Una variación de la teoría de la gravedad cuántica: la unificación de mecánica cuántica y el de einstein relatividad general – podría ayudar a resolver uno de los mayores enigmas de la cosmología, sugiere una nueva investigación.
Desde hace casi un siglo, los científicos saben que el universo se está expandiendo. Pero en las últimas décadas, los físicos han descubierto que diferentes tipos de mediciones de la tasa de expansión (llamada parámetro de Hubble) producen inconsistencias desconcertantes.
Para resolver esta paradoja, un nuevo estudio sugiere incorporar efectos cuánticos en una teoría destacada utilizada para determinar la tasa de expansión.
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“Intentamos resolver y explicar la discrepancia entre los valores del parámetro de Hubble a partir de dos tipos diferentes de observaciones destacadas”, explica el coautor del estudio. PK Sureshdijo a Live Science por correo electrónico un profesor de física en la Universidad de Hyderabad en India.
Un problema en expansión
La expansión del universo fue identificada por primera vez por Edwin Hubble en 1929. Sus observaciones con el telescopio más grande de esa época revelaron que las galaxias más alejadas de nosotros parecen alejarse a velocidades más rápidas. Aunque Hubble inicialmente sobreestimó la tasa de expansión, las mediciones posteriores han refinado nuestra comprensión, estableciendo que el parámetro actual de Hubble es altamente confiable.
Más adelante en el siglo XX, los astrofísicos introdujeron una técnica novedosa para medir la tasa de expansión examinando el fondo cósmico de microondas, el omnipresente “resplandor” de la Big Bang.
Sin embargo, surgió un problema grave con estos dos tipos de medidas. Específicamente, el método más nuevo produjo un valor del parámetro de Hubble casi un 10% menor que el deducido de las observaciones astronómicas de objetos cósmicos distantes. Estas discrepancias entre diferentes mediciones, llamadas tensión de Hubble, indican posibles fallas en nuestra comprensión de la evolución del universo.
En un estudio publicado en la revista Gravedad clásica y cuántica, Suresh y su colega de la Universidad de Hyderabad, B. Anupama, propusieron una solución para alinear estos resultados dispares. Subrayaron que los físicos infieren el parámetro de Hubble indirectamente, empleando el modelo evolutivo de nuestro universo basado en la teoría de la relatividad general de Einstein.
El equipo abogó por revisar esta teoría para incorporar los efectos cuánticos. Estos efectos, intrínsecos a las interacciones fundamentales, abarcan fluctuaciones aleatorias de campo y la creación espontánea de partículas a partir del vacío del espacio.
A pesar de la capacidad de los científicos para integrar los efectos cuánticos en teorías de otros campos, la gravedad cuántica sigue siendo difícil de alcanzar, lo que hace que los cálculos detallados sean extremadamente difíciles o incluso imposibles. Para empeorar las cosas, los estudios experimentales de estos efectos requieren alcanzar temperaturas o energías muchos órdenes de magnitud superiores a las alcanzables en un laboratorio.
Al reconocer estos desafíos, Suresh y Anupama se centraron en los amplios efectos de la gravedad cuántica comunes a muchas teorías propuestas.
“Nuestra ecuación no necesita tener en cuenta todo, pero eso no nos impide probar la gravedad cuántica o sus efectos experimentalmente”, dijo Suresh.
Su exploración teórica reveló que tener en cuenta los efectos cuánticos al describir las interacciones gravitacionales en la etapa más temprana de la expansión del universo, llamada inflación cósmica, podría de hecho alterar las predicciones de la teoría con respecto a las propiedades del fondo de microondas en la actualidad, haciendo que los dos tipos de parámetros de Hubble Medidas consistentes.
Por supuesto, sólo se podrán sacar conclusiones finales cuando se conozca una teoría completa de la gravedad cuántica, pero incluso los hallazgos preliminares son alentadores. Además, el vínculo entre el fondo cósmico de microondas y los efectos gravitacionales cuánticos abre el camino para estudiar experimentalmente estos efectos en un futuro próximo, afirmó el equipo.
“Se supone que la gravedad cuántica desempeña un papel en la dinámica del universo primitivo; por eso su efecto puede observarse mediante mediciones de las propiedades del fondo cósmico de microondas”, dijo Suresh.
“Algunas de las futuras misiones dedicadas a estudiar este electromagnético Los antecedentes son muy probables y prometedores para probar la gravedad cuántica. … Proporciona una sugerencia prometedora para resolver y validar los modelos inflacionarios de la cosmología en conjunto con la gravedad cuántica”.
Además, los autores postulan que los fenómenos gravitacionales cuánticos en el universo primitivo podrían haber dado forma a las propiedades de ondas gravitacionales emitidos durante ese período. La detección de estas ondas con futuros observatorios de ondas gravitacionales podría iluminar aún más las características gravitacionales cuánticas.
“Hasta ahora sólo se han observado ondas gravitacionales de diversas fuentes astrofísicas, pero aún no se han detectado ondas gravitacionales del universo primitivo”, dijo Suresh. “Esperamos que nuestro trabajo ayude a identificar el modelo inflacionario correcto y a detectar ondas gravitacionales primordiales con características de gravedad cuántica”.