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. [2]
Copia del artículo original. [3]
Foto: Universidad de Minnesota.