Encuentran un modo de conciliar la gravedad con la Mecánica Cuántica
Uno
de los mayores desafíos de la Física moderna es encontrar una teoría única o
'unificada' que sea capaz de describir todas las leyes de la naturaleza en un
solo marco. Uno que conecte las dos grandes (e irreconciliables) teorías que,
hoy por hoy, los científicos usan para comprender la realidad: la Relatividad
General de Einstein, que describe el Universo a gran escala; y la Mecánica
Cuántica, que describe nuestro mundo a nivel atómico. La razón por la que estas
dos exitosas teorías encajan entre sí constituye uno de los mayores misterios a
los que se enfrenta la Ciencia.
Si
se consiguiera, tal como explica José Manuel Nieves en el diario ABC, esa
teoría de la 'gravedad cuántica' incluiría una descripción tanto macroscópica
como microscópica de la realidad, y nos daría además una visión profunda de
fenómenos hoy inaccesibles como los agujeros negros o el instante en que se
creó el Universo.
¿Pero
cómo conseguirlo? Durante casi un siglo, varias generaciones de físicos han
intentado, sin éxito, averiguar por qué las leyes que rigen en el reino de lo
muy pequeño no 'funcionan' en el mundo macroscópico que nos rodea, y viceversa.
Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers,
en Suecia, junto con el MIT estadounidense, han publicado un artículo en '
Nature Communications' en el que sugieren que la gravedad, la fuerza que domina
el Universo a gran escala, emerge en realidad del mundo cuántico. Para llegar a
esta extraordinaria conclusión, los investigadores han recurrido a las
matemáticas avanzadas y al llamado 'principio holográfico'.
«Nos
esforzamos por comprender las leyes de la naturaleza -explica Daniel Persson,
coautor del estudio-, y el lenguaje en el que están escritas esas leyes son las
matemáticas. Cuando buscamos respuestas a preguntas en física, a menudo también
nos llevan a nuevos descubrimientos en matemáticas. Esta interacción es
particularmente prominente en la búsqueda de la gravedad cuántica, donde es
extremadamente difícil realizar experimentos».
Un
ejemplo de fenómeno que requiere este tipo de descripción unificada son los
agujeros negros. Un agujero negro se forma cuando una estrella lo
suficientemente pesada colapsa bajo su propia fuerza gravitacional, de modo que
toda su masa se concentra en un volumen extremadamente pequeño. La descripción
de la mecánica cuántica de los agujeros negros aún está en pañales, pero
involucra matemáticas avanzadas espectaculares.
En
el caso de la teoría unificada, explica por su parte Robert Berman, primer
firmante del artículo, «el desafío consiste en describir de qué forma la
gravedad surge como un fenómeno 'emergente'. Así como los fenómenos cotidianos,
como el flujo de un líquido, emergen de los movimientos caóticos de las gotas
individuales, queremos describir cómo emerge la gravedad del sistema
mecánico-cuántico a nivel microscópico».
De
esta forma, los investigadores mostraron cómo la gravedad emerge de un sistema
especial de Mecánica Cuántica, en un modelo simplificado para la gravedad
cuántica llamado 'principio holográfico'.
«Usando
técnicas matemáticas que ya había investigado antes -prosigue Berman- logramos
formular una explicación de cómo surge la gravedad por el principio
holográfico, de una manera más precisa que antes».
El
nuevo artículo también puede ofrecer una nueva forma de enfrentarse a la
misteriosa energía oscura. En la Teoría General de la Relatividad de Einstein,
la gravedad se describe como un fenómeno geométrico. Así como una cama recién
hecha se curva bajo el peso de una persona, los objetos pesados pueden curvar
el espacio tiempo, el 'tejido' que conforma el Universo.
Pero
según la teoría de Einstein, incluso el espacio vacío, el 'estado de vacío' del
Universo, tiene una rica estructura geométrica. Si pudiéramos acercarnos y
mirar este vacío con un microscopio, veríamos diminutas fluctuaciones u ondas
mecánicas cuánticas, conocidas como energía oscura, la misteriosa forma de
energía que se considera como responsable de la expansión acelerada del
Universo.
El
estudio puede conducir a nuevos conocimientos sobre cómo y por qué surgen estas
ondas mecánico-cuánticas microscópicas, así como la relación entre la teoría de
la gravedad de Einstein y la Mecánica Cuántica, algo que los científicos llevan
décadas intentando.
«Estos
resultados -concluye Persson- abren la posibilidad de probar otros aspectos del
principio holográfico, como la descripción microscópica de los agujeros negros.
También esperamos poder utilizar estas nuevas conexiones en el futuro para
abrir nuevos caminos en las matemáticas».
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