ESPECIALES

En un episodio reciente de The Big Bang Theory se habla de la idea de que el espacio-tiempo puede ser un superfluido.

The Big Bang Theory es una sitcom norteamericana cuyos personajes son jóvenes científicos. Especialmente curioso es el personaje con síndrome de Asperger Sheldon Cooper (nombre, obviamente, en honor a los físicos Sheldon Lee Glashow y Leon N. Cooper), que está interpretado por Jim Parsons.
Desde que esta serie comenzó hace ya más de 7 años, nos ha venido amenizando con toda clase de material geeky entrelazado en el argumento. Argumentos, material e incluso algunos diálogos que se deben en gran parte a David Saltzberg (UCLA), científico que también escribe las pizarras que aparecen en la serie y que siempre tienen sentido físico.
En otros tiempos, cuando se trataban asuntos científicos, se solía copiar cualquier texto con fórmulas de un libro y ya estaba. Era curioso ver al personaje interpretado por Paul Newman en “Cortina rasgada” discutir con un colega del otro lado del telón de acero acerca bombas nucleares mientras escribían en una pizarra sobre composición de osciladores armónicos.
Pero en The Big Bang Theory toda la Física que aparece, oral o escrita, tiene sentido, aunque se trate de teorías no asentadas. Quizás esto ha permitido que, ahora, en películas como “Interestelar” la Física sea correcta (aunque especulativa) y esté bien asesorada (nada menos que por Kip S. Thorne).
Hace unas semanas (episodio 14 de la octava temporada) Sheldon Cooper (físico teórico) y Leonard Hofstadter (el físico experimental interpretado por Johnny Galecki) trabajaban en una idea curiosa sobre que el espacio-tiempo es un superfluido que tiene cierta tensión superficial. En palabras de Leonard “un superfluido esférico multidimensional muestra la misma densidad de energía negativa que el espacio-tiempo.”
Estos personajes envían un artículo con los resultados y es criticado nada menos que por Stephen Hawking (“If you were sitting in a chair for 40 years, you’d get bored too”, responde el famoso físico por viodeconferencia al “Why are you attacking us?” de Sheldon), científico que ya ha aparecido interpretándose a sí mismo en esta serie varias veces.

