Durante mucho tiempo se pensaba que estas dos teorías no encajaban, pero ¿qué pasa si la gravedad y la mecánica cuántica pudieran coexistir sin alterar el concepto clásico del espacio-tiempo de Einstein?
Los investigadores de la University College London (UCL) han presentado una teoría radical en la revista Physical Review X que unifica la gravedad y la mecánica cuántica, manteniendo al mismo tiempo el concepto clásico del espacio-tiempo de Einstein. Este enfoque, conocido como «teoría postcuántica de la gravedad clásica», desafía la suposición prevaleciente de que la teoría de la gravedad de Einstein debe modificarse para encajar en la teoría cuántica.
La teoría cuántica y la gravedad de Einstein
Toda la materia del universo obedece las leyes de la teoría cuántica, pero sólo observamos realmente el comportamiento cuántico a escala de átomos y moléculas. La teoría cuántica nos dice que las partículas obedecen al principio de incertidumbre de Heisenberg, y nunca podemos conocer su posición ni su velocidad al mismo tiempo. De hecho, ni siquiera tienen una posición o velocidad definidas hasta que las medimos. Las partículas como los electrones pueden comportarse más como ondas y actuar casi como si pudieran estar en muchos lugares a la vez (más exactamente, los físicos describen las partículas como si estuvieran en una «superposición» de diferentes lugares).
La teoría cuántica lo gobierna todo, desde los semiconductores, omnipresentes en los chips informáticos, hasta los láseres, la superconductividad o la desintegración radiactiva. En cambio, decimos que un sistema se comporta de forma clásica si tiene propiedades subyacentes definidas. Un gato parece comportarse de forma clásica: o está vivo o está muerto, pero no ambas cosas, ni se encuentra en una superposición de vida y muerte. ¿Por qué los gatos se comportan de forma clásica y las partículas pequeñas de forma cuántica? No lo sabemos, pero la teoría postcuántica no requiere el postulado de la medida, porque la clasicidad del espaciotiempo infecta a los sistemas cuánticos y hace que se localicen.
La teoría de la gravedad de Newton dio paso a la teoría de la relatividad general (RG) de Einstein, que sostiene que la gravedad no es una fuerza en el sentido habitual. En su lugar, los objetos pesados, como el Sol, doblan el tejido del espaciotiempo de tal manera que hacen que la Tierra gire a su alrededor. El espaciotiempo no es más que un objeto matemático formado por las tres dimensiones del espacio, y el tiempo considerado como una cuarta dimensión. La relatividad general predijo la formación de agujeros negros y el big bang. Sostiene que el tiempo fluye a ritmos diferentes en distintos puntos del espacio, y el GPS de tu smartphone debe tenerlo en cuenta para determinar correctamente tu ubicación.
La incompatibilidad entre la gravedad de Einstein y la mecánica cuántica surge de diferencias fundamentales en sus concepciones y enfoques. Mientras la relatividad general de Einstein ve el espacio y el tiempo como un tejido continuo que se curva con la masa y la energía, la mecánica cuántica opera en un marco de espacio-tiempo fijo y sin curvatura. Además, la relatividad es determinista, ofreciendo predicciones exactas, a diferencia de la naturaleza probabilística de la mecánica cuántica. Estas teorías también difieren en las escalas que estudian: la relatividad se enfoca en lo cósmico y lo gravitacionalmente masivo, mientras que la mecánica cuántica se centra en lo atómico y subatómico. Sus formalismos matemáticos también son distintos, lo que complica la integración de ambas en una teoría unificada.
¿Una teoría unificada?
En lugar de alterar el espacio-tiempo, la nueva teoría modifica la teoría cuántica y predice una ruptura intrínseca en la previsibilidad, mediada por el propio espacio-tiempo. Esto resultaría en fluctuaciones aleatorias y violentas en el espacio-tiempo, que son mayores de lo previsto bajo la teoría cuántica, haciendo que el peso aparente de los objetos sea impredecible si se mide con suficiente precisión.
Un segundo artículo, publicado simultáneamente en Nature Communications, examina algunas de las consecuencias de la teoría y propone un experimento para probarla: medir la masa de un objeto con gran precisión para ver si su peso parece fluctuar con el tiempo. Por ejemplo, la Oficina Internacional de Pesas y Medidas en Francia pesa regularmente una masa de 1 kg, que solía ser el estándar de 1 kg. Si las fluctuaciones en las mediciones de esta masa de 1 kg son menores de lo necesario para la coherencia matemática, la teoría podría ser descartada.
El profesor Jonathan Oppenheim, principal desarrollador de la teoría, y su equipo han estado probando y explorando sus implicaciones durante los últimos cinco años. La teoría sugiere 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 ser verificada experimentalmente. Además, esta teoría tiene implicaciones más allá de la gravedad. Por ejemplo, el problemático «postulado de medición» de la teoría cuántica no sería necesario, ya que las superposiciones cuánticas se localizan necesariamente a través de su interacción con el espacio-tiempo clásico.
REFERENCIAS
A postquantum theory of classical gravity? en Physical Review X.
