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¿Es el espacio-tiempo un fluido?

Área: Física — domingo, 27 de abril de 2014

Estudian el efecto de la viscosidad y disipación en un hipotético espacio-tiempo fluido como propuesta a una teoría cuántica de la gravedad.

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Como ya saben todos nuestros lectores, hay un gran problema en la Física Moderna: no tenemos una teoría cuántica de gravedad. Tenemos la teoría cuántica que nos permite explicar bien los objetos muy pequeños y la Relatividad General que nos permite estudiar todo el Universo y las interacciones gravitatorias. Es como si los físicos hablaran dos idiomas muy distintos al describir los fenómenos físicos. Pero si tenemos algo pequeño sujeto a una gran gravedad, como durante el Bi Bang, no podemos describirlo adecuadamente.
Desde hace bastante más de medio siglo se persigue la construcción de una teoría cuántica de la gravedad sin mucho éxito y, lo que es peor, las propuestas que se presentan están muy alejadas de la comprobación experimental. La gran inversión humana y económica realizada en las cuerdas ha incluso retrasado el avance en este campo. Sin embargo en los últimos años ha habido algunas propuestas interesantes. Ahora vamos a ver una de ellas.
La Relatividad General es una teoría clásica (no cuántica) que habla de la gravedad en un lenguaje de métricas del espacio tiempo. Lo que sentimos como gravedad no es más que un espacio curvado por la presencia de materia. La gravedad está, por tanto, ligada a la estructura del espacio-tiempo. Así que una teoría cuántica de la gravedad también lo debe de estar. A la escala de Planck de los 10-33 cm el espacio-tiempo tiene que tener algún tipo de textura, pero no sabemos exactamente cuál. Las distintas propuestas de teorías cuánticas de la gravedad postulan una textura en concreto. Se suele asumir que a esas distancias el espacio-tiempo no es continuo, sino discreto. Habría algo así como unos “átomos de espacio”.
Sería algo parecido a lo que ocurre con la materia. A cierta escala esta hecha de átomos que se rigen por la Mecánica Cuántica, pero a escala humana la materia tiene apariencia continua y una descripción clásica.
De este modo, el propio espacio o el espacio-tiempo podría ser una propiedad emergente. Algo que no está en cada unos de sus componentes, sino que surge de la interacción de todos ellos entre sí. En muchos casos la relatividad especial es violada a esas escalas (ruptura de la invarianza Lorentz).
Una posibilidad es que el espacio-tiempo sea una especie de fluido o líquido y la Relatividad General no sería más que un análogo a la Hidrodinámica, que describe la dinámica de los líquidos desde el punto de vista clásico a escala, ignorando el comportamiento de los átomos o moléculas individuales. Por esta razón, al ser una aproximación clásica a gran escala, la Relatividad General no dice nada de los componentes discretos del espacio-tiempo. El espacio-tiempo sería entonces un fenómeno emergente de la misma manera que el agua lo es de un gigantesco grupo de moléculas de H2O.
Stefano Liberati (SISSA en Trieste) y Luca Maccione (universidad Ludwig-Maximilian en Munich) han desarrollado esta idea del espacio-tiempo como un fluido usando técnicas tomadas prestadas de otros campos y además proponen una manera de poderlo comprobar experimentalmente.
Si el espacio-tiempo tiene algún tipo de textura entonces debe de afectar de algún modo a la propagación de los fotones que se mueven en él, lo que implicaría que los fotones de distinta energía se moverían a diferentes velocidades. Este punto es algo que, hasta ahora no se ha observado.
Pero si, además, el espacio-tiempo es como un fluido, entonces habrá que tener en cuenta los efectos disipativos y la viscosidad. Aspectos que, hasta ahora, no se habían considerado en detalle.
Liberati y Maccione ha estudiado estos efectos y muestran cómo la viscosidad tiende a disipar de su camino rápidamente a los fotones y otras partículas. Como podemos ver galaxias muy lejanas situadas a miles de millones de años luz de nosotros, entonces el fluido del espacio-tiempo no tiene viscosidad o esta es muy baja. Así que el espacio-tiempo tiene que ser entonces un superfluido bajo esta óptica.
Además, estos investigadores predicen efectos disipativos débiles que tal vez se puedan ver algún día en rayos cósmicos de ultra alta energía, en las ondas gravitacionales o en objetos astrofísicos. Si esto se pudiera observar entonces se pasaría de una idea especulativa a algo mucho más fenomenológico.

