NeoFronteras

La textura del espacio-tiempo sigue sin aparecer

Área: Física — Martes, 5 de Julio de 2011

Un estudio basado en datos procedentes de un observatorio espacial de rayos gamma pone en dificultades las propuestas existentes de teorías cuánticas de la gravedad.

Foto
GRB observado por Integral el 25 de noviembre de 2002 sobre una impresión artística. Fuente: ESA/SPI Team/ECF.

El observatorio espacial de rayos gamma Integral ha proporcionado recientemente una cota al tamaño de la supuesta textura del espacio-tiempo. Este satélite de la ESA es similar a su homólogo Fermi lanzado por la NASA y que también ha puesto restricciones a esta textura del espacio-tiempo.
Si tal textura existe debe ser menor de lo que algunas teorías habían propuesto.
Según la Teoría General de la Relatividad (TGR) el espacio-tiempo es liso, sin grumos a cualquier escala. Pero esta teoría, que tan buenos resultados ha dado en todo objeto astronómico que se puede observar, tiene algunos problemas. Predice que durante el Big Bang o en el interior de los agujeros negros se dio o se da una situación especial del espacio-tiempo denominada singularidad. Digamos que una singularidad representa del fin del espacio-tiempo, un límite más allá del cual la teoría no puede predecir nada.
Aunque hay soluciones a las ecuaciones de Einstein para el Big Bang en universos especiales para las que no hay singularidades, se cree que las singularidades aparecen debido a que la TGR es una teoría clásica, no es cuántica. Es de esperar que si alguna tenemos una teoría cuántica de la gravedad solvente este tipo de problemas y elimine toda singularidad. La Teoría Cuántica de Lazos, que es una teoría aún sin terminar, es una de las propuestas a Teoría Cuántica de la Gravitación. Según algunos de los estudios hechos sobre esta teoría hay “átomos” de espacio que tienen propiedades cuánticas. Entre ellas sufrirían una especie de principio de exclusión de Pauli que impediría el colapso absoluto del espacio-tiempo evitando así las singularidades. Incluso algunos modelos de juguete basados en esta teoría pueden remontarse a un tiempo anterior al Big Bang pasando por un estado de muy alta densidad no singular hasta llegar a un universo previo.
Toda teoría que pretenda cuantizar la gravedad tiene que imponer alguna estructura al espacio-tiempo a muy pequeña escala. A partir de cierta escala el espacio-tiempo tendrá que ser “granuloso”. Lo malo es que si es a una escala muy pequeña, como a la escala de Planck, entonces las posibilidades de comprobar este punto son remotas.
Otras teorías como la “teoría” de cuerdas o “teoría” M y otras teorías han propuesto la existencia de dimensiones ocultas a pequeña escala. Incluso hay alguna propuesta de compactificación de dimensiones a escala casi visible.
En resumidas cuentas, según todas estas teorías y alguna más, el tamaño de esta granularidad del espacio va de la distancia de Planck en los 10-35 m a los 10-3 m.
Supongamos que esa granularidad no es tan pequeña, sino que es lo suficientemente grande como para afectar a los fotones que viajen largas distancias por el espacio vacío. Será un efecto muy pequeño, pero se acumulará a lo largo del tiempo. Si la distancia a cubrir es cosmológica es de esperar que al cabo de miles de millones de años algo se haga notar.
Una manera en la que se haría notar (hay otras) es sobre la polarización de esos fotones. Como sabemos, el campo electromagnético de la luz puede oscilar en todos los planos perpendiculares a su dirección de propagación. Si vibra prioritariamente en un plano se dice entonces que es luz polarizada linealmente. Determinados fenómenos físicos producen luz polarizada o podemos usar un filtro polarizador para quedarnos sólo con los fotones que oscilen en un determinado plano.
Si hay cierta textura en el espacio tiempo tiene que afectar a la polarización de los fotones, haciendo que estos cambien de plano de oscilación. De este modo, una fuente de luz polarizada emitirá fotones que oscilen prioritariamente en un plano, pero el efecto de esta granularidad hará que muchos de ellos cambien de plano de polarización y esto será proporcional al tamaño de los “granos” de espacio y a la distancia recorrida.
Así que Philippe Laurent y sus colaboradores se pusieron a estudiar los fotones gamma detectados por Integral para así inferir el tamaño en la textura del espacio-tiempo. Estos fotones gamma provenían de uno de los estallidos de rayos gamma (GRB) más potente jamás detectado. Este tipo de estallidos son una de las explosiones más energéticas conocidas más energéticas del Universo y se cree que son producidos al formarse los agujeros negros en explosiones de supernovas. Estos estallidos duran de segundos a minutos y durante ese tiempo son tan brillantes como una galaxia.
El estallido GRB 041219A se dio el 19 de diciembre de 2004 y fue clasificado inmediatamente dentro la categoría de más brillantes (el 1% del total). Se estima que su fuente estaba a unos 300 millones de años luz de distancia. Fue tan brillante que el observatorio Integral fue capaz de medir la polarización de rayos gamma que registraba procedentes de él.
El análisis de los datos obtenidos, con una precisión 10000 mejor que en ocasiones anteriores, arroja un tamaño para la granularidad del espacio de 10-48 m o menos.
Según Laurent este resultado falsa tanto las teorías de cuerdas como la Teoría Cuántica de Lazos.
Integral hizo una observación similar en la Nebulosa del cangrejo en 2006, pero ésta estaba a sólo 6500 años luz de distancia de nosotros.
Quizás éstas y otras teorías tengan que ser reexaminadas o quizás se necesiten más observaciones para confirmar este punto. Incluso una distancia de 300 millones de años luz quizás sea insuficiente para observar el efecto.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=3547

Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Artículo original.
Artículo en ArXiv.

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12 Comentarios

  1. lluís:

    ” Incluso a una distancia de 300 millones de años-luz quizás sea insuficiente para observar el efecto”.¿Significa esto que se necesita una mayor distancia para medir mejor la polarización de los rayos gamma?.
    Saludos.

  2. Angel:

    O quizás no se esté entendiendo bien el espaciotiempo, pretendiendo darle textura como a una sustancia, en vez de entenderlo como una propiedad de interacción entre partículas. Un método de interacción.

    A mí estos intentos de cuantizar el espaciotiempo me parecen una estrategia errónea. Creo que la acertada sería intentar entender mejor y avanzar en la propia Teoría de la Relatividad y sus propiedades. No creo que sea una Teoría que esté acabada, completa.

    Saludos.

  3. NeoFronteras:

    Estimado Lluís:
    Quizás se necesite una mayor distancia para ver el efecto de la textura sobre la polarización de los rayos gamma. Además hay un problema, se infiere como salen esos rayos gamma, no se mide. Luego se compara con lo que se mide y se llega a la conclusión que es lo mismo y que la polarización no ha cambiado.

  4. Miguel Angel:

    Estimado Angel:

    La Relatividad tiene sus limitaciones como toda teoría (el propio Einstein trabajo durante años en una teoría del”todo” (que no logró) después de publicar sus dos teorías de la Relatividad, pero es el mejor modelo para explicar la gravedad a nivel de objetos de gran tamaño y además se ha comprobado con multitud de experimentos.

    Tampoco creo que sea inservible estudiarla a nivel cuántico.

    Saludos

  5. Atanasio:

    “… según todas estas teorías y alguna más, el tamaño de esta granularidad del espacio va de la distancia de Planck en los 10-35 m a los 10-3 m” … “El análisis de los datos obtenidos, con una precisión 10000 mejor que en ocasiones anteriores, arroja un tamaño para la granularidad del espacio de 10-48 m o menos.” Si la precisión de la observación es 13 órdenes de magnitud mayor que la de las predicciones, ¿cómo puede ser la distancia un factor crítico?

  6. NeoFronteras:

    Estimado Atanasio:
    Esos son los números que se dan en la nota de prensa. Sobre si son unos resultados 10000 veces más precisos que los preexistentes puede querer decir que la precisión en los anteriores era muy mala.
    Como dicen en el artículo “we are able to improve by four orders of magnitude the existing constraint on Lorentz invariance violation”.

    Aunque esas limitaciones tan estrictas que se dan en la nota al tamaño de esas texturas son bastante increíbles.

    Quizás A. Fernandez-Soto, un investigador español participante en el estudio, nos lo pueda aclarar si lee esto.

    Nota: se ha añadido un enlace a la copia en ArXiv del artículo.

  7. Angel:

    Miguel Angel, dices; “Tampoco creo que sea inservible estudiarla a nivel cuántico.”

    Pero la Teoría de la Relatividad se fundamenta en la propiedad de continuidad del tejido espaciotemporal. Solo así pueden cumplirse sus principios y postulados.
    Una cuantización de su supuesto “tejido” daría un comportamiento del espaciotiempo muy distinto, con distintas propiedades. No se trata del tamaño del “quanto” de espaciotiempo y de si se detecta o no el salto en el cambio de mediciones.
    El problema fundamental es como vinculamos un quanto espaciotemporal con los demás. Tendrían que estar embebidos en un contenedor más fundamental con las propiedades que marquen la conexión entre estas discretizaciones. Y vuelta a empezar…

    Pienso que es un planteamiento erróneo desde la lógica.

  8. NeoFronteras:

    Todo lo referimos a otras cosas y el viaje del conocimiento nunca tiene fin. Uno espera, eso sí, que si quiere hacer ciencia al menos refiera sus conceptos y objetos a otros más sencillos y fundamentales.
    No hacen falta “contenedores” de espacio, pero sí objetos cuánticos cuyos estados de excitación produzcan una cuantización del área o volumen. Es decir, unos valores discretos (al igual que los valores discretos de energía del átomo) para baja excitación, y un continuo a partir de ciertos estados de excitación (de nuevo al igual que el átomo). El problema es que para hacer ciencia se debe de medir y esa supuesta cuantización de estados discretos sólo se da a distancias de Planck.
    Para poder demostrarlo tenemos que inferir su existencia indirectamente. Y de eso trata este intento y otros anteriores.

