Proponen una solución que explicaría por qué la energía del vacío no genera una constante cosmológica gigantesca.
|
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.
Copyleft: atribuir con enlace a htpps://neofronteras.com [1]
Fuentes y referencias:
Artículo original. [2]
Artículo en ArXiv. [3]
Artículo en ArXiv. [4]
Ilustración: Alex Sukontsev, vía Flickr.