Una posible solución al problema de los 120 órdenes de magnitud
Proponen una solución que explicaría por qué la energía del vacío no genera una constante cosmológica gigantesca.
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Hay problemas en Física que continúan abiertos desde hace ya mucho tiempo y desde hace poco tiempo. Un caso sería el de la materia oscura. Otro caso sería el de la energía oscura.
Hay uno que vuelve a estar de moda de vez en cuando en Física Teórica y otras veces se ignora para seguir avanzando en otros temas, pero es un problema que sigue abierto. Se trata de la aparente contradicción entre la energía del vacío y la cuasinula constante cosmológica. Si uno usa argumentos de la teoría de campos es fácil ver que el espacio-tiempo vacío debe contener una gran cantidad de energía procedente de la fluctuación de todos los campos cuánticos. En Mecánica Cuántica el estado fundamental, que es el de menor energía posible no tiene energía cero. El caso es que la suma ingenua de esta energía de las fluctuaciones del vacío para los campos conocidos debe dar una cifra muy importante.
Lo malo es que esto se traduciría en una constante cosmológica enorme que haría que el Universo se expandiera a una velocidad vertiginosa, cosa que no se observa en la realidad. La diferencia entre esta constante cosmológica calculada de esa manera y el valor compatible con lo observado es de 120 órdenes de magnitud. No es que sea 120 veces mayor, sino 120 órdenes de magnitud mayor. Esto constituye el mayor desacuerdo de la Física y se da comentado que esta es la peor predicción de la Física.
Ha habido muchos intentos de solventar esta contradicción. Unos intentaban cancelar el efecto de alguna manera o esconderlo bajo la alfombra. Incluso alguno recurría a trucos como la existencia de microagujeros de gusano en el espacio-tiempo a la escala de lo muy pequeño. Pero el éxito de todos estos intentos ha sido bastante desigual.
Ahora se publica en Physical Review Letters una posible solución a este enigma por parte de Steven Carlip (University of California). Este físico parte de una idea ya propuesta por John Wheeler en los cincuenta del pasado siglo según la cual el espacio-tiempo a la escala de Planck debería ser una especia de espuma cuántica en la que rige el principio de incertidumbre y en la que las fronteras entre derecha e izquierda, arriba y abajo o pasado y futuro son borrosas.
Carlip sugiere que el espacio vacío, efectivamente, contiene grandes cantidades de energía, tal y como la teoría cuántica de campo sugiere. Pero al introducir el concepto de espuma cuántica los efectos de esta energía se cancelan a esa escala y como resultado se tiene una constante cosmológica nula a escalas superiores a la de Planck. Es decir, las famosas fluctuaciones cuánticas no generan una constante cosmológica y, por tanto, el Universo no se expande a una velocidad vertiginosa, tal y como se observa en la realidad.
El truco está en asumir que no hay homogeneidad a la escala de Planck y que la flecha del tiempo no existe a esa escala. Esto es algo bastante sensato de asumir y por eso Wheeler propuso en su día la idea de la espuma cuántica.
Según Carlip, para un amplia clase de condiciones iniciales que obedecen la Relatividad General se producen expansiones, cizalladuras y curvaturas a la escala de Planck que dan como resultado cero a la escala macroscópica. La evolución posterior es compleja, pero este físico sugiere que las fluctuaciones cuánticas pueden conservar estas propiedades a lo largo del tiempo. Demostrar este punto, para esta hipótesis o cualquier otra, es harto difícil al no disponer de una teoría cuántica de la gravedad que proporcione cómo evoluciona el espacio-tiempo a esas escalas.
Como resultado de esta aproximación semiclásica es verdad que se da una constante cosmológica que produce una gran curvatura, pero sólo a la escala de Planck. A esa escala no hay una dirección intrínseca del tiempo y en cada lugar puede ser positiva o negativa al azar, de tal modo que el espacio-tiempo se expande y se contrae, por lo que a escala macroscópica es cero.
La hipótesis, como el mismo investigador confiesa, no es perfecta del todo. También advierte que su idea no propone un origen a la flecha del tiempo.
Por otra parte, la comprobación directa de la idea es muy complicada, pues no hay ni habrá manera de explorar la escala de Planck directamente. Para hacernos una idea, una centímetro cúbico contiene 10100 regiones de Planck. La propuesta es, por tanto, teórica y una semilla de algo que merece la pena explorar. El tiempo dirá si merece la pena.
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Fuentes y referencias:
Artículo original.
Artículo en ArXiv.
Artículo en ArXiv.
Ilustración: Alex Sukontsev, vía Flickr.
11 Comentarios
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jueves 3 octubre, 2019 @ 1:45 pm
Interesante. Pero solo una hipótesis más?
viernes 4 octubre, 2019 @ 9:40 am
Como la experiencia cierta que tenemos es que en algunas ocasiones la entropía disminuye localmente, pero no tenemos ninguna, que yo sepa, de que el tiempo vaya hacia el pasado, aprovecho mi desinformación para combinar unas frases del artículo, arrriesgándome a una magufada. Dice en el antepenúltimo párrafo: «… de tal modo que el espacio-tiempo se expande y se contrae…». Y se despide: «El tiempo dirá…».
