En 2009, el físico teórico Erik Verlinde propuso una reformulación radical de la gravedad. En su teoría, gravedad no es un fuerza fundamental sino más bien una manifestación de procesos ocultos más profundos. Pero en los 15 años transcurridos desde entonces, no ha habido mucho apoyo experimental para la idea. Entonces, ¿adónde vamos ahora?
La emergencia es común en toda la física. La propiedad de la temperatura, por ejemplo, no es una propiedad intrínseca de los gases. Más bien, es el resultado emergente de innumerables colisiones microscópicas. Tenemos las herramientas para hacer coincidir esas colisiones microscópicas con la temperatura; de hecho, existe toda una rama de la física, conocida como mecánica estadística, que da a conocer estas conexiones.
En otras áreas, las conexiones entre comportamientos microscópicos y propiedades emergentes no son tan claras. Por ejemplo, si bien entendemos los mecanismos simples detrás de la superconductividad, no sabemos cómo las interacciones microscópicas conducen a la aparición de superconductores de alta temperatura.
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La teoría de Verlinde se basa en lo que Stephen Hawking y Jacob Bekenstein observaron en la década de 1970: Muchas propiedades de agujeros negros puede expresarse en términos de las leyes de la termodinámica. Sin embargo, las leyes de la termodinámica surgen de procesos microscópicos. Para Verlinde, esto fue más que una mera coincidencia e indicó que lo que percibimos como gravedad puede estar surgiendo de algún proceso físico más profundo.
En 2009 publicó el primera versión de su teoría. Fundamentalmente, no necesitamos saber cuáles son esos procesos más profundos, ya que ya tenemos el conjunto de herramientas (la mecánica estadística) para describir las propiedades emergentes. Entonces Verlinde aplicó estas técnicas a la gravedad y llegó a una formulación alternativa de la gravedad. Y como la gravedad también está ligada a nuestros conceptos de movimiento, inercia, espacio y tiempo, esto significa que toda nuestra universo también surge de esos mismos procesos más profundos.
Al principio, no salió mucho de esto; Reescribir una ley conocida de la física, si bien es interesante, no necesariamente proporciona conocimientos más profundos. Pero en 2016, Verlinde amplió su teoría al descubrir que un universo que contiene energía oscura conduce naturalmente a una nueva propiedad emergente del espacio, permitiéndole así empujarse hacia adentro sobre sí mismo en regiones de baja densidad.
Este descubrimiento provocó una oleada de entusiasmo, ya que proporcionó una explicación alternativa para materia oscura. Actualmente, los astrónomos creen que la materia oscura es una sustancia misteriosa e invisible que constituye la mayor parte de la masa de cada galaxia. Si bien esa hipótesis ha podido explicar una gran cantidad de observaciones, desde las tasas de rotación de las estrellas dentro de las galaxias hasta la evolución de las estructuras más grandes del cosmos, todavía tenemos que identificar la misteriosa partícula.
En la imagen de Verlinde sobre la gravedad emergente, tan pronto como se ingresa a regiones de baja densidad (básicamente, cualquier cosa fuera del sistema solar), la gravedad se comporta de manera diferente a lo que esperaríamos de la gravedad emergente. teoría de la relatividad general. A gran escala, existe una atracción natural hacia el espacio mismo, que obliga a la materia a agruparse más densamente de lo que lo haría de otra manera.
Esta idea fue emocionante porque permitió a los astrónomos encontrar una manera de probar esta nueva teoría. Los observadores podrían tomar esta nueva teoría de la gravedad y ponerla en modelos de estructura y evolución de galaxias para encontrar diferencias entre ella y los modelos de materia oscura.
Sin embargo, a lo largo de los años, los resultados experimentales han sido contradictorios. Algunas de las primeras pruebas favorecieron la gravedad emergente sobre la materia oscura en lo que respecta a las velocidades de rotación de las estrellas. Pero observaciones más recientes no han encontrado ninguna ventaja. Y la materia oscura también puede explicar mucho más que las tasas de rotación de las galaxias; Las pruebas dentro de cúmulos de galaxias han encontrado que la gravedad emergente se queda corta.
Este no es el fin de la gravedad emergente. La idea es aún nueva y requiere muchas suposiciones en sus cálculos para que funcione. Sin una teoría plenamente realizada, es difícil decir si las predicciones que hace sobre el comportamiento de las galaxias y los cúmulos representan con precisión lo que nos diría la gravedad emergente. Y los astrónomos todavía están intentando desarrollar pruebas más estrictas, como utilizar datos del fondo cósmico de microondaspara poner realmente a prueba la teoría.
La gravedad emergente sigue siendo una idea intrigante. Si es correcto, tendríamos que remodelar radicalmente nuestra comprensión del mundo natural y ver la gravedad y el movimiento (e incluso conceptos más fundamentales, como el tiempo y el espacio) a través de una lente que emerge de interacciones más profundas y complicadas. Pero por ahora, sigue siendo simplemente una idea intrigante. Sólo el tiempo y pruebas de observación exhaustivas nos dirán si estamos en el camino correcto.