NeoFronteras

Posibles experimentos en gravedad semiclásica

Área: Física — lunes, 15 de julio de 2013

Avances en gravedad semiclásica permitirán pronto comprobar experimentalmente su validez.

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Entre los múltiples intento de hacer compatible la gravedad con la Mecánica Cuántica (MC) está la gravedad semiclásica, que fue propuesta en los sesenta del pasado siglo.
En esta teoría se considera que la materia obedece que las leyes de la MC mientras que la gravedad viene determinada por la curvatura del espacio-tiempo, tal y como la teoría clásica de la Relatividad General propone. De este modo, el espacio-tiempo es suave a todas las escalas y no contiene textura como proponen las cuerdas o la Teoría Cuántica de Lazos. Digamos que en este caso no se exige que la gravedad o el propio espacio esté cuantizado.
Sin embargo, esta teoría no ha tenido mucho éxito hasta ahora debido a las inconsistencias matemáticas que producía.
En un nuevo artículo se ha analizado cómo se podría ver afectada la gravedad clásica debido a las propiedades cuánticas de los objetos que contiene, llegando a la conclusión de que la gravedad semiclásica puede ponerse a prueba experimentalmente en el laboratorio con el estado de la tecnología actual sin muchas dificultades.
El problema es que la cuantización de la gravedad no garantiza que esta siga operando a largas distancias, las distancias a las que funcionan todas las cosas que observamos. Pues, hasta el día de hoy, no hay resultados experimentales que sugieran que existe una naturaleza cuántica de la gravedad. La gravedad que medimos es clásica (sea newtoniana o einsteniana).
Huan Yang y sus colaboradores estudiaron las posibilidades de la gravedad semiclásica para unificar, una vez más, MC y Relatividad General (RG). Así que en lugar de cuantizar el espacio-tiempo lo consideraron enteramente clásico según la RG, pero las partículas en él contenidas se comportaban cuánticamente.
En este modelo el estado cuántico del sistema cambia en el tiempo bajo la acción de la gravedad según la ecuación de Schrödinger-Newton (ver ecuación de arriba).
Sus resultados sugieren que se puede comprobar esta teoría experimentalmente con experimentos macroscópicos sobre la mesa de un laboratorio.
Además este tipo de experimentos permitiría comprobar otras posibilidades, como la decoherencia gravitatoria, modelos estocásticos de la gravedad, modelos de gravedad emergente, etc. Es decir, se puede hacer ciencia de verdad e ir eliminando posibilidades que se proponen teóricamente. Con ello se conseguiría avanzar en este campo.
En este trabajo, a diferencia de otros anteriores sobre la misma teoría, se han estudiado objetos macroscópicos, en lugar de considerar solamente una partícula. Los objetos macroscópicos estudiados estaban formados por muchas partículas y definidos por su centro de masas.
Según sus cálculos se podrían ver señales de la gravedad semiclásica en objetos macroscópicos, pues bastaría con comprobar la desviación del centro de masas de un objeto (un objeto cristalino por ejemplo) del comportamiento esperado según este se mueve.
Otra señal sería que la gravedad clásica, actuando sobre objetos macroscópicos cuánticos, no pueda usarse para transferir incertidumbres cuánticas entre dos objetos.
Además hallaron otro resultado sobre las frecuencias de los valores esperados de posición y momento.
Todos estos efectos son muy sutiles, pero medibles de una manera relativamente sencilla con la tecnología de laboratorio actual con sistemas optomecánicos.
Así que es de esperar que pronto algún investigador se ponga manos a la obra y realice los oportunos experimentos. Cualquier resultado, positivo, negativo o nulo, sería de utilidad para guiar las teorías. Además este tipo de montajes podrían servir para testar otras ideas.
Parece ser que el grupo de Nergis Mavalvala en el MIT, el de Thomas Corbitt¡ en Louisiana State Universiity, el de Michael Tobar en Western Australia University y el de Markus Aspelmeyer en la Universidad de Viene podrían estar interesados en este asunto.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=4159

Fuentes y referencias:
Artículo original.
Artículo en ArXiv.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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9 Comentarios

  1. thetimethespaceandandtheman:

    No he estudiado física, punto 1º.

    Dicho esto, este tema me recuerda los trabajos de Donoghue and Holstein:

    I).- The Principle of equivalence at finite temperature.

    (J. F . Donoghue and Holstein, Gen. Relativity and Gravitation, 17, pp207-214, 1985).
    ( Department of Physics and Astronomy, University of Massachusetts.)

    II).- Aristotle was right: heavier objects fall faster.

