Gravedad y mecánica cuántica confluyen respetando a Einstein
Físicos del UCL (University College London) han presentado una teoría radical que unifica consistentemente gravedad y mecánica cuántica preservando el concepto de espacio-tiempo de Einstein.
La física moderna se basa en dos pilares: por un lado, la teoría cuántica, que gobierna las partículas más pequeñas del universo, y por el otro, la teoría de la relatividad general de Einstein, que explica la gravedad mediante la curvatura del espacio-tiempo. Pero estas dos teorías están en contradicción y una reconciliación ha sido difícil de alcanzar durante más de un siglo.
La suposición predominante ha sido que la teoría de la gravedad de Einstein debe modificarse o "cuantizarse" para que encaje dentro de la teoría cuántica. Este es el enfoque de dos candidatos destacados para una teoría cuántica de la gravedad, la teoría de cuerdas y la gravedad cuántica de bucles.
Pero una nueva teoría, desarrollada por el profesor Jonathan Oppenheim y presentada en un nuevo artículo en Physical Review X, desafía ese consenso y adopta un enfoque alternativo al sugerir que el espacio-tiempo puede ser clásico, es decir, no está gobernado por la teoría cuántica en absoluto.
En lugar de modificar el espacio-tiempo, la teoría -denominada "teoría poscuántica de la gravedad clásica"- modifica la teoría cuántica y predice una ruptura intrínseca de la previsibilidad mediada por el propio espacio-tiempo. Esto 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.
Un segundo artículo, publicado simultáneamente en Nature Communications y dirigido por antiguos estudiantes de doctorado del profesor Oppenheim, analiza algunas de las consecuencias de la teoría y propone un experimento para probarla: medir una masa con mucha precisión para ver si su peso parece fluctuar con el tiempo.
Por ejemplo, la Oficina Internacional de Pesas y Medidas de Francia pesa habitualmente 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, se puede descartar la teoría.
El resultado del experimento, u otra evidencia que surja que confirme la naturaleza cuántica versus clásica del espacio-tiempo, es el tema de una apuesta de 5000 contra 1 entre el profesor Oppenheim, el profesor Carlo Rovelli y el Dr. Geoff Penington, principales defensores de la gravedad de bucle cuántico y teoría de cuerdas respectivamente.
Durante los últimos cinco años, el grupo de investigación de la UCL ha estado poniendo a prueba la teoría y explorando sus consecuencias.
El profesor Oppenheim dijo en un comunicado: "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. ¿Deberíamos cuantificar el espacio-tiempo, o deberíamos modificar la teoría cuántica, o es algo completamente diferente? Ahora que tenemos una teoría fundamental consistente en la que el espacio-tiempo no se cuantifica, nadie lo sabe".
El coautor Zach Weller-Davies, quien como estudiante de doctorado en la UCL ayudó a desarrollar la propuesta experimental e hizo contribuciones clave a la teoría misma, dijo: "Este descubrimiento desafía nuestra comprensión de la naturaleza fundamental de la gravedad, pero también ofrece vías para investigar su naturaleza cuántica potencial.
"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.
"Tanto en la gravedad cuántica como en la gravedad clásica, el espacio-tiempo debe estar experimentando fluctuaciones violentas y aleatorias a nuestro alrededor, pero en una escala que aún no hemos podido detectar. Pero si el espacio-tiempo es clásico, las fluctuaciones tienen que ser mayores que una determinada escala, y esta escala puede determinarse mediante otro experimento en el que probamos durante cuánto tiempo podemos poner un átomo pesado en superposición de estar en dos ubicaciones diferentes".
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