Así que el espacio no tiene nada que decir. ¿Sabrá hablar el gusano del agujero?
domingo 6 octubre, 2019 @ 7:23 pm
Es raro que no saquen el principio holográfico con cuerdas (nótese: con cuerdas, no metal ni viento). Hombre, si un modelo predice algo que no pasa, y la diferencia son 120 órdenes de magnitud (no conozco ni el vocablo verbal para esa cifra, y no tiene ni prefijo), cualquier cosa que sugiera que la predicción es errónea es sensata. Porque la otra alternativa es que no interpretamos bien lo que cosmológicamente vemos y para amoldar las observaciones a tal discrepancia necesitamos un tornillo de arquímedes de Occkham. Ruedas de molino, vaya.
De todos modos supongo que el modelo matemático preciso que cancele los efectos cuánticos sí tiene que tener algún efecto macroscópico. Porque Popper se ganó su sueldo hablando de la falsabilidad, pero se dejó en el tintero la superfluicidad. No viene siendo la tetera de Russell, porque explica algo (ad hoc), aunque la tetera susodicha en realidad sí explica muchas cosas. Pero ninguna de la física (o bueno, no directamente, a fin de cuentas todo es física).
miércoles 9 octubre, 2019 @ 5:49 pm
‘Como resultado de esta aproximación semiclásica es verdad que se da una constante cosmológica que produce una gran curvatura, pero sólo a la escala de Planck. A esa escala no hay una dirección intrínseca del tiempo y en cada lugar puede ser positiva o negativa al azar, de tal modo que el espacio-tiempo se expande y se contrae, por lo que a escala macroscópica es cero.’
Pero si a escala macroscópica la constante cosmológica es cero, ¿habría expansión acelerada del universo? porque a la constante cosmológica se le atribuye un valor muy pequeñito, pero suficiente para acelerar la expansión del espaciotiempo.
miércoles 9 octubre, 2019 @ 11:28 pm
Queridísimo amigo Lluís!!! Qué alegría leer tu comentario!!!: no sabes cuánto te he echado de menos. Espero que lo que sea que te haya mantenido alejado, se haya solucionado.
Abrazos electrofanfarronicos.
jueves 10 octubre, 2019 @ 1:06 pm
La cuestión que plantea Lluís es muy importante. ¿Cual puede ser la respuesta?
jueves 10 octubre, 2019 @ 5:38 pm
Muchas gracias Miguel Ángel, lo que sucede es que cuando un problema termina, aparece otro. Cosas de carácter familiar.Pero bueno lo vamos trampeando, al menos por ahora.
No creas, a veces pensaba en vosotros y me decía, igual piensan que me he muerto, pero de momento, y como es obvio, pues no.
Un fuerte abrazo, querido amigo.
viernes 11 octubre, 2019 @ 7:14 am
¡Hombre!, tanto como muerto no, pero estábamos preocupados. Nuestro Miguel, quizá por su profesión, si me comentó que podías tener algún problema de salud: ¡estos médicos…!
viernes 11 octubre, 2019 @ 7:21 am
Como dices, Lluís, es obvio, pero eso es porque solo comentas en asuntos sesudos e importantes. Cuando yo casque, prometo avisaros. Pero es que soy más banal.
viernes 11 octubre, 2019 @ 5:19 pm
Gracias de nuevo, querido tomás. Lo cierto es que cuando uno tiene ya una cierta edad y empieza a dejar de encontrarse en determinados lugares a personas que ve con frecuencia allí, y la cosa se va alargando y alargando sin verles, enseguida piensas en que ‘se fue’ y ¡se acierta algunas veces! recientemente me ha sucedido con un amigo, 73 años, ninguna enfermedad. Murió de un ictus en la cama, durmiendo. Nada sabía, le había visto el día anterior.Me informó de su muerte un amigo común. Y así va la cosa.
Bien, no es que comente en asuntos sesudos e importantes, es que la Física me atrae mucho y realmente es ‘sesuda y muy importante’. Como dice, Don Lincoln (Fermilab): «Physics is everything».
Un saludo nada banal.
sábado 12 octubre, 2019 @ 11:17 am
Pues tuvo suerte tu amigo, porque es la forma más tranquila de morirse. Yo también tuve uno al que le pasó lo mismo, solo que con menos de cuarenta años. Bah, dejemos el tema que, al final todos acabaremos en el seno de la madre Tierra que nos irá integrando en ella o parte en la atmósfera y parte en polvo, que es lo que se lleva ahora.
Así pues sigamos con esos 120 órdenes de magnitud. Todos para ti y un fuerte abrazo.