    (J F Donoghue and B R Holstein)
    (European Journal of Physics, 1987)E
    …………………………………

    Consideran esapcio-tiempo continuo, pero partículas obedeciendo la MC.

    De los trabajos de Donoghue and B R Holstein, no he localizado ninguna confirmación experimental, aunque debo reconocer que solo encontré una (Fran de aquino) y era lamentable, teórica y experimentalmente, no correcta.

    Sospecho que Donoghue and B R Holstein entraran en el largo baul de los olvidados,,,,,,

    Saludos.

  2. thetimethespaceandandtheman:

    No he estudiado física, punto 1º.

    Dicho esto, este tema me recuerda los trabajos de Donoghue and Holstein:

    I).- The Principle of equivalence at finite temperature.

    (J. F . Donoghue and Holstein, Gen. Relativity and Gravitation, 17, pp207-214, 1985).
    ( Department of Physics and Astronomy, University of Massachusetts.)

    II).- Aristotle was right: heavier objects fall faster.

    (J F Donoghue and B R Holstein)
    (European Journal of Physics, 1987)E
    …………………………………

    Consideran esapcio-tiempo continuo, pero partículas obedeciendo la MC.

    De los trabajos de Donoghue and B R Holstein, no he localizado ninguna confirmación experimental, aunque debo reconocer que solo encontré una (Fran de aquino) y era lamentable, teórica y experimentalmente, no correcta.

    Sospecho que Donoghue and B R Holstein entraran en el largo baúl de los olvidados,,,,,,

    Saludos.

  3. Dr. Thriller:

    A mí sólo me suenan de pescar en el río revuelto. De todos modos, si dicen que Aristóteles tenía razón y que los objetos pesados caen más deprisa…

    Lo que comenta el artículo, si lo he entendido bien, es pura y simplemente que estos amigos pasan a considerar, digamos, un marco de gravitones cuánticos en un escenario perfectamente relativista (lo cual es perfectamente incosistente). Me quedo estupefacto de que nadie haya intentado esto antes. Como bien dicen, no va a servir más que para descartar cosas. Pero así es como se avanza, realmente, sobre todo cuando se anda despistadísimo.

  4. thetimethespaceandandtheman:

    ” Como bien dicen, no va a servir más que para descartar cosas. Pero así es como se avanza, realmente, sobre todo cuando se anda despistadísimo”

    Si Doctor, esto de la ciencia se parece mucho a los policías, no tienes ni idea de quien lo hizo, pero por lo menos, descartas al vendedor de helados de enfrente,,,,,:-),,,,:-),,,,,,,,,,

    En fin.

    Esto de la gravedad, es (Aparte de ser la mas grave de las leyes) mosqueante.

    Llevamos 100 años, se han desarrollado los modelos mas complejos que se puedan desarrollar (La QED de Feynman fue la ultima que medio entendí, o menos que medio, en fin),,,,,,,,,,,,,,,,,

    Cuerdas (‘En vez de ahorcarse con sus malditas cuerdas, siguen y cobran por seguir,,,,,,’ decía neo en uno de sus post, eso es de agradecer, reírse es sano), megadimensiones ‘que lamentablemente no podemos comprobar’, etc, etc,,,,

    Pero, casualmente, la gravedad, no esta en el modelo .

    Y los famosos gravitones, erre que erre, ningún experimento los detecta (Recuerdo una ‘noticia’ hace un año que decía que si, lo anunciaban a bombo y platillo, de un sistema binario de estrellas en rápida rotación mutua, del orden de segundos, cuyo giro iba disminuyendo, ,,,,, pero desdeñaban la gran cantidad de causas clásicas que podían dar cuenta de tal efecto,emisión de masa con momento cinético, rozamiento con la gran cantidad de gas circundante al sistema binario,,,,,el titulo era algo así como ‘COMPROBADAS LAS ONDAS GRAVITATORIAS EMITIDAS POR UN SISTEMA BINARIO’,,, bombo y platillo,,,,,,etc,).

    F. Donoghue y Holstein me recuerdan los trabajos de Alfonso Rueda,y Bernard Haisch (similar época histórica, mediados de 1980).

    Consideran al espacio-tiempo continuo, pero las partículas, obedeciendo la QM.

    Una de las predicciones mas sorprendentes de Rueda y Haisch (Allá por 1995), era que para un observador en el vació, cuando aceleraba, ‘aparecían de la nada’ partículas (Procedentes del ‘vació’ cuántico, no tan vacio el muy perfido,,,,,:-),,,:-),,,).

    Hace poco (Un año) pude ver como se había comprobado, creo, en microondas.

