¿Cómo reconciliar los dos pilares en conflicto de la física moderna: la teoría cuántica y la gravedad? Durante mucho tiempo, los científicos creyeron que tarde o temprano la ciencia reconocería esta o aquella teoría como dominante, pero la realidad, como siempre, resultó ser mucho más interesante. Una nueva investigación sugiere que la gravedad puede surgir de fluctuaciones aleatorias a nivel cuántico.
Entre las dos teorías fundamentales que explican la realidad que nos rodea, la teoría cuántica apela a las interacciones entre las partículas más pequeñas de materia, mientras que la relatividad general se refiere a la gravedad y las estructuras más grandes de todo el universo. Desde los días de Einstein, los físicos han intentado cerrar la brecha entre estas enseñanzas, pero con éxito variable.
Una forma de reconciliar la gravedad con la mecánica cuántica era demostrar que la gravedad se basa en partículas indivisibles de materia, cuantos. Este principio se puede comparar con la forma en que los propios cuantos de luz, los fotones, representan una onda electromagnética. Hasta ahora, los científicos no han tenido suficientes datos para respaldar esta suposición, pero Antoine Tilloy (Antoine Tilloy) del Instituto de Óptica Cuántica. Max Planck en Garching, Alemania, trató de describir la gravedad con los principios de la mecánica cuántica. ¿Pero cómo lo hizo él?
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Mundo cuántico
En teoría cuántica, el estado de una partícula se describe mediante su función de onda. Por ejemplo, le permite calcular la probabilidad de encontrar una partícula en un punto u otro del espacio. Antes de la medición en sí, no está claro no solo dónde está la partícula, sino también si existe. El mismo hecho de medir crea literalmente la realidad al "destruir" la función de onda. Pero la mecánica cuántica rara vez aborda la medición, por lo que es una de las áreas más controvertidas de la física. Recuerda la paradoja de Schrödinger: no puedes resolverla hasta que tomes una medida abriendo una caja y averiguando si el gato está vivo o no.
Una solución a estas paradojas es el llamado modelo GRW, que se desarrolló a finales de la década de 1980. Esta teoría incluye un fenómeno como "llamaradas": colapsos espontáneos de la función de onda de los sistemas cuánticos. El resultado de su aplicación es exactamente el mismo que si las mediciones se realizaran sin observadores como tales. Tilloy lo modificó para mostrar cómo se puede usar para llegar a una teoría de la gravedad. En su versión, un destello que destruye la función de onda y obliga a la partícula a estar en un solo lugar también crea un campo gravitacional en este momento en el espacio-tiempo. Cuanto más grande es el sistema cuántico, más partículas contiene y se producen llamaradas más frecuentes, creando así un campo gravitacional fluctuante.
Lo más interesante es que el valor medio de estas fluctuaciones es el mismo campo gravitacional que describe la teoría de la gravedad de Newton. Este enfoque para unir la gravedad con la mecánica cuántica se llama cuasi-clásico: la gravedad surge de procesos cuánticos, pero sigue siendo una fuerza clásica. "No hay ninguna razón real para ignorar el enfoque cuasi-clásico, en el que la gravedad es fundamental en un nivel fundamental", dice Tilloy.
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El fenómeno de la gravedad
Klaus Hornberger de la Universidad de Duisburg-Essen en Alemania, que no participó en el desarrollo de la teoría, la trata con gran simpatía. Sin embargo, el científico señala que antes de que este concepto forme la base de una teoría unificada que una y explique la naturaleza de todos los aspectos fundamentales del mundo que nos rodea, será necesario resolver una serie de problemas. Por ejemplo, el modelo de Tilloy definitivamente puede usarse para obtener la gravedad newtoniana, pero su correspondencia con la teoría gravitacional aún debe verificarse usando matemáticas.
Sin embargo, el propio científico está de acuerdo en que su teoría necesita una base de evidencia. Por ejemplo, predice que la gravedad se comportará de manera diferente según la escala de los objetos en cuestión: para los átomos y para los agujeros negros supermasivos, las reglas pueden ser muy diferentes. Sea como fuere, si las pruebas revelan que el modelo de Tillroy refleja la realidad y que la gravedad es una consecuencia de las fluctuaciones cuánticas, esto permitirá a los físicos comprender la realidad que nos rodea en un nivel cualitativamente diferente.
Vasily Makarov
