Nueva teoría de la gravedad pretende resolver el mayor problema de la física

Mientras que el reloj avanza a un ritmo estricto en la vida cotidiana, en un nivel más fundamental el tiempo serpentea un poco tambaleante a través del espacio, surgiendo como una especie de flujo y reflujo de la realidad misma. Esa idea alucinante, una “teoría poscuántica de la gravedad clásica”, como la llama su propio creador, mantiene ocupados actualmente a los físicos.

De hecho, el creador Jonathan Oppenheim del University College London, quien publicó simultáneamente dos artículos sobre esa idea en revistas especializadas el mes pasado. Revisión físicaX y Comunicaciones de la naturalezaIncluso hace apuestas sobre este tema con sus colegas más conocidos. Por ejemplo, él y su colega Carlo Rovelli, que no sólo es investigador sino también autor de libros de divulgación científica sobre física, apuestan a que la suposición básica detrás de su teoría es cierta. Por lo tanto, Rovelli debe pagar a su colega 5.000 veces su apuesta, si Oppenheim tiene razón, es decir, en cosas baratas como patatas fritas o tragos de aceite de oliva.

No es más que un truco, dice el físico teórico holandés Erik Verlinde de la Universidad de Amsterdam. ‘No encuentro esas apuestas tan interesantes. Hay que persuadir a otros científicos con pruebas, no con nada más”, afirma.

Sin embargo, la atención a la idea de Oppenheim también puede entenderse independientemente de las relaciones públicas. ‘Se trata de uno de los mayores problemas de la física. Y a primera vista, su artículo parece matemáticamente claro,’ dice el físico matemático Marcel Vonk de la Universidad de Amsterdam. “Eso lo hace emocionante e interesante”.

un poco vergonzoso

La razón de toda esta atención radica en algo que podría resultar un poco embarazoso en otros círculos, el tipo de problema del que todo el mundo chismea en secreto pero nadie habla en voz alta. Hay –susurra– un agujero gigantesco en los cimientos sobre los que descansa todo el edificio del conocimiento humano sobre la realidad. Desde cómo chocan las bolas de billar y despegan los cohetes, hasta cómo crece el universo, cómo evolucionan las estrellas y cómo las partículas de nuestros cuerpos se sostienen entre sí, todo está respaldado por teorías que innegablemente tienen un agujero.

A los físicos les gusta especialmente esto: después de todo, esa brecha ofrece la oportunidad de nuevas ideas y teorías. Una de ellas es la idea de Oppenheim.

Primero da un paso atrás. Dos de las teorías de la física moderna más importantes son la teoría general de la relatividad y la física cuántica de Einstein. El primero describe, principalmente, cómo funciona la realidad a gran escala cósmica. El segundo funciona especialmente bien en un tamaño muy pequeño, en el mundo de las partículas, cuyos componentes están hechos de todo lo que nos rodea.

Intente juntar ambas teorías y no funcionará en absoluto. Cualquiera que empiece a calcular con las matemáticas subyacentes termina en un entorno desorientador donde los cálculos no tienen soluciones, pero arrojan infinitos imposibles.

llave y candado

Por poner un ejemplo más terrenal, es como si finalmente hubieras encontrado la llave de la puerta en un escape room, pero no entra en la cerradura. ¿Las únicas opciones? Te equivocas de llave, es la puerta equivocada o, por supuesto, eso también es posible: tanto la llave como la puerta forman un rastro equivocado que distrae de la verdadera salida.

Decidir si la física ha tomado un rumbo equivocado y, de ser así, dónde, parece imposible por el momento. Se ha demostrado que tanto la teoría general de la relatividad como la física cuántica son “verdaderas”, en la medida en que se puede hablar de ellas en física. Han sido confirmados repetidamente en experimentos científicos, respaldados por décadas de investigaciones ganadoras del Premio Nobel, y proporcionaron conocimiento de la realidad que impulsó todo, desde los satélites GPS hasta el teléfono celular y el escáner de resonancia magnética del hospital.

El enorme vacío que separa las teorías normalmente sólo se encuentra en circunstancias extremas. Durante el Big Bang, por ejemplo, o en el interior de los agujeros negros.

Sin embargo, también hay un “algo” más mundano donde se revela la brecha en el conocimiento de la física: la gravedad. Puedes entender bien esta fuerza con la teoría de la relatividad, que describe la gravedad como la curvatura del espacio y el tiempo. Pero si entras en el régimen de la física cuántica, que describe la realidad en la escala de partículas, entonces ya nadie entiende nada.

Todas las fuerzas fundamentales tienen partículas asociadas que transmiten dicha fuerza. Por ejemplo, el fotón, una partícula de luz, hace esto con la fuerza electromagnética. Pero durante décadas se ha buscado en vano una partícula similar para la gravedad, el gravitón. Posiblemente, cada vez más gente piensa, eso ni siquiera existe.

