Se propone un experimento de sobremesa para demostrar si el espacio-tiempo está compuesto de unidades indivisibles.
El
espacio no es liso: los físicos creen que, a escala cuántica, está
compuesto de subunidades indivisibles, como los puntos que forman un
cuadro puntillista. Este pixelado paisaje se cree que hierve con
agujeros negros menores de una cuatrillonésima del diámetro de un átomo
de hidrógeno, apareciendo y desapareciendo constantemente.
Espuma cuántica
Esta
tumultuosa imagen se propuso hace décadas por teóricos que tenían
problemas para casar la teoría cuántica con la teoría de la gravedad de
Einstein — la única de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza
que no se ha incorporado al Modelo Estándar de la física de partículas.
De ser cierta, esta idea podría proporcionar una comprensión más
profunda del espacio-tiempo y del nacimiento del universo.
Los
científicos han intentado usar el Gran Colisionador de Hadrones, los
detectores de ondas gravitatorias, y las observaciones de lejanas
explosiones cósmicas, para determinar si el espacio es realmente
granulado pero, hasta el momento, los resultados se han mostrado poco
concluyentes. Ahora, Jacob Bekenstein, físico teórico de la Universidad
Hebrea de Jerusalén, ha propuesto un simple experimento de sobremesa
para descubrirlo, usando equipo actualmente disponible1.
Como en experimentos anteriores, la configuración de Bekenstein está diseñada para examinar el problema de la escala de 1,6 × 10−35 metros.
Esta es la ‘longitud de Planck’, que se cree que marca la escala a la
cual es concepto macroscópico de distancia deja de tener sentido, y las
fluctuaciones cuánticas empiezan a provocar que el espacio-tiempo
recuerde a un mar espumoso.
Ningún instrumento puede medir directamente un desplazamiento tan pequeño como es 10−35 metros.
En lugar de esto, Bekenstein propone lanzar una única partícula de luz,
o fotón, a través de un bloque transparente, y medir indirectamente la
minúscula distancia que se mueve el bloque como consecuencia del momento
del fotón.
La
longitud de onda del fotón y la masa y tamaño del bloque se escogen con
cuidado, de forma que el momento sea lo bastante grande como para mover
el centro de masas del bloque una longitud de Planck. Si el
espacio-tiempo no es granuloso a esta escala, cada protón atravesará el
bloque y será registrado por un detector en el otro lado. Sin embargo,
si el espacio-tiempo es granuloso, es mucho menos probable que el fotón
atraviese el bloque. “Lo que defiendo, es que la consecuencia de este
cruce – el movimiento del bloque una Planck — es algo que no haría la
naturaleza”, dice Bekenstein.
Si las fluctuaciones cuánticas en
longitud son importantes a la escala de Planck, se formaría fácilmente
un mar de agujeros negros, cada uno con un radio de la escala de Planck.
Cualquier cosa que caiga en uno de esos agujeros negros quedaría
atrapada hasta que el agujero negro desapareciera. Por tanto, si el
centro de masas del bloque en movimiento cae en uno de los agujeros, el
movimiento del bloque quedará obstruido (los fotones son mucho más
grandes que la longitud de Planck, y, por esta razón, no se ven
perturbados por los agujeros negros en miniatura).
La
conservación del momento en la configuración experimental, requiere que
el fotón no pueda atravesar el bloque, si el bloque es incapaz de
moverse una longitud de Planck. Por lo que si llegan al detector menos
fotones de los esperados, esto indicaría que el movimiento del bloque se
ha visto obstruido por los agujeros negros, y que el espacio-tiempo
exhibe características cuánticas a la escala de Planck.
El
diseño de Bekenstein es simple, por lo que el experimento podría ponerse
en práctica fácilmente usando los métodos establecidos para generar y
detectar fotones aislados, dice Igor Pikovski, físico cuántico en el
Centro Vienna para Ciencia y Tecnología Cuántica. No obstante, añade,
“distinguir los posibles efectos gravitatorios cuánticos de otros
efectos, será todo un reto”.
A
principios de 2012, Pikovski y sus colegas publicaron otro esquema2 para
estudiar la granularidad del espacio-tiempo en el laboratorio, usando
pulsos ópticos y los principios de la teoría cuántica para llevar a un
sistema de una configuración inicial al estado final deseado. “La verdad
es que no sabemos a qué escala exactamente, la gravedad cuántica
desempeñará un papel significativo”, dice Pikovski. Hay mucho espacio
para la granularidad a longitudes mayores [que la longitud de Planck] ay
no tenemos una teoría completa que pueda darnos la respuesta.”
Experimentos como el de Bekenstein pueden proporcionar alguna de las
primeras pruebas para una respuesta, señala.
Fuente: Ciencia Kanija - Nature News
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