El peso de un objeto pueda variar con el tiempo debido a fluctuaciones cuánticas del espacio-tiempo
La Teoría Poscuántica de la Gravedad pretende unificar y conciliar los principios de la teoría de la relatividad y la mecánica cuántica, un reto que han mantenido a los físicos batallando infructuosamente durante más de siglo intentando de conciliar la teoría de la relatividad con la mecánica cuántica. Son teorías incompatibles, una niega a la otra y viceversa. unificada sigue siendo uno de los mayores retos.
La teoría de la relatividad de Albert Einstein, que complementa las leyes de Newton, ha sido la mejor descripción de los fenómenos a gran escala, desde el funcionamiento del Sistema Solar y los agujeros negros hasta el origen del universo. La física cuántica explica mejor el comportamiento de las partículas más pequeñas del universo, los electrones, gluones y quarks que componen los átomos. No funcionan de la misma manera, ni se sirven de las mismas matemáticas.
Ambas teorías funcionan en sus ámbitos particulares, pero aunque una niega a la otra ambas coexisten en la naturaleza y lo que hay detrás del porqué constituye el mayor desafío sin resolver en la física. Generaciones de investigadores han buscado la llamada ‘teoría del todo‘ que abarque tanto lo infinitamente grande como lo infinitamente pequeño.
La dos teorías chocan al describir la naturaleza del espacio-tiempo: las ecuaciones de ondas cuánticas se definen en un espacio-tiempo fijo, pero la relatividad general dice que el espacio-tiempo es dinámico y se curva en respuesta a la distribución de la materia.
Un equipo liderado por Jonathan Oppenheim, profesor de teoría cuántica en el University College de Londres, propone una perspectiva que podría revolucionar la comprensión del universo, y también resolver el misterio de la materia y energía oscura.
Teoría Poscuántica de la Gravedad Clásica
La teoría cuántica y la relatividad general de Einstein son como dos lenguajes inconsistentes entre sí. Hasta ahora ha predominado la estrategia de «modificar» la relatividad general para que «encaje» en el marco de la teoría cuántica. Fue el caso de las teorías de cuerdas y la gravedad cuántica de bucles, que no lograron demostrar de manera concluyente su validez.
El enfoque de Oppenheim es diferente. Plantea preguntarse si habría que cuantificar el espacio-tiempo, modificar la teoría cuántica o hacer algo completamente diferente: «teoría poscuántica de la gravedad clásica» que incorpora la posibilidad de que el continuo espacio-tiempo no pueda ser descrito empleando la teoría cuántica. Los artículos publicados por Oppenheim y sus colaboradores en las revistas Nature Communications y Physical Review X señalan que ese modelo sería capaz de reconciliar la teoría cuántica y la relatividad general sin alterar la concepción clásica del espacio-tiempo tal y como lo concibió Einstein. Un enfoque radicalmente diferente.
En vez de manipular la relatividad general, Oppenheim propone modificar la teoría cuántica, respetando los mecanismos que rigen la interacción entre los objetos con masa y el continuo espacio-tiempo, para que conviva con los principios de la relatividad general.
Aleatoriedad y espacio-tiempo
Para entender el concepto básico de la teoría poscuántica de la gravedad clásica es necesario comprender los principios básicos de la relatividad general y una de las características más desconcertantes de la física cuántica que perturbaba a Einstein: la aleatoriedad inherente al comportamiento de las partículas elementales
En 1915, Einstein revolucionó la ciencia definiendo la gravedad como una deformación del espacio-tiempo, y que le hacía decir que Dios no juega a los dados, que nada es aleatorio y se corresponde con una causa. En contraste, la física cuántica introdujo la aleatoriedad inherente al comportamiento de las partículas elementales.
Oppenheim y su equipo de la University College de Londres proponen una solución radical en su teoría poscuántica de la gravedad clásica: «El espacio-tiempo se mantiene como ese tejido en el que viven las partículas cuánticas, tal como lo concibió Einstein», pero incorpora la aleatoriedad cuántica como una característica inherente del propio espacio-tiempo. El tejido no es estático y determinista, sino que presenta fluctuaciones aleatorias. Es como si la cama elástica de Einstein estuviera constantemente temblando y deformándose de manera impredecible.
«Seguimos teniendo esta aleatoriedad en la teoría cuántica, pero mediada por el propio espacio-tiempo. La estructura aleatoria del espacio-tiempo es lo que, en cierto sentido, está tirando los dados en la teoría cuántica», explica Oppenheim.
Materia y energía oscura
Solo el 5% del universo es materia normal, son todos los planetas, estrellas y objetos cósmicos visibles, el 95% restante está constituido por materia y energía oscura, cuya naturaleza se desconoce. La teoría poscuántica de la gravedad clásica del profesor Oppenheim y su equipo de la University College de Londres podría determinarla.