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Fuentes y referencias:
Artículo original.
Copia del artículo original.
Foto: Universidad de Minnesota.

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6 Comentarios

  1. lluís:

    ¿Un espaciotiempo como una especie superfluido newtoniano?. Por otra parte si la materia es de naturaleza ondulatoria, lo de la apariencia humana continua, es eso; es decir un mera apariencia y si nos percibimos como algo continuo y sólido es porque la frecuencia de las ondas (de las que estamos hechos) es tan elevada que nuestros ojos no pueden percibirla.

  2. tomás:

    De lo que afirmas estoy seguro, querido amigo “lluís”. Así nos atraviesan billones de neutrinos como balas yoctométricas y a velocidades luminosas sin que nos enteremos. Pero balas incorpóreas, sinuosas, -sibilinas habría que llamarlas literariamente-.
    Ni nuestros ojos ni nuestro tacto -olfato gusto y oído ¿para qué nombrarlos?-. Y es que pasar de la sabana al laboratorio -incluido el CERN- donde buscamos las realidades más escondidas ha sido una transición superior a todo lo imaginable. Eso sin mentar el papel y el lápiz donde el “calcula y calla” hace predicciones que asombran cuando aciertan sobre todo cuando violan toda intuición derivada de la rama, el árbol y la sabana.
    Un fuerte abrazo, admirado amigo.

  3. lluís:

    Y ahora que pienso en esto de nuevo, ( y veo el comentario del querido amigo tomás) se me ocurre pensar en el condensado Bose-Eintein. Si a temperaturas extremadamente bajas (y la del universo, lo es) la viscosidad de los gases desaparece por completo, surgiendo la superfluidez, quizás lo que se está proponiendo aquí es que el espaciotiempo tiene una estructura o un “tejido” del tipo de ese condensado Bose-Einstein.
    Tomás, te devuelvo otro abrazo y que conste que la admiración es mútua.

  4. Alejandro Sánchez:

    ¿Acaso el llamado efecto doppler o de corrimiento al rojo de la luz más distante sería indicio de la naturaleza superfluídica del espaciotiempo?

  5. NeoFronteras:

    Un error común es confundir el efecto Doppler con el corrimiento al rojo cosmológico. No es lo mismo.

  6. tomás:

    Intuyo, amigo Alejandro Sánchez, que lo que quieres saber es si puede hacerse un paralelo entre el efecto Doppler, que se da por causa del cambio de frecuencia del sonido emitido un móvil en un medio fluido (una ruidosa moto y el aire, por ejemplo) y el corrimiento al rojo o al azul -según se aleje o se acerque un objeto- del espectro propio de lo emitido en un medio que es el que desde antiguo hemos llamado vacío, y que a esa consideración te lleva, precisamente, el artículo. En mi humilde opinión, como dice Neo, son cosas distintas, pero el artículo conduce a considerarlas similares al equiparar este vacío a un fluido -claro que muy distinto- por lo que las ondas luminosas parece que se transmitirían en un medio “casi material”. Evidentemente no son lo mismo las moléculas que componen el aire o cualquier medio material, perfectamente comprobadas, que los supuestos quantos no encontrados aún, del espacio (y menos del espacio-tiempo). Así que primero habrá que probar la naturaleza no continua del espacio, por lo menos. En fin que es un supòsit.
    Abrazos.

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