Nueva teoría gravitatoria explica los efectos de la materia y la energía oscura

¿Tenía razón Newton o Einstein estaba equivocado? parece que cerrar la fábrica del espacio-tiempo y regresar a las nociones de física del siglo XIX podría llevarnos a la teoría de la gravedad cuántica.

La gravedad einsteniana alcanzó un tremendo hito durante un eclipse solar que demostró que la gravedad solar curvaba el espacio a su alrededor.

Los físicos han luchado durante décadas para casar la mecánica cuántica con la gravedad. Por el contrario, las otras fuerzas de la naturaleza han resultado más dóciles. Por ejemplo la fuerza electromagnética puede ser descrita en términos de la mecánica cuántica por el movimiento de los fotones. Pero intentemos tratar la fuerza gravitatoria entre dos objetos en términos de un gravitón cuántico, y pronto estaremos en problemas puesto que la respuesta a todos los cálculos es infinito.

Sin embargo, ahora Petr Hořava, físico de la Universidad de California, Berkeley, cree que comprende el problema. Es después de todo un asunto de tiempo.

Más específicamente, el problema es la forma en que el tiempo está entrelazado con el espacio en la teoría de la gravedad de Einstein: la relatividad general. Einstein revolucionó la idea Newtoniana de que el tiempo es una magnitud absoluta y constante, y sostuvo que el tiempo es otra dimensión, que se entrelaza con el espacio para formar una fábrica de espacio-tiempo deformable que es distorsionada por la materia. El problema es que en la mecánica cuántica, el tiempo retiene su condición newtoniana, proporcionando el escenario en el que se mueve la materia, pero nunca resulta afectada por su presencia. Éstas dos concepciones distintas del tiempo son totalmente opuestas e irreconciliables.

La solución, explica Hořava es cortar los hilos que unen el tiempo con el espacio a muy altas energías, como los que encontramos en el universo primitivo donde gravedad cuántica domina. "Estoy regresando a la idea de Newton de que tiempo y espacio no son equivalentes", explica Hořava. A bajas energías, la relatividad general surge la relatividad general en de su marco de referencia y la fábrica de espacio-tiempo vuelve a funcionar, explica Hořava.

Hořava compara esta emergencia de la relatividad general a la forma en que algunas sustancias exóticas cambian de fase. Por ejemplo a bajas temperaturas las propiedades del helio líquido cambian drásticamente, convirtiéndose en un "superfluido" que puede superar a la fricción. De hecho, Hořava ha optado por las matemáticas de las transiciones de fase exóticas para construir su teoría de la gravedad. Hasta ahora parece estar funcionando: los infinitos que salpican las demás teorías de la gravedad cuántica han sido domesticados, y la teoría arroja un gravitón que se comporta bien. Todo esto parece ajustarse a las simulaciones por computadora de la gravedad cuántica.

La teoría de Hořava ha generado excitación desde que la propuso en enero, un conjunto de físicos se reunieron en noviembre en el Perimeter Institute for Theoretical Physics en Waterloo, Ontario, para discutirla. En particular los físicos han estado comprobando si el modelo describe correctamente el universo queremos hoy en día. La Teoría General de la Relatividad se apuntó un tanto importantísimo cuando Einstein predijo que el movimiento de Mercurio con mayor precisión que en la teoría de la gravedad de Newton.

¿Podría la gravedad de Hořava conseguir el mismo éxito? La primera respuesta tentativa es un "sí". Francisco Lobo en la Universidad de Lisboa, y sus colegas han encontrado un buen ajuste con el movimiento planetario.

Otros han hecho afirmaciones todavía más contundentes sobre la gravedad de Hořava, especialmente en lo que respecta a la explicación de los grandes enredos cósmicos como la singularidad del big bang, donde las leyes de la física colapsan. Si la gravedad de Hořava es cierta, sostiene el cosmólogo Robert Brandenberger de la Universidad McGill en un artículo publicado en el número de agosto de Physical Review D, entonces el universo no explotó sino que el rebotó. "Un universo lleno de materia se contraerá hasta un tamaño muy pequeño pero finito para después rebotar, produciendo el universo en expansión que vemos hoy en día", explica Brandenberger. Los cálculos de Brandenberger muestran que las arrugas producidas por el rebote se ajustan a aquellas que ya han sido detectadas por los satélites que miden el fondo cósmico de microondas, por lo que ahora está buscando huellas que pudieran distinguir el escenario de explosión de el escenario de rebote.

La gravedad de Hořava puede también crear la "ilusión de la materia oscura", afirma el cosmólogo Shinji de la Universidad de Tokio. En el de septiembre de la revista Physical Review D, Mukohyama explica que bajo ciertas circunstancias en que gravitón Hořava fluctúa mientras interacciona con la materia urinaria, produciendo un empuje gravitacional algo más intenso de lo esperado en la relatividad general. Este efecto podría hacernos creer que las galaxias tienen más materia de la vemos. Por si eso no fuera suficiente, el cosmólogo Mu-In Park de la Universidad Chonbuk en Corea del Sur cree que la gravedad de Hořava puede también estar detrás de la expansión acelerada del universo, actualmente atribuida a la energía oscura. Una de las explicaciones líderes actualmente para el origen de la materia oscura es que el espacio vacío contiene una energía intrínseca que empuja el universo hacia fuera. Esta energía intrínseca no puede ser considerada en la relatividad general, pero se ajusta de manera natural a las situaciones de la gravedad de Hořava, según Park.

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Publicado en Odisea cósmica