del estudio proponen un
ingenioso sistema para detectar los sutiles cambios de la velocidad de la luz a
diversos niveles de energía, para lo que sería necesario recolectar una gran
cantidad de la luz más energética (y con menor longitud de onda) del Universo.
Una flota de
naves
Para lograrlo, los astrónomos de GrailQuest proponen
lanzar una flota de pequeñas naves, cuyo número varía entre una pocas docenas
si son más grandes y varios miles si son más pequeñas, para monitorizar
continuamente el cielo en busca de explosiones de rayos gamma, que son las más
poderosas de cuantas tienen lugar en el Universo.
Dichas explosiones liberan una enorme cantidad de
fotones de altísima energía (rayos gamma), que viajarían hasta miles de
millones de años antes de alcanzar a la flota de pequeñas naves. Estas
registrarían minuciosamente su energía y, sobre todo, las diferencias en los
tiempos de llegada a medida que la oleada de rayos gamma de la explosión se
extiendera sobre la flota.
De este modo, GrailQuest podría llegar a revelar si
el espacio-tiempo está, o no, dividido en pequeñas partes. Si el experimento
resultara y revelara que el espacio-tiempo es discreto, y no continuo, las
consecuencias serían imprevisibles. En todo caso, habrá que esperar para
saberlo. El estudio forma parte de una ronda de propuestas a la Agencia
Espacial Europea para misiones que se llevarán a cabo entre los años 2035 y
2050. Mientras, podemos continuar tranquilamente con los debates teóricos...
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