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  • Investigación y Ciencia
  • Agosto 2018Nº 503

Informe especial Las grandes preguntas de la ciencia

Gravedad cuántica

¿Qué es el espaciotiempo?

A las escalas más pequeñas, el espacio podría emerger a partir de cuantos. ¿Cómo podrían ser esos componentes básicos?

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Las personas siempre hemos subestimado el espacio. A fin de cuentas, no es más que vacío; un telón de fondo para todo lo demás. De igual modo, el tiempo simplemente transcurre sin cesar. Pero, si los físicos han aprendido algo en el arduo camino hacia la unificación de sus teorías, es que el espacio y el tiempo conforman un sistema de una complejidad tan asombrosa que puede desafiar los más fervientes esfuerzos por entenderlo.

Albert Einstein lo vio en noviembre de 1916. Un año antes había formulado su teoría de la relatividad general, la cual dicta que la gravedad, en lugar de ser una fuerza que se propaga a través del espacio, constituye una característica del espaciotiempo en sí. Cuando lanzamos una pelota al aire, cae al suelo porque la Tierra distorsiona el espaciotiempo circundante de tal modo que las trayectorias de la pelota y el suelo vuelven a cruzarse. En una carta a un amigo, Einstein consideró unir la relatividad general con la entonces incipiente mecánica cuántica. Eso no solo distorsionaría el espacio, sino que lo desmantelaría. Einstein apenas sabía por dónde empezar: «¡Cuánto me he atormentado ya de esta manera!», escribió.

El físico nunca llegó demasiado lejos en ese empeño. Incluso hoy existen diferentes propuestas para formular una teoría cuántica de la gravedad. Sin embargo, las disputas al respecto eclipsan una importante verdad: todos los planteamientos implican que el espaciotiempo se deriva de algo más profundo, una idea que rompe con 2500 años de pensamiento científico y filosófico.

Caer en un agujero negro
Un imán de cocina muestra el problema: puede sujetar un clip contra la gravedad ejercida por toda la Tierra. La gravedad es mucho menos intensa que el magnetismo o que las fuerzas eléctricas o nucleares, de modo que, cualesquiera que sean sus efectos cuánticos, resultarán aún más débiles.

Así las cosas, el mejor banco de pruebas para estudiar la gravedad cuántica lo aportan los agujeros negros. «Son lo más parecido que tenemos a un experimento», apunta Ted Jacobson, de la Universidad de Maryland. Estos objetos sirven como atalayas teóricas: ¿qué ocurre cuando tomamos ecuaciones que funcionan a la perfección en condiciones de laboratorio y las extrapolamos a la situación más extrema que podemos concebir? ¿Revelará ello algún problema sutil?

La relatividad general predice que la materia que caiga en un agujero negro se comprimirá sin límite a medida que se aproxime al punto central; un callejón sin salida llamado «singularidad». No es posible extrapolar la trayectoria de un objeto más allá de la singularidad, ya que su línea de tiempo termina allí. Incluso hablar de «allí» resulta problemático, ya que el propio espaciotiempo deja de existir. Los investigadores esperan que una teoría cuántica de la gravedad actúe como un «microscopio» que permita resolver ese punto y estudiar qué sucede con la materia que cae.

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