Nueva teoría busca unir, por fin, la gravedad de Einstein con la mecánica cuántica

Se llama ‘teoría post cuántica de la gravedad clásica’ y sugiere que, después de todo, el espacio tiempo podría ser ‘clásico’ y por tanto no estar gobernado por la teoría cuántica.

Nuestra comprensión del Universo está basada en dos sólidas teorías que, juntas, conforman los pilares de la física y explican la realidad en que vivimos.

Por un lado está la mecánica cuántica, cuyas extrañas reglas sólo funcionan en el reino de lo infinitamente pequeño y gobiernan, por tanto, a todas las partículas subatómicas, los ladrillos fundamentales de todo lo que existe ‘ahí fuera’.

Y por otro, la teoría de la Relatividad General de Einstein, que ‘funciona’ a escalas más grandes y explica cómo la gravedad, curvando el tejido del espacio tiempo, es capaz de explicar el movimiento de planetas, estrellas y galaxias por todo el Universo.

Ambas teorías son igualmente sólidas y bien comprobadas, pero son contradictorias y aparentemente irreconciliables entre sí.

De hecho, las leyes que ‘funcionan’ en nuestra realidad macroscópica y cotidiana dejan de hacerlo en el mundo subatómico. Y viceversa.

Ponerlas de acuerdo, unirlas en una única y nueva formulación teórica capaz de explicar por sí misma toda la realidad se ha convertido, desde hace más de un siglo, en una de las principales misiones de los físicos de todo el mundo.

Ahora, un equipo de físicos del University College de Londres dice haberlo conseguido.

Y en dos artículos publicados simultáneamente en Physical Review X y Nature Communications, anuncian una nueva y radical teoría que parece capaz de unificar de forma consistente la gravedad y la mecánica cuántica, preservando al mismo tiempo el concepto de espacio tiempo de Einstein.

Desde hace tiempo, la idea predominante es que la teoría einsteniana de la gravedad debería modificarse o, dicho de otra forma, ‘cuantizarse’ para encajar en los supuestos de la mecánica cuántica.

Esto significa que, igual que sucede en las otras tres fuerzas de la naturaleza (electromagnetismo y fuerzas nucleares fuerte y débil), también la gravedad debería tener una ‘partícula portadora’, esto es, un hipotético ‘gravitón’ que transporte la unidad mínima de fuerza gravitatoria igual que el fotón lo hace con la fuerza electromagnética, el gluón con la fuerza nuclear fuerte y las partículas W y Z con la fuerza nuclear débil.

Lo malo es que el ‘gravitón’ no aparece por ninguna parte y los distintos enfoques de las teorías candidatas más destacadas, como la de la gravedad cuántica, la de cuerdas o la teoría de bucles, no han conseguido, por ahora, el objetivo de conciliar cuántica y gravedad.

En el primero de los artículos, Jonathan Oppenheim rompe con todo lo anterior y sugiere que el espacio tiempo podría ser ‘clásico’, es decir, no estar en absoluto gobernado por la teoría cuántica.

Por lo tanto, y en lugar de modificar el espacio tiempo, la teoría, llamada ‘teoría post cuántica de la gravedad clásica’, considera que éste hace imposible predecir el resultado de cualquier medición.

Lo cual da como resultado fluctuaciones aleatorias y violentas en el espacio-tiempo que son mayores de lo previsto en la teoría cuántica, lo que hace que el peso aparente de los objetos sea impredecible si se mide con la suficiente precisión.

En el segundo artículo, dirigido por antiguos estudiantes de doctorado del propio Oppenheim, los investigadores analizan algunas de las consecuencias de la teoría y proponen un experimento para probarla: medir una masa con mucha precisión para ver si su peso, realmente, fluctúa con el tiempo.

La teoría, en efecto, quedaría descartada si las fluctuaciones de peso obtenidas al pesar con la máxima precisión, por ejemplo, la masa de un kg que la Oficina Internacional de Pesos y Medidas pesa habitualmente para definir el estándar resultan ser menores de lo que se necesita para mantener la coherencia matemática.

El resultado del experimento, o de cualquier otro que consiga demostrar, como pretenden Oppenheim y su equipo, que el espacio tiempo tiene una naturaleza clásica, y no cuántica, es objeto de una apuesta de 5000 a 1 entre el propio Oppenheim y los profesores Carlo Rovelli y Geoff Penington, principales defensores, respectivamente, de la gravedad de bucle y de la teoría de cuerdas.

Desde hace cinco años, Oppenheim y sus colegas han estado poniendo a prueba su nueva teoría y evaluando sus consecuencias.

«La teoría cuántica y la teoría de la relatividad general de Einstein, explica Oppenheim, son matemáticamente incompatibles entre sí, por lo que es importante comprender cómo se resuelve esta contradicción.

¿Deberíamos cuantificar el espacio tiempo?, ¿deberíamos modificar la teoría cuántica o se trata de algo completamente distinto?

Ahora tenemos una teoría fundamental consistente y en la que el espacio tiempo no se cuantifica, pero por ahora nadie lo sabe«.

Zach Weller-Davies, coautor de la investigación, cree que «este descubrimiento desafía nuestra comprensión de la naturaleza fundamental de la gravedad.

Hemos demostrado que si el espacio tiempo no tiene una naturaleza cuántica, entonces debe haber fluctuaciones aleatorias en su curvatura que tienen una firma particular que puede verificarse experimentalmente».

Ahora, claro, se trata de encontrar esa ‘firma’.

«Tanto en la gravedad cuántica como en la gravedad clásica, prosigue Weller-Davies, el espacio tiempo debe estar experimentando fluctuaciones violentas y aleatorias a nuestro alrededor, aunque en una escala que aún no hemos podido detectar.

Pero si el espacio tiempo es clásico, las fluctuaciones tienen que ser mayores que un determinado valor, y ese valor puede determinarse mediante otro experimento en el que probamos durante cuánto tiempo podemos poner un átomo pesado en superposición*, o lo que es lo mismo, cuánto tiempo es capaz de estar en dos ubicaciones diferentes».

También Carlo Sparaciari y Barbara Šoda, cuyos cálculos analíticos y numéricos ayudaron a guiar el proyecto, expresaron su esperanza de que estos experimentos consigan determinar si la búsqueda de una teoría cuántica de la gravedad es, o no, el enfoque correcto.

«Si bien el concepto experimental es simple, dice Sparaciari, el pesaje del objeto debe realizarse con extrema precisión»

Fuente: Physical Review X, Nature