Teoria de las cuerdas

Sin embargo, la búsqueda de una teoría de la gravedad cuántica todavía está en pleno apogeo. Por ejemplo, los físicos han estado trabajando durante décadas en la teoría de cuerdas, que busca soluciones en el espacio y el tiempo que emergen de un tejido de cuerdas diminutas y vibrantes. O la idea aún más esotérica de la ‘gravedad cuántica de bucles’, en la que el suave espacio-tiempo de la teoría de la relatividad ha sido sustituido por una red de bucles interconectados. Pero incluso después de décadas de cálculos e intentos, a pesar de todos los avances realizados y de las muchas carreras físicas que han sido apoyadas por el trabajo sobre esas teorías, ninguna de las dos ha resuelto todavía el problema para el que fueron concebidas.

“Si se pone en el centro de atención a las personas que todavía están jugueteando con estas teorías, lo admitirán”, dice la física Renate Loll de la Universidad de Radboud, quien hizo carrera en el campo de la gravedad cuántica durante muchos años. «La búsqueda habitual de la gravedad cuántica se ha topado con problemas que yo también he encontrado. Estos problemas han sido irresolubles durante más de 25 años y creo que siempre lo serán”, afirma.

Es por eso que cada vez se crea más espacio para personas que adoptan un rumbo diferente. En los Países Bajos, por ejemplo, Erik Verlinde se hizo conocido por su teoría de la gravedad emergente. Esa idea afirma que la gravedad no es una fuerza real, sino una ilusión. Así como la temperatura no existe realmente, sino que surge del movimiento más rápido (más cálido) o más lento (más frío) de las partículas, la gravedad surge de una capa más profunda de información de la mecánica cuántica.

La idea de Oppenheim también adopta un rumbo sorprendente. Si bien la mayoría de la gente sospecha que es la teoría de la relatividad la que necesita adaptarse a la teoría cuántica, Oppenheim arroja en gran medida la física cuántica por la borda.

“Siempre ha habido una minoría que dice: Bueno, tal vez la gravedad no sea cuántica en absoluto”, dice Loll. «Pero primero hay que crear una teoría que sea al menos internamente coherente. Eso es lo que Oppenheim intenta hacer ahora.

Esquinas de corte

‘Los físicos definen todas las demás fuerzas en términos de campos que evolucionan en el espacio-tiempo. Sólo la gravedad se describe mediante la geometría y la curvatura del propio espacio-tiempo”, dijo Oppenheim el año pasado en una entrevista con sitio web de física Revista Quanta. En otras palabras: sólo la gravedad afecta el tejido básico de la realidad misma. Por lo tanto, Oppenheim cree que es obvio que también se debe abordar la comprensión de esa fuerza de manera diferente.

Para tener una idea de los giros y vueltas que la física debe tomar para lograr esto, es necesario comprender dónde chocan la teoría de la relatividad y la física cuántica. Toma una partícula. Según la teoría de la relatividad, esa partícula con su masa curva el espacio y el tiempo, como una bola de boliche que se coloca sobre un mantel extendido. La curvatura es la causa de su gravedad.

Sin embargo, según la física cuántica, una partícula así también puede estar superpuesta. Luego existe en varios lugares al mismo tiempo. Hasta que lo midas. Hasta esa medición, nada ni nadie podrá saber dónde se encuentra exactamente la partícula. Pero si tal partícula simultáneamente hace un agujero en el espacio-tiempo, el espacio-tiempo “sabe” dónde está. Eso es contradictorio.

Por lo tanto, Oppenheim vuelve a teorías que ya se desarrollaron en los años 1990, fusiones de lo cuántico y lo clásico que cayeron en el olvido, pero que ahora ha desempolvado y ampliado. El quid de la cuestión es que en esas descripciones el espacio y el tiempo se tambalean un poco, fluctúan. De modo que se introduce la misma incertidumbre sobre, entre otras cosas, la posición de una partícula de forma indirecta, pero de una manera que ya no provoca colisiones entre las teorías. “Ahora le toca a Oppenheim convencer a la comunidad y ver si su idea gana fuerza”, afirma Marcel Vonk.

experimentos

En cualquier caso, a Oppenheim le conviene que en su artículo afirme Comunicaciones de la naturaleza describe un experimento que puede utilizarse para determinar si su sospecha de que la gravedad cuántica no existe es correcta. Sin embargo, implementarlo no es nada fácil, dice Vonk.

Y entonces también es posible que todas esas nuevas soluciones, desde la gravedad emergente de Verlinde hasta la gravedad poscuántica de Oppenheim, al final resulten ser todas iguales. Vonk: “En este tipo de problemas extremadamente complejos, a menudo se ve que una buena idea nueva, después de largos cálculos, resulta ser en realidad una variación del mismo tema”.

Verlinde también especula sobre esto. ‘No creo que su idea y la mía estén tan alejadas. Por ejemplo, es muy posible que la gravedad sea cuántica en un nivel más profundo, pero que no la necesitemos en la práctica.’ En última instancia, afortunadamente, el máximo árbitro para determinar quién tiene razón no es un físico o un titular de periódico, sino la naturaleza más profunda de la realidad misma.