Lo curioso es que la idea del espacio-tiempo como un superfluido sí se ha propuesto en el mundo académico real, en concreto por Stefano Liberati y Luca Maccione. Resultado que cubrimos en su día en NeoFronteras.
Con este modelo se trata de resolver el gran problema de la Física, que es la unificación de la Relatividad General (gravedad) y la Mecánica Cuántica. Si dispusiéramos de una teoría que lo hiciera se podría saber cómo es el interior de un agujero negro o cómo fue el Bing Bang y si hubo un antes de él.
Desgraciadamente, y después de unos 70 años trabajando sobre el asunto, nadie ha sido capaz de conseguirlo hasta ahora. Pero ideas no faltan, sobre todo últimamente, cuando no todos los físicos teóricos trabajan en cuerdas (ya ni Sheldon Cooper lo hace).
Algunas de estas propuestas sugieren que el espacio-tiempo que percibimos en el mundo macroscópico es una propiedad emergente que procede de elementos pequeños que se organizan y relacionan hasta producir el espacio y, como todos sabemos, es precisamente la curvatura del espacio bajo presencia de masa-energía lo que es descrito por la Relatividad General. Por tanto, quizás no sea necesario cuantizar la gravedad, sino solamente el espacio en donde opera.
Así que, a una escala muy pequeña, el espacio-tiempo (o quizás sólo el espacio si el tiempo no es emergente) estaría formado por elementos que formarían una especie de “espuma cuántica”.
Según Liberati y Maccione podría ser que fuera análogo a los átomos de H₂O que dan lugar al líquido que todos conocemos como agua cuando lo vemos a escala grande. Las propiedades de fluidez del agua no están en las moléculas de agua, sino que la “liquidez” es una propiedad emergente que surge en el todo y no en las partes.
Pero si el espacio-tiempo es un fluido debe de tener efecto sobre los fotones de luz que viajan a través de él grandes distancias. Los fotones disiparían energía en su camino y viajarían a velocidad ligeramente distintas en función de su energía. Algo que, dicho sea de paso, está en contra de lo que sostiene la Relatividad Especial. Básicamente no se mantendría la invarianza Lorentz a determinadas escalas. No pasaría nada si esto fuera así, porque entonces la Relatividad sería una buena aproximación de una teoría más amplia (algo que pasa en Física constantemente) aún por descubrir.
En todo caso, el efecto sería minúsculo (de otro modo ya nos habríamos dado cuenta hace tiempo) y sólo se notaría el efecto acumulativo a distancias cosmológicas.
Lo malo es que la evidencia experimental en este caso es más bien escasa, por no decir nula. Datos de los fotones que recibimos de la nebulosa del cangrejo (un remanente de supernova) indican que el espacio-tiempo no puede ser un fluido. Pero la idea de Liberati y Maccione es que si se trata de superfluido entonces la escasa disipación (o acotación de la misma) encajaría con las medidas experimentales.
Los superfluidos son objetos cuánticos macroscópicos, como el helio enfriado hasta casi el cero absoluto de temperatura, con una viscosidad nula. Este superfluido fluye sin fricción, pasa por cualquier agujero y trepa por las paredes. Este fenómeno fue descubierto en 1937 y se puede explicar gracias a la Mecánica Cuántica y los condensados de Bose-Einstein (para spin entero) o Fermi-Dirac (spin semientero). Este tipo de objetos son estudiados generalmente por físicos experimentales.
Así que, siguiendo con la analogía, quizás haya unos elementos de espacio-tiempo ultrapequeños que se comporten como el helio líquido a gran escala y que doten al espacio de propiedades de superfluido.
Es aquí en donde la serie The Big Bang Theory es coherente con sus personajes, pues la idea se le ocurre a Leonard (físico experimental) y se lo propone a Sheldon (físico teórico). Juntos la desarrollan y publican.
La idea, en el mundo real, de Liberati y Maccione tiene el valor de ser contrastable experimentalmente. Los datos de la nebulosa del cangrejo ponen límites a cómo puede ser un espacio-tiempo fluido, con una disipación muy pequeña. Y está por ver que resista datos de fenómenos más lejanos, como rayos cósmicos ultraenergéticos, neutrinos cosmológicos, etc. Puede que al final estos datos fuercen a rechazar la idea, que, dicho sea de paso, no es muy popular entre los miembros de la comunidad de físicos.
El problema es la escala a la que se dé la textura del espacio-tiempo. Si es exactamente a la escala de Planck entonces quizás nunca sepamos si tal textura existe.
Los últimos resultados experimentales sobre textura del espacio-tiempo, como los analizados por Eric Perlman (Florida Institute of Technology) o por Vlasios Vasileiou y Agnieszka Jacholkowska, parecen ser negativos. Algo que es aprovechado los cuerdistas a su favor. Pero, claro, como otras religiones, las cuerdas son intrínsecamente no falsables y todavía no hay ninguna predicción de las cuerdas que se haya comprobado experimentalmente.
Sin embargo, Eric Steinbring (National Research Council, Canadá) dice que los datos recolectados por Fermi de rayos gamma de alta energía son consistentes con cierta textura del espacio.
De todos modos, aunque haya textura espacial o “espuma cuántica”, el espacio no tiene que ser necesariamente un superfluido. La textura espacial en la idea de Liberati y Maccione es una condición necesaria, pero no suficiente.
Por último, el valor de series como The Big Bang Theory, pese a la caricatura que representan sus personajes, es el de popularizar unos temas que de otro modo sólo estarían circunscritos a pequeños círculos académicos o geeks. Los jóvenes deciden más ahora arriesgarse a estudiar Ciencias Físicas (aunque sepan lo incierto de encontrar un trabajo en el campo y que jamás conocerán bíblicamente a una Penny) y la gente de la calle ve con mejores ojos un mundo que ya no le es tan lejano.
La Física Teórica no tiene beneficios a corto plazo y, pese a que sale barata, quizás no es financiada adecuadamente. Los políticos que deciden dar el dinero de los contribuyentes a la ciencia serán más proclives a dárselo a la Física Teórica si la gente de la calle lo apoya.
Además, todos sabemos de los beneficios a largo plazo. Si la Relatividad era una curiosidad académica hace un siglo cuando fue desarrollada por Einstein, ahora se aplica en el GPS de su smarphone, querido lector (cuestión orwelliana discutible, por otra parte).
Pero también es cierto que no hay que poner todos los huevos en la misma cesta y que si la financiación se va toda a las cuerdas quizás nunca sabremos resolver los misterios insoldables del espacio a la escala de Planck.
Porque el espacio tiene que tener textura, ¿verdad?, ¿o no?

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/especiales/?p=197

Fuentes y referencias:
Artículo original I.
Artículo original II.
Artículo original III.
Artículo original IV.
¿Es el espacio-tiempo un fluido?
Más resultados de este tipo.
Fotos obtenidas del episodio 14 de la octava temporada.