Ha surgido una nueva moda en la fsica, se quejaba Albert Einstein a principios de los aos 30. Esa moda era nada menos que la fsica o mecnica cuntica. Su mera existencia pona en peligro a la teora de la relatividad general, la mxima creacin de Einstein, publicada en 1915. Si todo esto es cierto, entonces significa el fin de la fsica, lleg a decir el famoso cientfico. Es que la fsica cuntica y la relatividad general son incompatibles. Han pasado casi 100 aos y ninguna de las dos teoras ha anulado a la otra. De hecho, ambas son los pilares de todos los avances de la fsica moderna. La fsica cuntica ha demostrado una y otra vez ser la mejor explicacin del comportamiento de las partculas ms pequeas del universo, como los electrones, gluones y quarks que componen a los tomos. Por su parte, la relatividad general, que es la teora moderna de la gravedad, ha probado ser la mejor descripcin de todo lo que ocurre a gran escala, desde el funcionamiento del Sistema Solar y los agujeros negros hasta el origen del universo. Y, sin embargo, ambas siguen siendo contradictorias entre s. O sea, las reglas de la relatividad general funcionan a la perfeccin a nivel de las galaxias, as como tambin en todo lo que nos rodea y es visible: un rbol, un gato, una perla. Pero en cuanto hacemos un acercamiento y analizamos el comportamiento de algo tan pequeo como un tomo, todo cambia. Los investigadores ni siquiera pueden usar las mismas matemticas para explicar una teora y la otra. La naturaleza de alguna forma logra que ambas coexistan, pero la ciencia no. Esta incompatibilidad es para muchos la mxima pregunta sin responder de la fsica. Einstein y decenas de miles de investigadores de todo el mundo han buscado crear una teora que una a la fsica cuntica con la relatividad general. Es lo que muchos llaman la teora del todo, un nombre tan atractivo que fue el ttulo de la galardonada pelcula biogrfica de Stephen Hawking, uno de los renombrados cientficos que intent tambin sin xito dar con el santo grial de la fsica. Ahora una nueva teora propone un giro radical en esta centenaria bsqueda. Su nombre es menos marketinero: se llama teora poscuntica de la gravedad clsica y es liderada por el fsico Jonathan Oppenheim, del Instituto de Ciencia y Tecnologa Cuntica del University College de Londres (UCL). Es tan revolucionaria que incluso algunos de sus detractores reconocen que es el primer acercamiento realmente original que surge en al menos una dcada. Aunque suene contradictorio, uno de los aspectos ms rupturistas de la teora de Oppenheim es la parte clsica de su nombre. Hasta ahora, el enfoque predominante para solucionar la incompatibilidad entre la fsica cuntica y la relatividad general ha sido intentar modificar la segunda para hacerla encajar en la primera. Es lo que los fsicos llaman cuantizar, porque se la convierte en una teora cuntica. Cuantizar la relatividad general tiene an ms sentido si se piensa que es algo que los cientficos ya han logrado hacer con las otras tres fuerzas fundamentales que rigen el universo: la fuerza nuclear dbil, la fuerza nuclear fuerte Y la electromagntica. Solo no lo han conseguido con la gravedad y no por falta de intentos. Es un problema matemtico muy difcil, dice Oppenheim a BBC Mundo. Pero tambin es conceptualmente difcil, porque estas dos teoras tienen diferencias tan fundamentales que es muy complicado conciliarlas. Y explica: Casi todos los intentos han asumido que debemos cuantizar la gravedad. Mi sensacin sobre por qu esa tarea ha sido tan difcil es que quizs no es posible y que tal vez estamos apuntando a lo equivocado. Por eso junto a su equipo decidieron cambiar el foco y modificar la teora cuntica un poco, o mucho, para que estos dos sistemas puedan encajar. En su teora, publicada en diciembre de 2023 en las revistas Nature Communications y Physical Review X, la relatividad general permanece como una teora no cuntica o clsica. La fsica Sabine Hossenfelder del Centro de Filosofa Matemtica de Mnich y quien no forma parte de la investigacin de UCL, dice a BBC Mundo: Es una idea muy cool. Es muy raro en este campo ver nacer una nueva idea. Ella haba sido parte de un comit que revis la teora hace 6 aos y, si bien la encontr interesante, sentenci que era muy especulativa, inmadura y vaga. Tena tantos cabos sueltos que pareca que poda fracasar por completo, as que me impresion mucho cuando vi lo que sali varios aos despus, porque abord casi todos esos puntos, dice Hossenfelder, aclarando con una sonrisa: Aunque siempre tengo algo de qu quejarme. Antes de seguir con la teora de Oppenheim, es importante entender el concepto bsico de la relatividad general y una de las caractersticas de la fsica cuntica que ms perturbaba a Einstein. Lo que Einstein hizo para revolucionar la ciencia en 1915 fue definir a la gravedad como una deformacin del