El origen del espacio y del tiempo

El espaciotiempo podría emerger a partir de una realidad más fundamental. Descubrirla quizá nos acerque a uno de los retos más apremiantes de la física: una teoría cuántica de la gravedad.

[STEFANIA INFANTE]

En síntesis

Las dos principales teorías que buscan unificar la mecánica cuántica y la gravedad sugieren que el espacio y el tiempo podrían no ser fundamentales, sino surgir a partir de otros componentes más básicos de la naturaleza.

En la teoría de cuerdas, ese proceso estaría vinculado al entrelazamiento, un fenómeno que conecta las propiedades de los sistemas cuánticos. Mientras, la teoría cuántica de bucles postula un espaciotiempo formado por trozos discretos que se combinan entre sí.

Aunque hay esperanzas de que los experimentos de laboratorio y las observaciones cosmológicas sirvan para poner a prueba estas ideas, aún no está claro si llegaremos a descubrir la verdadera naturaleza del espacio y el tiempo.

Natalie Paquette se pasa el tiempo pensando en cómo generar una dimensión adicional. Empieza con pequeños círculos distribuidos por todos los puntos del espacio y del tiempo, que representan una dimensión plegada sobre sí misma. Luego reduce más y más el tamaño de esos círculos, hasta que sucede algo sorprendente: la dimensión deja de contraerse y se torna enorme. Es como cuando nos damos cuenta de que algo que parecía pequeño y cercano, en realidad, es inmenso y distante. «Encogemos una dirección espacial», explica Paquette, «pero, pasado cierto punto, lo que emerge es una nueva dirección espacial grande».

Paquette, física teórica de la Universidad de Washington, no es la única que cavila sobre ese extraño tipo de transmutaciones dimensionales. Cada vez más físicos, expertos en distintas áreas y con diferentes estrategias, van convergiendo a una idea profunda: el espacio (y quizás incluso el tiempo) no es un elemento fundamental. En cambio, tanto el espacio como el tiempo podrían ser «emergentes»: surgirían a partir de la estructura y el comportamiento de otros componentes más básicos de la naturaleza. Al nivel más profundo de la realidad, puede que preguntas como «¿dónde?» o «¿cuándo?» no tengan respuesta. «La física nos da muchas pistas de que el espaciotiempo, tal y como lo entendemos, no es fundamental», corrobora Paquette.

Estas ideas radicales son el resultado de recientes desarrollos en la búsqueda de una teoría cuántica de la gravedad, una empresa que dura ya cien años. La mejor descripción de la gravedad que poseen los físicos es la que proporciona la relatividad general, la famosa teoría de Albert Einstein sobre cómo la materia curva el espacio y el tiempo. Y la mejor teoría para todo lo demás es la mecánica cuántica, que detalla de manera excepcionalmente precisa las propiedades de la materia, la energía y las partículas subatómicas. Ambas teorías han salido airosas de todas las pruebas que los físicos han diseñado en el último siglo, y podríamos pensar que, si las juntásemos, tendríamos una «teoría del todo».

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