Los físicos llevan un siglo empeñados en reconciliar la relatividad y la mecánica cuántica. Y tienen un buen motivo
Reconciliar la descripción de lo muy grande y lo muy pequeño no es nada fácil. De hecho, los físicos teóricos coquetean con la idea de unificar la teoría general de la relatividad y la mecánica cuántica desde hace algo más de un siglo. Prácticamente desde el mismo instante en el que ambas ramas de la física vieron la luz a principios del siglo XX. Aún no lo han conseguido. Y no lo han hecho porque estamos ante el que muchos investigadores consideran el mayor desafío de la física moderna.
La relatividad general se ocupa, a grandes rasgos, de describir la interacción entre la materia (o la energía) y el continuo espacio-tiempo. De esta teoría del campo gravitatorio publicada por Albert Einstein en 1915 se desprende que la materia curva el espacio-tiempo, alterando su geometría, lo que a su vez condiciona la trayectoria tanto de los objetos móviles como de la luz. En su momento esta teoría fue revolucionaria, y a pesar de haber sido puesta a prueba muchísimas veces permanece erguida e intacta.
La mecánica cuántica, en cambio, se ocupa de lo muy pequeño. Del mundo de las partículas y las interacciones a las que están expuestas las estructuras atómicas y subatómicas. Y la mayor parte de esas reglas son radicalmente diferentes a las leyes con las que estamos familiarizados. Richard Feynman y otros físicos han defendido con vehemencia que intentar entender esta rama de la física es un esfuerzo vano. Sus leyes son tan distintas a las que estamos acostumbrados a observar en el mundo macroscópico que escapan a nuestra comprensión.
Quizá la tan ansiada reconciliación entre las dos teorías más bellas esté cerca
La relatividad general y la mecánica cuántica son bellísimas. Perfectas en sí mismas, y, sin embargo, incompatibles. Cada una de ellas nos entrega una visión del universo rica y consistente, pero parcial. Esta es la razón fundamental por la que los físicos llevan tantas décadas intentando reconciliarlas. Y es que sin una descripción que aúne las reglas que rigen el comportamiento de lo muy grande y lo muy pequeño nuestra visión del universo del que formamos parte continuará siendo parcial. Incompleta.
La teoría poscuántica de la gravedad clásica defiende la posibilidad de que el continuo espacio-tiempo no pueda ser descrito empleando la teoría cuántica, por lo que su descripción sería estrictamente clásica
La estrategia por la que han optado hasta ahora la mayor parte de los físicos teóricos a la hora de intentar reconciliar la relatividad general y la teoría cuántica defiende la necesidad de modificar la teoría elaborada por Albert Einstein para conseguir que "encaje" en la teoría cuántica. De hecho, esto es lo que persiguen las dos teorías cuánticas de la gravedad más respaldadas actualmente: la teoría de cuerdas y la gravedad cuántica de bucles. El problema es que ninguna de las dos ha conseguido demostrar de forma fehaciente si es correcta, a pesar de que ambas han logrado algunos éxitos notables.
No obstante, hay más opciones. Jonathan Oppenheim, que es profesor de teoría cuántica en el University College de Londres, propone modificar esta última de manera que sea capaz de convivir con la relatividad general respetando los mecanismos que dirimen la interacción entre los objetos con masa y el continuo espacio-tiempo. No obstante, el postulado sobre el que Oppenheim ha construido su modelo es extraordinariamente original. Y es que la teoría poscuántica de la gravedad clásica defiende la posibilidad de que el continuo espacio-tiempo no pueda ser descrito empleando la teoría cuántica, por lo que, en realidad, su descripción sería estrictamente clásica.
Curiosamente incluso Einstein sucumbió al intento de unificar la gravedad y las otras tres fuerzas fundamentales de la naturaleza (electromagnetismo, interacción nuclear fuerte e interacción nuclear débil) en su teoría del campo unificado. Pero aún hay esperanza. Hoy trabajan en esta área más investigadores que en ningún otro momento del último siglo. Además, están mejor formados y disponen de más herramientas que sus predecesores, por lo que con un poco de suerte cabe la posibilidad de que la tan ansiada teoría del todo no esté tan lejos como puede parecernos.
Incluso es posible que finalmente alguna de las teorías de las que acabamos de hablar brevemente consolide su validez. Mientras tanto sigue mereciendo la pena recurrir a los neutrinos como una de nuestras mejores opciones a la hora de entender un poco mejor los mecanismos de la gravedad cuántica. Y es que estas escurridizas partículas resultan de gran ayuda para estudiar la estructura del continuo espacio-tiempo y poner a prueba los principios fundamentales de la mecánica cuántica. Ni más ni menos.
Imagen | inqnet/A. Mueller (Caltech) vía SMC
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