espacio-tiempo, como se suele decir. La forma ms fcil de imaginarlo es pensar en una cama elstica donde ponemos una pelota pesada, por ejemplo, de billar. La tela, entonces, se hunde en el lugar donde est la bola. Ahora lanzamos una ms ligera, como una canica, intentando que gire por el borde de la cama elstica. Lo que sucede es que va movindose en crculos cada vez ms pequeos, acercndose a la bola de billar. Segn la relatividad general, esto no pasa porque la bola de billar le ejerce una fuerza de atraccin invisible, sino porque la forma del tejido o mejor, su deformacin la obliga a hacer esa curvatura. En la teora de Einstein, el espacio-tiempo hace eso mismo de manera tetradimensional para que, por ejemplo, la Tierra gire alrededor del Sol. Oppenheim explica que en la teora poscuntica de la gravedad clsica el espacio-tiempo se mantiene como ese tejido en el que viven las partculas cunticas, tal como lo concibi Einstein. Lo que cambia es que el espacio-tiempo incorpora el azar de la fsica cuntica, esa caracterstica que dio origen a una de las frases ms famosas de Einstein: Dios no juega a los dados. Einstein crea que a esta moda de la fsica cuntica le faltaba informacin, pero lo que dcadas de estudios han demostrado es que la aleatoriedad no se debe a un error en la teora o un defecto en las mediciones, sino a una caracterstica inherente al comportamiento de las partculas elementales. Oppenheim y su equipo unen a la fsica cuntica y a la relatividad general haciendo que el espacio-tiempo tambin sea inherentemente aleatorio. Seguimos teniendo esta aleatoriedad en la teora cuntica, pero est mediada por el propio espacio-tiempo, explica el fsico. O sea, el tejido en s pasa a tener fluctuaciones al azar. Esto es algo inaceptable para muchos de sus colegas. Y es probable que para Einstein tambin lo fuera. La estructura aleatoria del espacio-tiempo es lo que, en cierto sentido, est tirando los dados en la teora cuntica, dice Oppenheim parafraseando a Einstein. Cada vez que propones una teora debes hacer una serie de chequeos para ver si es consistente con las observaciones. Lo que es emocionante es que esta teora hace predicciones que pueden ser probadas experimentalmente, explica Oppenheim. Teniendo en cuenta que esta teora requiere que el espacio-tiempo tenga fluctuaciones, podemos ir a buscarlas, agrega. Para ello los investigadores proponen medir el peso de una masa con extrema precisin y ver si es constante o si tiene determinadas fluctuaciones. Por ejemplo, la Oficina Internacional de Pesos y Medidas de Francia pesa rutinariamente un objeto de exactamente un kilo que fue usado para crear el estndar mundial de qu es un kilo. Usando nuevas tecnologas cunticas de medicin, segn la teora poscuntica de la gravedad clsica el peso aparente de dicho objeto dejara de ser de un kilo y se volvera impredecible. Si encuentras las fluctuaciones, entonces demostrars que la teora es verdadera y si no las encuentras, podrs refutarla, dice Oppenheim, agregando que eso es particularmente emocionante. Pero hay an ms. Oppenheim dice que esta nueva teora podra responder otra de las grandes incgnitas de la fsica moderna: qu son la materia oscura y la energa oscura. Para entender su importancia, primero hay que saber lo que no son. Todos los planetas, estrellas y objetos csmicos visibles estn hechos de la llamada materia normal. En conjunto, se considera que representan el 5% del universo. El resto, es todava un misterio al que se le llama materia oscura y energa oscura. Si las fluctuaciones son lo suficientemente intensas, explica Oppenheim, seran candidatas muy fuertes para lo que pensamos que son la materia oscura y la energa oscura. Explicaran el 95% de la evolucin del universo, de modo que podran tener un gran impacto. Por su parte, Hossenfelder resalta que el equipo de UCL desarroll un marco matemtico totalmente nuevo para esta teora y dice que su mera existencia podra resultar til para otros propsitos. En definitiva, la historia de la ciencia est llena de aplicaciones inesperadas. El propio Einstein encendi la chispa de la fsica cuntica de la cual reneg hasta el final de su vida. Si hubiera algo que pudiera confirmar que estas predicciones son ciertas, sera muy interesante y, sin duda, atraera a mucha gente a analizarlas ms de cerca, afirma Hossenfelder. Pero la teora tiene apenas un ao de publicada y derrocar dcadas de un consenso cientfico con Einstein a la cabeza no ser fcil. Hossenfelder es escptica, algo que en su opinin la pone en una posicin de gana-gana, como se dice en ingls: gana si tiene razn y gana si se equivoca, porque eso significara que ella y todos nosotros estamos presenciando el nacimiento de una revolucin cientfica.La cuarta fuerza fundamental
Dos conceptos bsicos y uno inaceptable
Gana-gana
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