¿La gravedad crea la realidad? Un camino impactante hacia una teoría del todo.

A veces, trabajas incansablemente en un problema, sólo para darte cuenta de que lo has estado haciendo todo al revés. Imagínese intentar pasar un enorme piano antiguo a través de una pequeña puerta. Lo has intentado todo (girarlo, quitarle las patas, empujarlo con fuerza) pero no consigues que encaje. Con el tiempo, te das cuenta de que es más fácil construir una habitación para guardar el piano donde ya se encuentra.

Ahora, algunos físicos están lidiando con un replanteamiento similar. Durante décadas, la ruta aceptada hacia una teoría definitiva del todo ha implicado tomar nuestra mejor teoría de la gravedad y encajarla en el marco de la mecánica cuántica. Dado que la teoría cuántica tiene un gran éxito al describir las otras tres de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza, es un enfoque comprensible. Sin embargo, casi un siglo después, los científicos todavía no han logrado adaptar la gravedad.

Por eso algunos inconformistas han defendido una estrategia alternativa. Sugieren que modificar las ecuaciones de la mecánica cuántica (construir un nuevo espacio para la gravedad) ayuda a explicar cómo el extraño mundo de las partículas da origen a nuestra realidad cotidiana.

Se están abriendo varias vías experimentales para investigar este enfoque, que involucran desde diamantes levitantes y metales brillantes hasta péndulos oscilantes y relojes que hacen tictac. Las pruebas prometen arrojar luz sobre cómo funciona el mundo cuántico y guiar la búsqueda de una comprensión más completa del universo. “Esto es como adentrarse en mar abierto: no tenemos idea de adónde ir”, dice Angelo Bassi, físico de la Universidad de Trieste en Italia. "Pero tal vez… yendo en la dirección equivocada, descubramos lo correcto".

El mundo tal como lo conocemos es definitivo. Tus libros descansan sólidamente en su estante, tu reloj avanza constantemente y se puede demostrar que tu gato está vivo. Sin embargo, en el ámbito de los átomos nada es seguro. La mecánica cuántica nos permite describir ciertas propiedades de las partículas, como su posición, sólo en términos de probabilidad. Se pueden predecir, con gran éxito, las probabilidades de encontrar una partícula en uno de muchos lugares, pero es completamente imposible saber dónde se observará en una prueba determinada. Antes de que ocurra esa medición, el objeto existe en una mancha ondulatoria de todas esas posibilidades a la vez, que describimos matemáticamente con algo llamado función de onda.

Esto nos deja con dos grandes enigmas que se encuentran en el corazón de la teoría cuántica. Por un lado, no está claro cómo y cuándo el mundo cuántico difuso da lugar a la concreción clásica. El otro problema es que esta descripción probabilística choca con la comprensión clásica de la gravedad de Albert Einstein. Los esfuerzos por reformular el trabajo de Einstein sobre la gravedad en el lenguaje de fuerzas y partículas han dado como resultado construcciones como la teoría de cuerdas que son engorrosas y prácticamente imposibles de comprobar.

Una suposición de larga data ha sido que, en el fondo, todo es cuántico. Pero un siglo después del inicio de la mecánica cuántica, los físicos todavía están luchando por elaborar una historia coherente a partir de ella. "Debe estar sucediendo algo más y tenemos que entender qué es", afirma Bassi. "El paso importante es llevar la mecánica cuántica al límite".

Una ruta para encontrar estos límites implica una de las muchas rarezas de la mecánica cuántica: el principio de superposición. Hoy en día, los científicos colocan rutinariamente una sola partícula en un estado mixto en dos ubicaciones distintas, un truco que pueden verificar con patrones de interferencia de esas posibilidades de interacción. Pero una vez que miden dónde está la partícula, colapsa en un estado definitivo: izquierda o derecha, digamos.

Hay muchas explicaciones posibles de lo que sucede cuando se realiza una medición, como lo demuestra la variedad de interpretaciones de la mecánica cuántica. La interpretación de muchos mundos dice que cada escenario posible se desarrolla en una rama diferente de la realidad, mientras que la interpretación de Copenhague dice, esencialmente, que hay que confiar en las matemáticas.

