La teoría general de la relatividad de Einstein, en la que la gravedad nace de la curvatura del espacio-tiempo, es notable. Se ha verificado con un increíble nivel de precisión, en algunos casos hasta quince decimales. Una de sus predicciones más interesantes fue la existencia de ondas gravitacionales: ondas en el espacio-tiempo que se propagan libremente. No hace mucho, estas ondas fueron captadas por los detectores LIGO y VIRGO.
Y, sin embargo, hay muchas preguntas para las que aún no tenemos respuesta. La gravedad cuántica podría ayudar a encontrarlos.
Sabemos que la relatividad general está incompleta. Se manifiesta bien cuando los efectos cuánticos del espacio-tiempo son completamente invisibles, que es casi siempre el caso. Pero cuando los efectos cuánticos del espacio-tiempo se agrandan, necesitamos una teoría mejor: una teoría de la gravedad cuántica.
Una ilustración del universo temprano, que consiste en espuma cuántica, cuando las fluctuaciones cuánticas eran enormes y se manifestaban en la escala más pequeña.
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Dado que aún no hemos formulado una teoría de la gravedad cuántica, no sabemos qué son el espacio y el tiempo. Tenemos varias teorías adecuadas para la gravedad cuántica, pero ninguna de ellas es ampliamente aceptada. Sin embargo, basándonos en los enfoques existentes, podemos asumir lo que puede suceder con el espacio y el tiempo en la teoría de la gravedad cuántica. La física Sabine Hossfender ha recopilado diez ejemplos sorprendentes.
1) En la gravedad cuántica, habrá grandes fluctuaciones en el espacio-tiempo incluso en ausencia de materia. En el mundo cuántico, el vacío nunca está en reposo, al igual que el espacio y el tiempo.
En la escala cuántica más pequeña, el universo puede llenarse de diminutos agujeros negros microscópicos con masas bajas. Estos agujeros pueden conectarse o expandirse hacia adentro de una manera muy interesante.
2) El espacio-tiempo cuántico se puede llenar con agujeros negros microscópicos. Además, puede contener agujeros de gusano o pueden nacer universos infantiles, como pequeñas burbujas que se desprenden del universo de la madre.
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3) Y dado que esta es una teoría cuántica, el espacio-tiempo puede hacerlo todo al mismo tiempo. Puede crear simultáneamente un universo infantil y no crearlo.
El tejido del espacio-tiempo puede no ser un tejido en absoluto, sino que consta de componentes discretos, que sólo nos parecen un tejido continuo en grandes escalas macroscópicas.
4) En la mayoría de los enfoques de la gravedad cuántica, el espacio-tiempo no es fundamental, sino que consiste en algo más. Pueden ser cadenas, bucles, qubits o variantes de "átomos" del espacio-tiempo que aparecen en enfoques de materia condensada. Los componentes individuales se pueden desmontar solo con el uso de las energías más altas, mucho más altas que las que tenemos disponibles en la Tierra.
5) En algunos enfoques con materia condensada, el espacio-tiempo tiene las propiedades de un cuerpo sólido o líquido, es decir, puede ser elástico o viscoso. Si esto es cierto, las consecuencias observadas son inevitables. Actualmente, los físicos están buscando rastros de efectos similares en partículas errantes, es decir, en la luz o los electrones que nos llegan desde el espacio distante.
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Animación esquemática de un haz de luz continuo disperso por un prisma. En algunos enfoques de la gravedad cuántica, el espacio puede actuar como un medio dispersivo para diferentes longitudes de onda de luz.
6) El espacio-tiempo puede afectar cómo pasa la luz a través de él. Es posible que no sea completamente transparente o que la luz de diferentes colores se mueva a diferentes velocidades. Si el espacio-tiempo cuántico afecta la propagación de la luz, esto también se puede observar en experimentos futuros.
7) Las fluctuaciones en el espacio-tiempo pueden destruir la capacidad de la luz de fuentes distantes para crear patrones de interferencia. Este efecto se buscó y nunca se encontró, al menos en el rango visible.
La luz que pasa a través de dos rendijas gruesas (arriba), dos rendijas delgadas (centro) o una rendija gruesa (abajo) exhibe interferencias indicativas de su naturaleza ondulatoria. Pero en la gravedad cuántica, algunas de las propiedades de interferencia esperadas pueden no ser posibles.
8) En áreas de fuerte curvatura, el tiempo puede convertirse en espacio. Esto puede suceder, por ejemplo, dentro de agujeros negros o en un big bang. En este caso, el espacio-tiempo que conocemos con tres dimensiones y espaciales y una temporal puede convertirse en un espacio "euclidiano" tetradimensional.
La conexión de dos lugares diferentes en el espacio o el tiempo a través de un agujero de gusano sigue siendo solo una idea teórica, pero puede no solo ser interesante, sino también inevitable en la gravedad cuántica.
El espacio-tiempo se puede conectar de forma no local con pequeños agujeros de gusano que impregnan todo el universo. Tales conexiones no locales deben existir en todos los enfoques cuya estructura subyacente no sea geométrica, como un gráfico o una red. Esto se debe a que en tales casos, el concepto de "proximidad" no será fundamental, sino implícito e imperfecto, por lo que regiones distantes pueden conectarse accidentalmente.
10) Quizás para combinar la teoría cuántica con la gravedad, necesitamos actualizar no la gravedad, sino la teoría cuántica en sí. Si es así, las consecuencias serán de gran alcance. Dado que la teoría cuántica está en el corazón de todos los dispositivos electrónicos, revisarla abrirá posibilidades completamente nuevas.
Aunque la gravedad cuántica a menudo se considera una idea muy teórica, existen muchas posibilidades de verificación experimental. Todos viajamos a través del espacio-tiempo todos los días. Entenderlo puede cambiar nuestras vidas.
Ilya Khel