    No se rompe conservación de energia-masa, pero ¿No es fantástico?, la naturaleza tiene cosas preciosas.

    Saludos.

    J…….

  5. thetimethespaceandandtheman:

    Supongo que la ecuación diferencial que pones al principio, neo, es clave en el cuerpo teórico de la gravedad semiclasica.

    La he estado analizando solo en un 1º nivel, y por lo que veo, puede ser una derivada de la de Schrödinger, a la que se le han añadido términos nuevos, concretamente, la 1ª derivada parcial de la izquierda de la igualdad.

    Ya te digo que solo creo que procede de ahí, 5 minutos no dan para mucho mas.

    Pero quiero pedirte, o pediros a los que la conozcáis bien, que detalléis cada uno de sus términos ,y, por supuesto, variables.

    ‘M’ parece ser la masa de la partícula, O.K., ‘h’ (con raya) también, pero ¿’Wcm’?, ¿Es una pulsación angular?, no le veo sentido los números de onda salen como soluciones a la ecuación diferencial, no son parámetros de entrada, creo recordar. ¿Y ‘x’, es la posición, y , su valor medio?.

    Finalmente, como sabemos, toda ecuación diferencial representa una conservación, lo que uno disminuye, depende de otra magnitud, etc, etc.

    Es ‘la expresión verbal’ de una ecuación diferencial.

    Es la que surgió en la mente de quien la creó, antes de expresarla analíticamente.

    Seria mucho pedir, pero lo agradecería, entenderíamos a fondo esta ecuación (Y sus limitaciones, implicaciones, etc.).

    Muchas Gracias.

    Javier.

    (Por supuesto, la clave de todo es la predictibilidad experimental, veremos que dicen los experimentos, medir la variacion del centro de masas en movimiento, supongo que nada facil en la practica…).

  6. NeoFronteras:

    Tal y como se dice en el texto:
    “según la ecuación de Schrödinger-Newton (ver ecuación de arriba)”
    por lo que se trata de dicha ecuación.

  7. LLuís:

    Eso de que ” cómo se podría ver afectada la gravedad clásica debido a las propiedades cuánticas de los objetos que contiene”, no acabo de entenderlo, ¿Se refiere a las estructuras macroscópicas que corrientemente observamos, las cuales,a su vez, tienen propiedades cuánticas?.Y si no es así,¿cuales son esos objetos?, ¿Habría que sumarse a la gravedad clásica los efectos gravitatorios cuánticos de esos objetos, sean los que sean?.
    Otra cosa que parece un tanto extraña es que si la gravedad estuviera cuantizada pudiera operar a largas distancias, como ya insinúa el propio artículo.

  8. NeoFronteras:

    El problema es, como casi siempre, epistemológico. Tenemos modelos de realidad, pero la realidad siempre se nos escapa. No hay que confundir nuestros modelos con la realidad (algunos físicos lo hacen).
    En este caso se trata de usar una ecuación como modelo aproximado al problema de conjugar relatividad y cuántica. Puede que sea correcto tanto en cuanto el experimento nos proporcione las misma predicciones del modelo o no. Pero nunca será una verdad definitiva. Sólo tenemos modelos que nos dan buenas o malas aproximaciones. Pero nunca una teoría definitiva. Puede ser que incluso tengamos varias teorías “correctas” a la vez, con sus ecuaciones diferentes y todo.

    En este tema hay una gran paradoja conceptual. Los físicos pueden pensar en términos de gravitones o en términos de curvatura según la RG. Pero ambas concepciones son incompatibles. Ningún físico puede creen en ambas cosas a la vez a no ser que sea idiota. Sólo utiliza el modelo que mejor le conviene en cada momento. Y encima puede que la realidad no se ajuste a ninguna de las dos concepciones.
    ¿Está el espacio realmente curvado solamente porque todo lo que contiene se comporta como si lo estuviese? LA pregunta roza la Filosofía.

    En cuanto a las ecuaciones diferenciales hay infinitas y sólo un subconjunto se usan en Física. En ambos casos las conservativas son una fracción pequeñas de ellas.

  9. tomás:

    “¿Está el espacio realmente curvado solamente porque todo lo que contiene se comporta como si lo estuviese? La pregunta roza la Filosofía”.
    Pues sí, pero si todo, absolutamente todo, se comporta como lo estuviese, si ese espacio a que te refieres contiene todo el Universo y por tanto no es posible contemplarlo ni hacer experiencias sobre él desde fuera, es que está realmente curvado porque admitimos que toda prueba nos va a demostrar que lo está: “… todo lo que contiene se comporta como si lo estuviese”.
    Digo yo… o mejor, filosofo yo…

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