La nueva teoría del todo que unifica la gravedad y la mecánica cuántica

Un profesor del University College London acaba de presentar una teoría potencialmente revolucionaria que unifica gravedad y mecánica cuántica por primera vez sin violar la idea del espaciotiempo postulada por Albert Einstein.

Lo ha hecho en dos estudios revisados por pares, uno publicado en Nature y otro en Physical Review X, que hacen añicos fallidos y polémicos intentos de unificación como la teoría de cuerdas.

La gran incógnita de la física

De confirmarse, esto lograría solucionar una guerra entre dos campos de la física en apariencia irreconciliables: la teoría de la relatividad general de Einstein, que describe la gravedad a escala cósmica, y la mecánica cuántica, que gobierna el extraño mundo de las partículas subatómicas.

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Estas dos teorías son los pilares de la física moderna y ambas se han visto confirmadas con mediciones y experimentos, pero su incompatibilidad matemática ha sido un desafío insalvable para los científicos, incluyendo el propio Einstein, que murió buscando una solución a la contradicción entre los dos modelos que aparentemente gobiernan el universo: la famosa —y fallida— teoría unificada.

Una solución comprobable

Ahora, el profesor Jonathan Oppenheim del University College London (UCL) dice tener la llave que puede cambiar radicalmente nuestra comprensión del universo. La teoría de Oppenheim mantiene la visión clásica de la gravedad de Einstein pero modifica la mecánica cuántica.

Esta nueva teoría afirma que el espaciotiempo no necesita ser ‘cuantizada’ (o adaptada a la teoría cuántica), sino al revés, algo que deja de lado otros intentos de unificación teórica fallidos como la gravedad cuántica de bucles o teoría de cuerdas.

Según Oppenheim, “la teoría cuántica y la teoría de la relatividad general de Einstein son matemáticamente incompatibles entre sí, por lo que es importante entender cómo se resuelve esta contradicción. ¿Debería ‘cuantizarse’ el espaciotiempo, o deberíamos modificar la teoría cuántica, o es algo completamente diferente? Ahora que tenemos una teoría fundamental consistente en la que el espaciotiempo no se cuantiza, todo queda en el aire”.

Su estudiante de doctorado en UCL y coautor del estudio Zach Weller-Davies afirma que “este descubrimiento desafía nuestra comprensión de la naturaleza fundamental de la gravedad, pero también ofrece vías para investigar su potencial naturaleza cuántica”.

El espaciotiempo no cambia por el mundo cuántico

“Tanto en la gravedad cuántica como en la clásica”, afirma Weller-Davies, “el espaciotiempo debe estar experimentando fluctuaciones violentas y aleatorias a nuestro alrededor, pero en una escala que aún no hemos podido detectar.

Pero si el espaciotiempo es clásico, las fluctuaciones tienen que ser mayores que una cierta escala, y esta escala puede determinarse mediante otro experimento donde probamos cuánto tiempo podemos poner un átomo pesado en superposición de estar en dos lugares diferentes.” La superposición en mecánica cuántica se refiere a la capacidad de las partículas de existir en múltiples estados o lugares al mismo tiempo hasta que se realiza una medición, ilustrada por el famoso Gato de Schrödinger.

Ajustar la mecánica cuántica

La nueva teoría propuesta por el equipo de Oppenheim introduce un cambio paradigmático en nuestra comprensión de la física. En lugar de intentar ‘cuantizar’ la gravedad, como se ha intentado durante décadas con teorías como la de cuerdas, esta teoría sugiere que el espaciotiempo de Einstein puede permanecer en su modo clásico establecido por Einstein y no sujeto a las leyes de la mecánica cuántica. En cambio, propone ajustes en la mecánica cuántica misma.

Para entender esto, imagina el espaciotiempo como un vasto océano. En la teoría clásica, este océano es tranquilo y continuo, mientras que la mecánica cuántica ve como agua agitada por olas y partículas que se comportan de manera impredecible. La nueva teoría sugiere que, aunque las partículas en este océano cuántico pueden comportarse de manera extraña y aleatoria, el océano mismo, el espaciotiempo, permanece tranquilo, inmune a estas fluctuaciones cuánticas sea como sea.

Según la nueva teoría, los fenómenos cuánticos como la superposición y el entrelazamiento ocurren en un escenario que no es en sí mismo cuántico. En esta idea, las partículas cuánticas son sólo actores que actúan en un escenario —el espaciotiempo— que permanece estable y predecible siempre, sin importar la obra que se presente.

Experimentos concretos

Para probar esta teoría, el equipo de Oppenheim propone experimentos reales que buscan detectar fluctuaciones en el espaciotiempo. Como señala Weller-Davies: “Hemos demostrado que si el espaciotiempo no tiene una naturaleza cuántica, entonces debe haber fluctuaciones aleatorias en la curvatura del espaciotiempo que tienen una firma particular que puede ser verificada experimentalmente.”

Uno de estos experimentos implica medir con precisión extrema la masa de un objeto para ver si fluctúa con el tiempo. Si estas fluctuaciones son mayores de lo que predice la mecánica cuántica, podría ser una evidencia de que el espaciotiempo es clásico y no se ve afectado por el mundo cuántico.

El impacto potencial de esta teoría dentro del mundo de la física es enorme. No sólo resolvería uno de los mayores enigmas de la física moderna sino que también abriría nuevas vías de investigación en campos como la cosmología y la física de partículas.