Nueva teoría uniría gravedad de Einstein con mundo cuántico

En el corazón de la física moderna se libra un debate crucial que busca abordar uno de los enigmas más espinosos de los últimos siglos en relación con nuestra comprensión del universo y la naturaleza de la materia: la reconciliación entre la relatividad general y la teoría cuántica. Estos dos marcos matemáticos, utilizados para describir el universo, han resistido los intentos de integrarlos, planteando un desafío que persiste desde la era de Einstein.

Por un lado, la relatividad general de Albert Einstein ha demostrado su exactitud para describir el universo a gran escala y predecir cómo la gravedad moldea los acontecimientos cósmicos a través de la curvatura del espacio-tiempo. Por otro lado, la mecánica cuántica ofrece una descripción aparentemente impecable de las fuerzas que dominan a escala atómica. Sin embargo, a pesar de sus triunfos individuales, estas teorías se contradicen entre sí, creando una importante laguna en nuestra comprensión del cosmos.

En la búsqueda de una solución, los físicos han explorado la idea predominante de modificar o "cuantizar" la teoría de la gravedad de Einstein para hacerla compatible con la teoría cuántica. Ejemplos de esto son la teoría de cuerdas y la gravedad cuántica de bucles, ambas candidatas a ser teorías cuánticas de la gravedad.

La "teoría postcuántica de la gravedad clásica"

Sin embargo, en un anuncio sin precedentes, físicos de la University College de Londres (UCL), en dos artículos publicados simultáneamente, han propuesto una teoría radical que busca unificar los dominios de la gravedad y la mecánica cuántica, manteniendo al mismo tiempo el concepto clásico de espacio-tiempo tal como lo concebía Einstein.

La nueva propuesta, desarrollada por el profesor Jonathan Oppenheim (Física y Astronomía de la UCL) y detallada en un artículo en Physical Review X, desafía la tendencia actual que aboga por modificar la teoría de la gravedad. En su lugar, sugiere que el espacio-tiempo podría ser clásico, es decir, no regido en absoluto por la teoría cuántica, según un comunicado de prensa de la UCL.

"La teoría cuántica y la teoría de la relatividad general de Einstein son matemáticamente incompatibles entre sí, por lo que es importante entender cómo se resuelve esta contradicción. ¿Debe cuantizarse el espacio-tiempo, o debemos modificar la teoría cuántica, o se trata de algo totalmente distinto?", explica el profesor Oppenheim.

En concreto, Oppenheim propone la "teoría post-cuántica de la gravedad clásica": en lugar de alterar el espacio-tiempo, esta teoría revisa la propia teoría cuántica, prediciendo fluctuaciones aleatorias y significativas en el espacio-tiempo. Estas fluctuaciones, mayores que las predichas por la teoría cuántica, podrían hacer incierto e impredecible el peso de los objetos en mediciones precisas.   

En otras palabras, esta propuesta plantea que el espacio-tiempo sería suave y continuo en lugar de estar "cuantificado" en unidades discretas. No obstante, como resume The Guardian, introduce la noción de que el espacio-tiempo es intrínsecamente inestable, sujeto a fluctuaciones aleatorias que crean una ruptura en la previsibilidad.

"La velocidad a la que fluye el tiempo cambia aleatoriamente y fluctúa a lo largo del tiempo", afirma Oppenheim, según recoge The Guardian, aunque aclara que en realidad el tiempo nunca iría a la inversa. Según Oppenheim, este "bamboleo" temporal introduce una ruptura en la previsibilidad, lo que genera descontento entre muchos físicos. "Es bastante matemático", asegura. "Imaginárselo en la cabeza es bastante difícil".

Validar la teoría: peso incierto de objetos en mediciones precisas

Como es de esperar, esta teoría también ha generado escepticismo, y destacados defensores de otras teorías, como el físico teórico y escritor Carlo Rovelli y el Dr. Geoff Penington, principales impulsores de la gravedad cuántica de bucles y la teoría de cuerdas, respectivamente, han expresado sus dudas.

En concreto, ambos físicos han respaldado su escepticismo al firmar una apuesta de 5.000 a 1 en contra de que la teoría de Oppenheim sea demostrada como correcta.

Para validar esta teoría, antiguos estudiantes de doctorado del profesor Oppenheim proponen un experimento en el segundo artículo publicado en Nature Communications. Este experimento implica medir con extrema precisión la masa de un objeto, como el patrón de 1 kg utilizado previamente por la Oficina Internacional de Pesas y Medidas de Francia, para detectar posibles fluctuaciones de peso a lo largo del tiempo.

"Hemos demostrado que si el espacio-tiempo no tiene una naturaleza cuántica, entonces debe haber fluctuaciones aleatorias en la curvatura del espacio-tiempo que tienen una firma particular que puede verificarse experimentalmente", afirma el físico Zach Weller-Davies, del University College de Londres.

En términos de gravedad, ya sea cuántica o clásica, el espacio-tiempo debería experimentar fluctuaciones violentas y aleatorias a nuestro alrededor, aunque a una escala que aún no hemos logrado detectar. Si el espacio-tiempo es clásico, según Weller-Davies, las fluctuaciones deben ser mayores que una cierta escala, y esta escala se podría determinar mediante otro experimento que evalúe cuánto tiempo puede permanecer un átomo pesado en superposición, ocupando dos lugares diferentes al mismo tiempo.

Incluso si el experimento no arroja resultados concretos, podría proporcionar información valiosa. En palabras de Sougato Bose, físico de la University College de Londres que no participó en estos estudios, "los experimentos para verificar la naturaleza del espacio-tiempo demandarán un esfuerzo considerable, pero son de importancia fundamental para comprender las leyes de la naturaleza". 

Bose sugiere que estos experimentos están al alcance y que, aunque prever los resultados es complicado, podríamos obtener respuestas en los próximos 20 años.