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Uno de los mayores desafíos de la Física moderna es encontrar una teoría única o ‘unificada’ que se puede describir todas las leyes de la naturaleza en un solo marco. Uno que conecta las dos grandes (e irreconciliables) teorías que, hoy por hoy, los científicos usan para comprender la realidad: la Relatividad General de Einstein, que describe el Universo a gran escala; y la Mecánica Cuántica, que describen nuestro mundo a nivel atómico. La razón por la que estas dos exitosas teorías encajan entre sí constituye uno de los mayores misterios a los que enfrenta la Ciencia.
Si constare, esta teoría del ‘grabado ad quantum’ incluirá una descripción tanto macroscópica como microscópica de la realidad, y nuestra daría además una visión profunda de fenómenos hoy inaccesibles como los agujeros negros o el instante en qu’el Universo creó.
¿Pero cómo conseguirlo? Durante casi un siglo, varias generaciones de físicos han intentado, sin éxito, averiguar por qué las leyes que rigen en el reino de lo muy pequeño no ‘funcionan’ en el mundo macroscópico que nos rodea, y viceversa. Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers, en Suecia, junto con el MIT estadounidense, ha publicado un artículo en ‘Nature Communications’ en el que sugiere que la gravedad, la fuerza que dominaba el Universo, surge a gran escala. en realidad del mundo cuántico. Para llegar a esta extraordinaria conclusión, los investigadores han recurrido a las matemáticas avanzadas y al llamado ‘principio holográfico’.
“Nuestros esfuerzos por comprender los ojos de la naturaleza -explica Daniel Persson, coautor del estudio-, y el lenguaje en el que están escritos esas leyes son las matemáticas. Cuando buscamos respuestas a preguntas en física, a menudo también nos llevan a nuevos descubrimientos en matemáticas. Esta interacción es particularmente prominente en la búsqueda de la gravedad cuántica, donde es extremadamente difícil realizar experimentos”.
Un ejemplo de fenómeno que requiere este tipo de descripción unificada de sus agujeros negros. Un agujero negro se formó cuando una estrella lo suficientemente pesada colapsa bajo su propia fuerza gravitacional, de modo que toda su masa se concentra en un volumen extremadamente pequeño. The description of the mecánica cuántica de los agujeros negros aún está en pañales, pero involucra matemáticas avanzadas espectaculares.
En este caso de la teoría unificada, explicada por su parte Robert Berman, primer firmante del artículo, “el desafío consiste en describir cómo la oleada de gravedad se formó como un fenómeno ‘emergente’. Así como los fenómenos cotidianos, como el flujo de un líquido, emergen de los caóticos movimientos de las gotas individuales, queremos describir cómo emerge la gravedad del sistema mecánico-cuántico a nivel microcópico”.
A partir de esta forma, los investigadores demostraron cómo la grava emerge de un sistema especial de Mecánica Cuántica, en un modelo simplificado por la grava cuántica denominado ‘principio holográfico’.
«Usando técnicas matemáticas que ya había investigado antes -prosigue Berman-logramos formular una explicación de cómo surge la gravedad por el principio holográfico, de una manera más precisa que antes».
El nuevo artículo también puede ofrecer una nueva forma de enfrentarse a la misteriosa energía oscura. En la Teoría General de la Relatividad de Einstein, la gravedad se describe como un fenómeno geométrico. Así como una cama recién hecha se curva bajo el peso de una persona, los objetos pesados pueden curvar el espacio tiempo, el ‘tejido’ que conforma el Universo.
Pero según la teoría de Einstein, incluso el espacio vacío, el ‘estado de vacío’ del Universo, tiene una rica estructura geometrica. Si notamos acercarnos y mirar este vacío con un microscopio, veríamos diminutas fluctuaciones u ondas mecánicas cuánticas, conocidas como energía oscura, la misteriosa energía formada que se considera responsable de la expansión acelerada del Universo.
El estudio puede conducir a nuevas comprensiones sobrias como surgir estas ondas microscópicas mecánicas-cuánticas, así como la relación entre la teoría de la gravedad de Einstein y la Mecánica Cuántica, algo que los científicos llevan décadas intentando.
“Estos resultados -concluye Persson- abren la posibilidad de probar otros aspectos del principio holográfico, como la descripción microscópica de los agujeros negros. También esperamos poder utilizar estas nuevas nuevas en el futuro para abrir nuevos caminos en las matemáticas”.
