El tiempo puede ser más tambaleante de lo que pensábamos
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La pregunta más desconcertante en física en este momento es cómo la relatividad general (las leyes que gobiernan la gravedad y el espacio-tiempo a gran escala) se entrelaza con la mecánica cuántica, las leyes que gobiernan escalas muy pequeñas. Hay muchas soluciones potenciales, ninguna probada, y hasta ahora muy pocas de ellas han sido descartadas de manera concluyente o incluso investigadas rigurosamente. Ahora, sin embargo, se acerca el día en que una de esas ideas podría ponerse a prueba. Si se mantiene, podría cambiar drásticamente nuestra visión del tiempo.
La mayoría de las ideas propuestas para combinar la relatividad y la mecánica cuántica se denominan teorías de la gravedad cuántica, pero el creador de esta teoría alternativa, Jonathan Oppenheim del University College de Londres, la llama gravedad poscuántica. A diferencia de los demás, su idea no intenta hacer que el espacio-tiempo y, por tanto, la gravedad sean cuánticos.
Hacer cuántica una teoría, o cuantificarla, implica descomponerla en sus partes fundamentales, o cuantos. La luz es cuántica: sus cuantos son fotones, y dos de las otras tres fuerzas fundamentales también son definitivamente cuánticas. La gravedad es la única que no ha demostrado ser cuántica, y Oppenheim y sus colegas proponen que tal vez no lo sea.
La construcción de la gravedad poscuántica supone que el espacio-tiempo y la gravedad no son cuánticos, sino continuos y fundamentales, sin elementos constitutivos. A partir de ahí, surge una larga cadena de complejos cálculos matemáticos y simulaciones de cómo este espacio-tiempo no cuántico interactuaría con las fuerzas, partículas y campos netamente cuánticos que contiene.
Entre los efectos que surgieron de esa cadena de cálculos se encuentra una extraña aleatoriedad en el espacio-tiempo. Cuando pensamos en el tiempo, podríamos imaginarnos un reloj que avanza regularmente, cada tictac sigue al siguiente con intervalos iguales entre todos. En la gravedad poscuántica, habría pequeñas fluctuaciones aleatorias en estos tics. Ocurriría en escalas demasiado pequeñas para que lo notáramos, pero el tiempo se volvería “tambaleante” y fluiría de manera impredecible.
Estas fluctuaciones son parte de lo que permite que la teoría de la gravedad de Oppenheim se vincule con la mecánica cuántica. Cuando se incluyen en algunos cálculos mecánicos cuánticos básicos, se obtienen varios comportamientos fundamentales observados en los sistemas cuánticos, incluidas las reglas sobre cómo un sistema cuántico parece transformarse en uno clásico cuando se observa: la misma regla que dice que si bien el gato de Schrödinger puede estar vivo y muerto antes de abrir la caja, una vez que abres la caja y echas un vistazo, el gato solo será uno u otro.
Sin embargo, la causa de que el tiempo se tambalee aún es incierta. Surge de las ecuaciones, pero Oppenheim y sus colegas aún no han vinculado esta aleatoriedad a ninguna fuente en particular. “¿Hay algo, algún efecto físico específico, que esté causando que fluya de una manera impredecible? Puede ser, pero eso es un nivel más profundo, y en este momento no creo que estemos listos para llegar allí, ni científica ni filosóficamente”, dice Oppenheim. “Pero si no vamos a cuantificar el espacio-tiempo, entonces necesariamente tendrá que ser así”.
Oppenheim admite que toda la idea es muy controvertida entre los físicos. “No conozco a nadie que piense que es más probable que sea cierto que falso (creo que probablemente estoy solo en eso), pero creo que hay mucha gente que piensa que deberíamos probarlo”, afirma.
tiempo de prueba
Afortunadamente, ya se pueden realizar las primeras pruebas. Muchas teorías que buscan unir la gravedad y la relatividad general son difíciles o incluso imposibles de probar o refutar. Convertirse en comprobable otorga a la gravedad poscuántica una sensación de seriedad y potencial científico que algunas de esas otras ideas no poseen, dice Giuseppe Fabiano del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en California, quien forma parte de un equipo que desarrolla parámetros para probar teorías de la gravedad. “Soy algo agnóstico acerca de la teoría en sí, pero siempre que proporcione algunas predicciones que pueda probar en el laboratorio, es una teoría útil”.
Los experimentos que Oppenheim y otros han propuesto tienen que ver con medir las propiedades de la gravedad entre pares de objetos. Debido a que la relatividad general conecta inextricablemente el espacio y el tiempo, y postula que la curvatura del espacio-tiempo es la fuente de la gravedad, cualquier cambio en las propiedades del espacio y el tiempo necesariamente cambiará también la fuerza de la gravedad. “Si el flujo del tiempo tiene esta imprevisibilidad, entonces cuando midas la gravedad verás esta imprevisibilidad”, dice Oppenheim.
Esos experimentos ya se están construyendo, aunque podrían pasar décadas hasta que alcancen el nivel de precisión necesario para probar realmente la gravedad poscuántica. Acaba de demostrarse que las pruebas son posibles: desarrollar los sensores y calcular los parámetros necesarios para realizarlos será otra tarea gigantesca. Pero aunque la teoría en sí es polémica, muchos investigadores están de acuerdo con Oppenheim en que vale la pena realizar las pruebas.
“Si encontráramos alguna confirmación experimental de que la gravedad poscuántica es exacta, sería un gran problema, ante todo porque sería muy diferente de todas las demás interacciones que hemos analizado a lo largo del siglo pasado”, dice Fabiano. La gravedad siempre ha divergido en algunos aspectos de las otras fuerzas fundamentales (por un lado, es mucho más débil que el resto), pero la idea de que su forma sea tan radicalmente diferente de la de ellos sería una enorme desviación de la ortodoxia ampliamente aceptada.
Es difícil imaginar cuán extendidos serían los efectos de una confirmación de la gravedad poscuántica en nuestra comprensión de la física. Algunos problemas, como la combinación de la relatividad general y la mecánica cuántica, se resolverían, pero sin duda plantearía muchas otras preguntas. Si el tiempo realmente se tambalea, podría cambiar nuestra visión del universo entero.
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