Separando el tiempo del espacio

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Eclipse
¿Eclipsando a Einstein? Un eclipse solar confirmó la lente gravitatoria y el concepto de espacio-tiempo de Einstein. Pero una nueva teoría de la gravedad cuántica está generando un gran entusiasmo al separar espacio y tiempo.

Rumores sobre una teoría de la gravedad cuántica que enviaría el espacio y el tiempo a sus raíces Newtonianas.

¿Estaba Newton en lo cierto y Einstein equivocado? Parece que desempaquetar el tejido del espacio-tiempo y rememorar las ideas del tiempo del siglo XIX podría llevar a una teoría de la gravedad cuántica.

Los físicos han tenido problemas para unir a la mecánica cuántica con la gravedad desde hace décadas. Por contra, las otras fuerzas de la naturaleza han ido alineándose obedientemente. Por ejemplo, la fuerza electromagnética puede describirse de forma mecánico cuántica mediante el movimento de los fotones. Inténtalo y haz los cálculos con la fuerza gravitatoria entre dos objetos en términos de gravitones, sin embargo, y rápidamente estarás en problemas — la respuesta a cada cálculo es infinito. Pero ahora, Petr Hořava, físico de la Universidad de California en Berkeley, cree que comprende el problema. Es todo, según dice, cuestión de tiempo.

Más específicamente, el problema es la forma en la que el tiempo está ligado al espacio en la Teoría de la Gravedad de Einstein: la relatividad general. Einstein dio un famoso vuelco a la idea Newtoniana de que el tiempo no es absoluto – avanzando regularmente de fondo. En lugar de esto, defendía que el tiempo es otra dimensión, unida al espacio para formar un tejido maleable que es distorsionado por la materia. La pega es que en la mecánica cuántica, el tiempo mantiene su Newtoniana indiferencia, proporcionando el escenario contra el que danza la materia pero que nunca se ve afectado por su presencia. Estas dos ideas de tiempo no se llevan bien.

La solución, dice Hořava, es lanzar cables que unan el tiempo y el espacio en energías muy altas, tales como las que encontramos en los inicios del universo donde domina la gravedad cuántica. “Estoy volviendo a la idea de Newton de que el tiempo y el espacio no son equivalentes”, dice Hořava. A bajas energías, la relatividad general surge a partir de este marco de trabajo subyacente, y el tejido del espacio-tiempo se une”, explica.

Hořava hace un símil de este surgimiento con la forma en que algunas sustancias exóticas cambian de fase. Por ejemplo, a bajas temperaturas las propiedades del helio líquido cambian drásticamente, convirtiéndose en un “súper-fluido” que puede superar la fricción. De hecho, ha elegido las matemáticas de las transiciones de fase exóticas para construir su teoría de la gravedad. Hasta el momento parece estar funcionando: los infinitos que plagan las otras teorías de la gravedad cuántica han sido solucionados, y la teoría arroja un gravitón de comportamiento correcto. También parece encajar con las simulaciones por ordenador de la gravedad cuántica.

La teoría de Hořava ha estado generando mucho entusiasmo desde que la propuso en enero, y los físicos se reunieron para discutirla en un encuentro en noviembre en el Instituto Perimeter de Física Teórica en Waterloo, Ontario. En particular, los físicos han estado comprobando si el modelo describe correctamente el universo que vemos hoy. La relatividad general dio su gran golpe cuando Einstein predijo el movimiento de Mercurio con mayor precisión de lo que podía hacerlo la teoría de la gravedad de Newton.

¿Puede la gravedad de Hořava reclamar el mismo éxito? La primera respuesta tentativa es “sí”. Francisco Lobo, ahora en la Universidad de Lisboa, y sus colegas han encontrado un buen encaje con el movimiento de los planetas.

Otros han realizado afirmaciones más audaces sobre la gravedad de Hořava, especialmente cuado se trata de explicar misterios cósmicos tales como la singularidad del Big Bang, donde las leyes de la física colapsan. Si la gravedad de Hořava es cierta, defiende el cosmólogo Robert Brandenberger de la Universidad McGill en un artículo publicado en agosto en la revista Physical Review D, el universo no estalló – sino que rebotó. “Un universo lleno de materia se contraerá hasta un tamaño pequeño – pero finito – y rebotará de nuevo, dándonos el cosmos en expansión que vemos hoy”, dice. Los cálculos de Brandenberger muestran que las olas producidas en el rebote encajan con lo que actualmente detectan los satélites que miden el fondo de microondas cósmico, y ahora está buscando signos que podrían distinguir el rebote del escenario del Big Bang.

La gravedad de Hořava puede también crear la “ilusión de la materia oscura”, dice el cosmólogo Shinji Mukohyama de la Universidad de Tokio. En el ejemplar de septiembre de Physical Review D, explica que en ciertas circunstancias el gravitón de Hořava fluctúa cuando interactúa con la materia normal, haciendo que el tirón gravitatorio sea un poco mayor de lo esperado en la relatividad general. El efecto podría hacer que las galaxias parecieran contener más materia de la que podemos ver. Si esto no fuese suficiente, el cosmólogo Mu-In Park de la Universidad Nacional de Chonbuk en Corea del Sur cree que la gravedad de Hořava puede estar también detrás de la expansión acelerada del universo, atribuída actualmente a una misteriosa energía oscura. Una de las principales explicaciones para su origen es que el espacio vacío contiene alguna energía intrínseca que empuja el universo hacia fuera. Esta energía intrínseca no puede tenerse en cuenta en la relatividad general pero surge de forma natural de las ecuaciones de la gravedad de Hořava, de acuerdo con Park.

La teoría de Hořava, no obstante, está lejos de ser perfecta. Diego Blas, investigador en gravedad cuántica en el Instituto Federal Suizo de Tecnología (EPFL) en Lausanne ha encontrado una “enfermedad oculta” en la teoría cuando se hace un doble chequeo de cálculos para el Sistema Solar. La mayor parte de los físicos examinó casos ideales, suponiendo, por ejemplo, que la Tierra y el Sol son esferas, explica Blas: “Comprobamos el caso más realista, cuando el Sol es casi una esfera, pero no del todo”. La relatividad general da prácticamente la misma respuesta en ambos escenarios. Pero la gravedad de Hořava en el caso realista da un resultado completamente distinto.

Junto con Sergei M. Sibiryakov, también del EPFL, y Oriol Pujolas del CERN cerca de Ginebra, Blas ha reformulado la gravedad de Hořava para volver a alinearla con la relatividad general. Sibiryakov presentó el modelo del grupo en una reunión en September en Talloires, Francia.

Hořava da la bienvenida a las modificaciones. “Cuando propuse esto, no afirmé que tenía la teoría final”, comenta. “Quiero que otra gente la examine y la mejore”.

Gia Dvali, experto en gravedad cuántica en el CERN, sigue siendo cauteloso. Hace unos años intentó un truco similar, separando el espacio y el tiempo en un intento de explicar la energía oscura. Pero abandonó su modelo debido a que permitía que la información se comunicase más rápido que la velocidad de la luz.

“Mi intuición es que cualquiera de estos modelo tendrá efectos colaterales no deseados”, piensa Dvali. “Pero si encuentran una versión que no los tenga, entonces es teoría deberá ser tomada muy en serio”.



Autor: Zeeya Merali
Fecha Original: 7 de diciembre de 2009
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