Otro grupo de explicaciones busca una solución física. En la década de 1980, los físicos Giancarlo Ghirardi, Alberto Rimini y Tullio Weber propusieron que algún proceso invisible estaba alterando las ondas cuánticas, provocando que colapsaran repentinamente. En los años siguientes, el físico Lajos Diósi del Centro de Investigación de Física Wigner en Hungría y el matemático de la Universidad de Oxford Roger Penrose propusieron que la gravedad podría ser la culpable de este misterioso proceso. Esencialmente, el modelo de Diósi-Penrose sostiene que, en la batalla entre lo cuántico y la gravedad, lo cuántico se resquebraja primero. La premisa básica que establecieron los dos fue que poner una gran masa en una superposición obligaría al espacio-tiempo a curvarse de dos maneras diferentes, algo que no puede permitir. Propusieron que la integridad del espacio-tiempo prevalece y provoca el colapso de las ondas cuánticas.

Si este es el caso, las superposiciones tendrían una vida útil inversamente proporcional al cuadrado de su masa. Los objetos cuánticos podrían vivir en superposición durante períodos de tiempo muy largos, pero cuanto más grande fuera el objeto, más rápido colapsaría. Esto explicaría por qué nunca vemos objetos más grandes en superposición, porque su importante tirón gravitacional forzaría instantáneamente un colapso. También aborda el espinoso problema de la medición, porque cualquier dispositivo lo suficientemente grande como para detectar y transmitir información sobre un sistema cuántico pasaría a formar parte de ese sistema y lo perturbaría gravitacionalmente. Esta idea alejó la discusión de la mera interpretación de la teoría cuántica y la llevó a revisarla.

Superposiciones cada vez más grandes

Durante los últimos 20 años, los físicos han comenzado a construir superposiciones cada vez mayores con la esperanza de verificar (o refutar) estas predicciones. Los avances en las técnicas de interferometría que explotan la naturaleza dual partícula-onda de la materia cuántica han permitido saltos masivos en el tamaño de los objetos que pueden ser persuadidos a una superposición. A principios de este año, los físicos establecieron un nuevo récord utilizando nanopartículas de sodio que contienen más de 7.000 átomos, más grandes que algunos virus.

Un experimento reciente de Penrose y sus colaboradores muestra que tales experimentos son, en principio, capaces de probar su propuesta de colapso. En un artículo aún por revisar por pares, publicado en línea en diciembre de 2025, un equipo dirigido por Ron Folman de la Universidad Ben-Gurion del Negev en Israel colocó un átomo de rubidio en una superposición de dos estados: uno levitando en su lugar y el otro en caída libre gravitacional. Al observar el patrón de interferencia que esto produjo, los investigadores pudieron medir cómo cambiaba el estado cuántico del átomo como resultado de esta interacción. La firma que encontraron coincidía con una predicción centenaria, lo que confirma que, al menos a esta escala microscópica, el principio de superposición es compatible con la relatividad general.

El resultado es que esta misma configuración experimental podría usarse para investigar cuándo esa compatibilidad falla. Penrose cree que repetir esta prueba con masas más grandes contará una historia diferente. En el caso del experimento de Folman y su equipo, la fuerza gravitacional que actúa sobre el objeto en caída libre procedía de la Tierra. Pero si el objeto en superposición es lo suficientemente grande, la atracción gravitacional podría generarse entre los dos estados del mismo objeto. Si el objeto está aquí y allá, en teoría, sentiría el tirón de su propia gravedad. En ese caso, predice Penrose, el patrón de interferencia en el experimento debería desaparecer. Esto indicaría que la superposición colapsó como resultado de la autointeracción gravitacional del objeto.

