Encuentran modo de conciliar la gravedad con la Mecánica Cuántica

Nuevo estudio sugiere que, en realidad, la gravedad emerge del mundo cuántico del mismo modo en que el flujo de un líquido emerge de los movimientos caóticos de las gotas individuales.

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.

Una 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, 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 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».

El principio holográfico es un principio de las teorías de supercuerdas acerca de las teorías de la gravedad cuántica propuesto en 1993 por Gerard ‘t Hooft, y mejorado y promovido por Leonard Susskind en 1995.

Postula que toda la información contenida en cierto volumen de un espacio concreto se puede conocer a partir de la información codificable sobre la frontera de dicha región.

Una importante consecuencia es que la cantidad máxima de información que puede contener una determinada región de espacio rodeada por una superficie diferenciable está limitada por el área total de dicha superficie.

Fuente: Nature