Una ilustración muestra un universo desordenado. ¿Podría la gravedad surgir de la entropía?(Crédito de la imagen: Robert Lea (creado con Canva))
Una nueva receta de la gravedad podría ayudar a resolver algunos de los mayores misterios del universo. Sugiere que el concepto de «gravedad cuántica» podría surgir de la entropía, resolviendo posiblemente los enigmas planteados por el escurridizo universo oscuro – y, de ser cierta, esta novedosa teoría podría también unir finalmente la relatividad general de Albert Einstein con el reino cuántico.
Desde principios del siglo XX, la teoría de la relatividad general de Einstein ha sido la mejor descripción que tenemos del funcionamiento de la gravedad. Sin embargo, justo cuando Einstein propuso la relatividad general, los científicos también desarrollaron los fundamentos de la mecánica cuántica. Desde entonces, ambas teorías se han probado, revisado y mejorado, resistiendo la prueba del tiempo y ganándose a los escépticos de la comunidad científica. Pero hay un gran problema. No pueden funcionar juntas.
A medida que ambas teorías se han ido perfeccionando, siguen desafiando los intentos de unificarlas. Una «teoría del todo» que englobe tanto la relatividad general como la física cuántica ha frustrado los esfuerzos de mentes tan grandes como Stephen Hawking, e incluso el propio Einstein.
Uno de los principales escollos aquí se refiere al hecho de que no existe una teoría de la «gravedad cuántica».
Pero aquí es donde entra Ginestra Bianconi, profesora de Matemáticas Aplicadas en la Universidad Queen Mary de Londres.
Bianconi propone un marco en el que la gravedad cuántica surgiría de la llamada «entropía relativa cuántica», un concepto que mide la diferencia entre dos estados cuánticos.
La relatividad general y el universo oscuro
Desarrollada en 1915, la relatividad general sugiere que la gravedad surge porque los cuerpos con masa provocan la deformación del tejido del espaciotiempo (la unificación cuatridimensional del espacio y el tiempo). Cuanto mayor es la masa de un objeto, mayor es la deformación del espaciotiempo y, por tanto, mayor es su influencia gravitatoria.
Esto se ha verificado una y otra vez, permitiendo así a la relatividad general desbancar a la teoría de la gravedad de Newton como la mejor descripción del universo a escalas cósmicas.
Sin embargo, la relatividad general no puede explicarlo todo.
La relatividad general no tiene en cuenta, por ejemplo, la materia oscura, la misteriosa sustancia que multiplica por cinco el peso de la materia ordinaria, y la energía oscura, el componente desconocido del universo que impulsa su expansión acelerada, lo que constituye un grave problema, ya que la energía oscura representa el 68% del total de la materia y la energía del universo, y la materia oscura, aproximadamente el 27% restante. Esto significa que el «universo oscuro» representa alrededor del 95% del presupuesto de materia y energía del cosmos, por lo que las «cosas» que podemos describir cómodamente con la relatividad general representan sólo el 5% de la energía y la materia del universo.
Además, está el hecho de que la teoría de la gravedad de Einstein no «hace buenas migas» con la física cuántica.
Gráfico circular que muestra el balance materia-energía del universo. (Crédito de la imagen: Robert Lea (creado con Canva))El nuevo marco -o «receta» para la gravedad, si se quiere- toma la métrica del espaciotiempo de la relatividad general, que describe la geometría del espacio y el tiempo basándose en distancias e intervalos entre eventos, y la trata como una entidad matemática llamada operador.
Los operadores
se utilizan en física cuántica para realizar transformaciones en los estados cuánticos que surgen a través de cambios en los factores físicos. Este operador basado en la relatividad general conduce a una nueva «acción entrópica» y a ecuaciones de Einstein modificadas. A bajas energías y en regiones del espacio donde hay poca curvatura y, por tanto, poca gravedad, estas ecuaciones reproducen las de la relatividad general.
La teoría de la relatividad general de Einstein predijo que el espaciotiempo alrededor de la Tierra no sólo se deformaría, sino que también se retorcería por la rotación del planeta. (Crédito de la imagen: NASA)
Pero esta nueva investigación va más allá. Predice la aparición de una pequeña constante cosmológica de valor positivo. Esto es significativo porque su valor se ajusta mejor a las observaciones de la expansión acelerada del universo bajo la influencia de la energía oscura que otras teorías actuales.
Además, de esta teoría surge algo llamado «campo G» que podría explicar la influencia gravitatoria 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», dijo Bianconi 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 pronto para esta teoría, pero teniendo en cuenta lo profundas que podrían ser sus implicaciones para nuestra comprensión fundamental del cosmos, es probable que merezca la pena explorarla.
La investigación de Bianconi se publicó el lunes (3 de marzo) en la revista Physical Review D.