Cătălina Curceanu, física del Instituto Nacional de Física Nuclear de Frascati (Italia), está impresionada por el dominio tecnológico demostrado en el experimento. "Es absolutamente fascinante", dice. Si imaginas ampliar esto, “con el tiempo la cuantidad se desvanece ante tus ojos”.

Si logran crear una superposición de esos diamantes y separarlos por 2 micrómetros, predijeron que el colapso inducido gravitacionalmente ocurriría en menos de un segundo.

Otros son menos optimistas sobre el cronograma. "En este momento, las moléculas no son lo suficientemente grandes como para representar una prueba real de cualquiera de estas ideas de colapso", dice Bassi. “El día llegará, pero será un largo viaje”.

Mientras algunos físicos trabajan para desarrollar superposiciones cuánticas cada vez más grandes, otros se centran en el otro extremo del espectro: lo que le sucede a la gravedad en las escalas más pequeñas.

Durante décadas, los físicos han tratado de descubrir cómo la mecánica cuántica, que sólo habla de probabilidades, podría de alguna manera fusionarse con la relatividad general, que asigna valores precisos a cada punto del espacio y el tiempo. Ahora, algunos están empezando a converger en una solución audaz: hacer que la gravedad sea aleatoria. Si el espacio-tiempo es fundamentalmente ruidoso, entonces los objetos no seguirían una atracción gravitacional en línea recta, sino que tendrían algún movimiento intrínseco e impredecible incorporado en sus trayectorias. Esto podría ayudar a explicar cómo pueden existir objetos diminutos en superposición sin romper el espacio-tiempo y por qué las mediciones de sistemas cuánticos toman aleatoriamente uno de sus posibles resultados.

Gravedad aleatoria

En 2023, Jonathan Oppenheim, del University College de Londres, solidificó esta idea en lo que él llama una teoría “postcuántica”, que es un marco híbrido que permite que las escalas microscópica y macroscópica funcionen de manera diferente pero aun así interactúen. "Hay un único postulado: el campo gravitacional es clásico", afirma. "Todo lo demás sigue".

La teoría se basa en el trabajo de Diósi y Antoine Tilloy de la Universidad PSL en Francia en 2016, que mostró una forma matemáticamente consistente para que la gravedad sea aleatoria. Ahora, Oppenheim sostiene que tener un campo gravitacional que sea clásico y aleatorio es suficiente para perturbar las superposiciones cuánticas, sin necesidad de invocar ninguna noción de medición o un mecanismo adicional de colapso. Y a diferencia de los modelos híbridos anteriores que intentan mantener el espacio-tiempo clásico, su propuesta también encaja perfectamente con la teoría de la relatividad general de Einstein, lo que aumenta aún más su credibilidad. Oppenheim y sus colegas también delinearon un experimento para probar estas ideas monitoreando con mucha precisión la masa de un objeto sujeto a la gravedad.

Sin embargo, no a todo el mundo le gusta la idea de hacer que la gravedad sea aleatoria. Ivette Fuentes de la Universidad de Southampton, Reino Unido, colaboradora cercana de Penrose, cree que postular un campo gravitacional fluctuante sin explicar de dónde viene la aleatoriedad es ocultar el problema. “Aunque no estoy de acuerdo con lo que hace, realmente me gusta”, afirma. "Encuentra una forma alternativa y propone un experimento para probarla".

Además, la gravedad poscuántica está ayudando ahora a investigar los modelos de colapso gravitacional de manera más general. Recientemente, los físicos han explorado las consecuencias de un campo gravitacional clásico que interactúa con la materia cuántica. Establecieron que si la gravedad es clásica, debe colapsar aleatoriamente las ondas cuánticas cada vez que interactúan, lo que luego induciría cierta cantidad de sacudidas en la función de onda que describe los estados cuánticos. El año pasado, estudios separados dirigidos por Bassi y Daniel Carney en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en California calcularon el tamaño mínimo de esas fluctuaciones. Sus análisis abren nuevas ventanas para probar estos modelos.

Nuevos experimentos

En los últimos años han surgido tres canales principales de experimentación en la búsqueda de signos de aleatoriedad en el campo gravitacional.