La evidencia de la existencia de la materia oscura proviene de observaciones astronómicas que datan de mediados del siglo XX. La astrónoma Vera Rubin observó que las estrellas en los bordes de las galaxias se movían mucho más rápido de lo esperado. Lo que sugería la presencia de una masa invisible que ejercía una fuerza gravitacional adicional. Desde entonces, los científicos han propuesto diversas teorías para explicar el fenómeno. Teorizan sobre la existencia de partículas masivas que interactúan débilmente y se atreven a modificar las leyes de Newton, pero sin lograr una confirmación concluyente.
Puente a los misterios
Oppenheim saltó a la fama a finales de 2023 al publicar su teoría sobre la gravedad. En otro trabajo que publicó en 2024 sostiene que esa teoría poscuántica podría dilucidar el misterio de la materia oscura. Señala que las fluctuaciones cuánticas inherentes al espacio-tiempo podrían ser claves para entender la materia y la energía oscuras. «Si las fluctuaciones son lo suficientemente intensas, serían candidatas muy fuertes para lo que pensamos que son la materia oscura y la energía oscura. Explicarían el 95% de la evolución del universo. De modo que podrían tener un gran impacto», afirma.
Un artículo publicado en el repositorio ArXiv afirma que la «teoría de la gravedad poscuántica» depende de «una modificación de la relatividad general a bajas aceleraciones», una modificación que, curiosamente, coincide con el fenómeno de la materia oscura. De acuerdo con los cálculos de Oppenheim, «esa pequeña modificación en la gravedad puede explicar las curvas de rotación galáctica sin necesidad de evocar la materia oscura».
Pruebas experimentales
La teoría poscuántica de la gravedad ha generado gran expectación en la comunidad científica porque su característica más distintiva es que puede ser sometida a pruebas experimentales. «Toda teoría debe pasar una serie de chequeos de campo para ver si los resultados son consistente con las predicciones. Todas las predicciones de esta teoría pueden ser probadas experimentalmente», aseguró Oppenheim.
Al tener en cuenta que hay fluctuaciones de espacio-tiempo, “podemos ir a buscarlas». Antiguos alumnos de doctorado del profesor Oppenheim proponen, para validar la teoría, un experimento que detallan en un artículo publicado en Nature Communications.
Recomiendan medir con extrema precisión la masa de un objeto, como el patrón de 1 kg utilizado por la Oficina Internacional de Pesos y Medidas de Francia, para detectar posibles fluctuaciones de peso a lo largo del tiempo. «Si encuentras las fluctuaciones, entonces demostrarás que la teoría es verdadera y si no las encuentras, podrás refutarla», dicen..
Sougato Bose, físico del University College de Londres que no participó en estos estudios, subraya que los experimentos para verificar la naturaleza del espacio-tiempo “demandarán un esfuerzo considerable, pero serán fundamentales para comprender las leyes de la naturaleza». Explica que la precisión con la que es necesario llevar a cabo la medida debe necesariamente ser extrema, pero posibles. «Podríamos obtener respuestas en los próximos 20 años», presagia.
La posibilidad de verificar experimentalmente esta teoría ha generado tanto interés como escepticismo. La física Sabine Hossenfelder, del Centro de Filosofía Matemática de Múnich, reconoce que lo novedosa de la idea en un campo donde es raro ver nacer una nueva propuesta», pero la consideró «muy especulativa, inmadura y vaga» cuando la revisó hace 6 años.
Carlo Rovelli y Geoff Penington, promotores de la gravedad cuántica de bucles y la teoría de cuerdas, respectivamente, han expresado sus dudas. Incluso firmaron una apuesta de 5.000 a 1 en contra de que la teoría de Oppenheim sea comprobada
Oppenheim y su equipo se mantienen optimistas. «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, participante en la formulación teórica.
El camino de la verdad científica
La teoría poscuántica de la gravedad muestra el proceso en constante evolución de la ciencia. Nuevas ideas desafían el status quo y obligan a replantear las verdades más arraigadas.
Si se confirman experimentalmente sus predicciones, la gravedad, una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza, dejaría de ser una fuerza constante y predecible para convertirse en una fuerza cuántica y fluctuante. La idea de que el peso de un objeto pueda variar con el tiempo debido a fluctuaciones cuánticas del espacio-tiempo es radicalmente diferente a lo que proponen teorías como la de cuerdas o la gravedad cuántica de bucles. La idea no es tan descabellada como podría parecer.
+ en Cambio16.com:
Conforme a los criterios de 
Saber más