  9. Tom Wood:

    Esto merece el premio novel, es el resultado mas importante en los últimos tiempos, pero no resuena porque la ciencia oficialista a sido pateada, todos se han quedado calladitos, hasta este titulo dejar pasar algo tan trascendental, barato y original; no es mejor: “Empujan la gravedad cuántica mas allá de la longitud de Planck…bien allá”, y siempre la correrán hasta los márgenes de la ciencia y seguirán los actos de Fe, porque eso da dinero, ponga su cabeza en la almohada y piense en 10E-31, 10E-48 y 10E-61…$$$$ Mientras llegan a los limites de mi teoría, yo vivo de ella, para esos hemos formado generaciones de fanáticos y creyentes, y dentro de miles de anos mis ideas vivirán, porque nadie las puede comprobar y si estos guerrilleros siguen, no importa de todos modo tendremos gloria en vida. Por que no gastar recursos en estudiar lo que conocemos; pero no entendemos, como el neutrino…se imaginan una señal de neutrino para llevar comunicación (TV, teléfonos, GPS,…) desde un país a otro atreves de la tierra; en cosas así merece gastarse el dinero. No en teorías que pueden unificar un pollo y un avión a través de cuantos parámetros necesiten. De todos modos el novel es solo un milloncito.

  10. Angel:

    Tom Wood: “De todos modos el novel es solo un milloncito.”

    La transcendencia de esta medición se merece ese milloncito. A dejado a más de un campo de investigación teórica sin metas que perseguir, en definitiva sin motivo para seguir invirtiendo en tiempo y dinero.
    Desde luego que tiene que ser muy duro ver que los resultados no acompañan a tanto esfuerzo, tiempo e ilusión. Pero es lo que hay.
    Ahora solo hay que darles tiempo a ir asimilándolo.
    …………….

    NeoFronteras: “No hacen falta “contenedores” de espacio, pero sí objetos cuánticos cuyos estados de excitación produzcan una cuantización del área o volumen. Es decir, unos valores discretos (al igual que los valores discretos de energía del átomo) para baja excitación, y un continuo a partir de ciertos estados de excitación (de nuevo al igual que el átomo). El problema es que para hacer ciencia se debe de medir y esa supuesta cuantización de estados discretos sólo se da a distancias de Planck.”

    Dices “cuantización del área o volumen”, dices “unos valores discretos (al igual que los valores discretos de energía del átomo) para baja excitación” pero, ¡por qué decimos que la energía se manifiesta en paquetes discretos?, ¡qué nos hace diferenciar esos paquetes?.
    Sin un contenedor continuo en el que integrarlos, esos paquetes no solo son discretos, sino que son inexistentes físicamente.
    Pero son discretos porque son cambios de energía de referencias discretas (partículas con masa) embebidas en un medio que define las propiedades con las que interaccionan entre sí; o sea, con las que intercambian paquetes discretos de energía.
    Y ese medio, esas propiedades de interacción, se explican bastante bien con la Teoría de la Relatividad. Teoría que solo tiene sentido para manifestar sus propiedades con valores del Conjunto de Números Reales y Complejos y su representación de Recta Real.
    Ya digo que es una cuestión de lógica pura y simple.

    Saludos.

  11. tomás:

    Se dice: “Como sabemos, el campo electromagnético de la luz puede oscilar en todos los planos perpendiculares a su dirección de propagación”. Creo que debiera decir “… en todos los planos que contienen su dirección de propagación”. Otra cosa es que los planos eléctrico y magnético sean perpendiculares y que sus crecimientos y decrecimientos sinusoidales se den en direcciones perpendiculares a la propagación. Pero como supongo que todo esto se sobreentiende por sabido, la expresión empleada no puede considerarse un error, sino una forma de abreviar.
    Para mí, será importante si se encuentra esa textura y realmente se identifica como espacio-temporal y no sólo espacial -no sé como podrá distinguirse-. Hace bastantes años leí en Scientific American un artículo que se ocupaba de esos cuantos de espacio, pero no tengo el ejemplar donde estoy viviendo y por tanto no puedo referenciarlo. Si no recuerdo mal, era una especulación conceptual con algún apoyo matemático.
    Lo cierto es que tengo la esperanza de que se compruebe la existencia o imposibilidad de esa textura, porque si nos quedamos en la situación de que “sigue sin aparecer…” pero continúa la búsqueda, mi idea de la realidad seguirá en la cuerda floja.
    Saludos.

  12. NeoFronteras:

    Estimado Tomás:
    Esa frase se ha rescrito para que así se entienda mejor.

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