Una nueva receta para la gravedad podría ayudar a resolver algunos de los mejores misterios del universo. Sugiere que el concepto de “gravedad cuántica” podría surgir de la entropía, posiblemente resolviendo rompecabezas presentados por el escurridizo universo oscuro y, si es cierto, esta teoría novedosa también podría finalmente unir la relatividad general de Albert Einstein con el reino cuántico.
Desde principios del siglo XX, Teoría de la relatividad general de Einstein ha sido la mejor descripción que tenemos de cómo funciona la gravedad. Sin embargo, justo cuando Einstein se le ocurrió una relatividad general, los científicos también desarrollaron los cimientos de Mecánica cuántica.
Desde entonces, ambas teorías han sido probadas, revisadas y mejoradas, manteniendo la prueba del tiempo y ganando a los escépticos en la comunidad científica. Sin embargo, hay un problema, uno grande. No pueden trabajar juntos.
Como ambas teorías se han perfeccionado, continúan desafiando los intentos de unificarlas. Una “teoría de todo” que abarca tanto la relatividad general como la física cuántica ha frustrado los esfuerzos de las mentes tan grandes como Stephen Hawkinge incluso el propio Einstein.
Uno de los principales obstáculos aquí se refiere al hecho de que no existe la teoría de la “gravedad cuántica”.
Pero aquí es donde entra Ginestra Bianconi, profesor de matemáticas aplicadas en la Universidad Queen Mary de Londres.
Ella sugiere un marco que vería la gravedad cuántica derivada de la llamada “entropía relativa cuántica”, un concepto que mide cuán diferentes son dos estados cuánticos.
Relatividad general y el universo oscuro
Desarrollado en 1915, la relatividad general sugiere que surge la gravedad porque los cuerpos con masa causan el tejido del espacio-tiempo (el cuatro dimensiones Unificación del espacio y el tiempo) para deformarse. Cuanto mayor es la masa de un objeto, más extrema es la deformación del espacio -tiempo y, por lo tanto, más poderosa la influencia gravitacional del objeto.
Esto se ha verificado una y otra vez, lo que permite la relatividad general para reemplazar La teoría de la gravedad de Newton Como la mejor descripción del universo en escalas cósmicas.
Sin embargo, la relatividad general no puede explicar todo.
Materia oscurala misteriosa sustancia que supera la materia ordinaria por un factor de cinco, y energía oscura, El componente desconocido del universo que impulsa su expansión acelerada, por ejemplo, no se explica por la relatividad general.
Ese es un gran problema porque la energía oscura representa el 68% de la materia total y la energía en el universo, y la materia oscura representa otro 27% más o menos. Eso significa que el “universo oscuro” representa alrededor del 95% del presupuesto de energía de materia del cosmos, por lo que las “cosas” que podemos describir cómodamente con la relatividad general representa solo el 5% de la energía y la materia en el universo.
Luego, está el hecho de que la teoría de la gravedad de Einstein no “jugará bien” con la física cuántica.
El nuevo marco, o “receta” para la gravedad, por así decirlo, toma la métrica del espacio -tiempo de la relatividad general, que describe la geometría del espacio y el tiempo en función de las distancias e intervalos entre eventos, y lo trata como una entidad matemática llamada operador.
Los operadores se utilizan en física cuántica para realizar transformaciones en estados cuánticos que surgen a través de cambios en los factores físicos. Este operador general basado en la relatividad conduce a una nueva “acción entrópica” y a las ecuaciones modificadas de Einstein.
Con bajas energías y en regiones de espacio donde hay poca curvatura y, por lo tanto, poca gravedad, estas ecuaciones replican las de la relatividad general.
Sin embargo, esta nueva investigación va más allá. Predice la aparición de una pequeña constante cosmológica valiosa positiva. Eso es significativo porque su valor se alinea mejor con Observaciones de la expansión acelerada del universo Bajo la influencia de la energía oscura que otras teorías actuales.
Además de esto, algo llamado “campo G” surge de esta teoría que podría explicar la influencia gravitacional de la materia oscura.
“Este trabajo propone que la gravedad cuántica tiene un origen entrópico y sugiere que el campo G podría ser un candidato para la materia oscura”, Bianconi dijo en un comunicado. “Además, la constante cosmológica emergente predicha por nuestro modelo podría ayudar a resolver la discrepancia entre las predicciones teóricas y las observaciones experimentales de la expansión del universo”.
Por supuesto, todavía es muy temprano para esta teoría, pero dada lo profundas que podrían ser sus implicaciones para nuestra comprensión fundamental del cosmos, es probable que valga la pena explorar.
La investigación de Bianconi se publicó el lunes (3 de marzo) en la revista Revisión física D.