El primer tipo de prueba busca el calor generado por la materia cuántica cuando es sacudida por la gravedad. A medida que un campo de gravedad aleatorio actuara sobre las partículas cargadas, haría que se movieran y, en el proceso, emitieran radiación espontáneamente. Los científicos buscan esa radiación colocando materiales en ambientes extremadamente bien protegidos donde deberían estar a salvo de cualquier otra fuente de calor.

Curceanu y sus colegas tomaron un trozo de germanio, lo envolvieron en plomo, lo enterraron a más de un kilómetro bajo tierra y luego buscaron chispas de luz inesperadas. Experimentos recientes de su equipo aún no han detectado ninguna radiación anómala significativa, lo que refuerza las limitaciones de estas ideas y, en algunos casos, excluye modelos completos. Pero Curceanu sostiene que los resultados negativos no cierran del todo la puerta a las teorías del colapso. “Cuando se eliminan los modelos más simples”, afirma, “puede comenzar el verdadero trabajo”.

Otro canal se centra en péndulos oscilantes, buscando cambios sutiles en su movimiento causados ​​por la aleatoriedad gravitacional. Algunos científicos monitorean pequeños voladizos que se mueven para buscar movimientos inexplicables que podrían atribuirse a la gravedad. Otros estudian pequeños cubos de metal en constante caída libre a bordo del satélite LISA Pathfinder de la Agencia Espacial Europea, que ha impuesto algunas de las limitaciones más estrictas hasta el momento. El año pasado, Bassi y sus colegas esbozaron una propuesta para realizar experimentos con péndulo a temperaturas significativamente más frías, donde el ruido contaminante es mucho más silencioso.

Recientemente se ha abierto un tercer canal, uno que podría llevarnos a profundas revelaciones sobre nuestro universo. Un equipo dirigido por Nicola Bortollotti de la Universidad Sapienza de Roma demostró que todos los modelos de colapso que invocan la gravedad también tienen importantes consecuencias para el tiempo mismo. Los investigadores sostienen que un campo gravitacional aleatorio que haga temblar la materia pondría un límite fundamental a la precisión con la que podemos decir la hora.

El límite de tiempo definitivo

Este límite es muchos órdenes de magnitud mayor que el tiempo de Planck, que los físicos creían anteriormente que era el intervalo de tiempo más pequeño mensurable. "La máxima confusión del tiempo puede no requerir una gravedad cuántica extrema, pero puede surgir de una física más accesible", dice Curceanu, coautor del artículo.

Este límite aún está lejos de alcanzarse incluso para los mejores relojes actuales, que utilizan las oscilaciones de los estados energéticos de un átomo como tics. Pero futuras mejoras en la precisión del cronometraje podrían desbloquear otra forma de probar estos modelos de colapso. Si están en lo cierto, la búsqueda milenaria de construir relojes cada vez mejores podría algún día alcanzar un límite universal, y donde ese umbral entre en acción podría finalmente ayudar a divulgar la división cuántica-clásica. Debido a que diferentes modelos de colapso hacen diferentes predicciones sobre la rapidez con la que debería disminuir la precisión de este reloj, el método podría ayudar a separar los modelos experimentalmente.

"Uno espera un flujo fluido del tiempo, pero si tiene relojes muy pequeños, tal vez vea que hay aleatoriedad en la medición del tiempo", dice Bortolotti. Si ese resulta ser el caso, dice, “tendremos que modificar nuestro concepto de tiempo”.

Incluso si experimentos futuros cierran la puerta a este enfoque, los físicos confían en que la exploración revelará conocimientos profundos sobre cómo nuestra rígida realidad emerge de la danza indeterminada de los átomos. "Están limitados desde diferentes direcciones, diferentes plataformas y una gama diferente de masas", dice Bassi. Estos experimentos están socavando el espacio teórico restante para los modelos que intentan gravitar la mecánica cuántica. "O lo reducen juntos a cero y ese es el final. O encontrarán algo".

Temas: