Una carrera intergaláctica en el espacio y el tiempo

Publicado online el 28 de octubre de 2009 | Nature | doi: 10.1038/news.2009.1044

Una carrera intergaláctica en el espacio y el tiempo

Un estallido de rayos γ ha permitido a los científicos probar las teorías cuánticas de la gravedad.
Geoff Brumfiel

[El espacio-tiempo se comporta como un fluido en la teoría de la relatividad general. Chris Henze / NASA / Science Photo Library ]

Los astrónomos han utilizado un estallido de luz de gran energía de una galaxia distante para probar el tejido del espacio y el tiempo. Este trabajo es el mejor de los intentos llevados a cabo hasta ahora de crear una “teoría de todo”.

En la actualidad, dos teorías distintas dominan el mundo de la física. La relatividad general explica la gravedad y el movimiento de objetos grandes, tales como planetas, estrellas y galaxias, mientras que la mecánica cuántica explica el comportamiento de cosas muy pequeñas, tales como los átomos.

Ambas teorías explican bien sus respectivos mundos, pero que no encajan matemáticamente. El problema es fundamental: las dos ven el espacio y el tiempo de manera muy diferente, de acuerdo con Giovanni Amelino-Camelia, físico teórico en la Universidad La Sapienza de Roma, Italia.

La relatividad general considera el espacio-tiempo como un fluido inmenso y continuo, mientras que la mecánica cuántica sugiere que es particulado como los granos de arena. Algunas versiones cuánticas de la gravedad sugieren que los “granos” de espacio-tiempo, si es que existen, serían sumamente pequeños, de alrededor de 10-35 metros, lo que los haría prácticamente indetectables con los instrumentos de la Tierra.

Sin embargo, las partículas de luz de alta energía, conocidas como rayos γ, podrían ser capaces de notar la diferencia. Los rayos γ son potentes fotones que se cree que provienen de eventos astronómicos extremos tales como estrellas de neutrones que chocan.

Las altas energías corresponden a longitudes de onda corta, y algunos rayos γ son tan cortos en longitud de onda que podrían ser capaces de distinguir entre el espacio-tiempo particulado o fluido. Si el espacio-tiempo es particulado, entonces los rayos γ de longitud de onda más corta podrían tropezar con los granos y tal vez hacerlos ir un poco más lento que los rayos γ de longitud de onda más larga. “Lo que se necesita realmente es una carrera”, afirmó Amelino-Camelia.

La carrera espacial
El estudio, publicado hoy en Nature, informa que un satélite de rayos γ ha captado esta carrera en acción1. El 10 de mayo del presente año, el Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi vio un corto estallido de rayos γ de una galaxia a una distancia de la Tierra de alrededor de 2 mil millones de pársecs o 7 millones de años luz. El estallido duró varios segundos y los rayos γ de longitud de onda más corta llegaron alrededor de 0,829 segundos después de detectar los primeros rayos.

Es tarde, pero no lo suficientemente tarde como para sostener la más simple de las teorías de la gravedad cuántica, según Jonathan Granot, un miembro del equipo del telescopio Fermi en la Universidad de Hertfordshire en Hatfield, Reino Unido. En otras palabras, por ahora el espacio-tiempo parece ser continuado en lugar de particulado.

Granot afirmó que está un poco decepcionado de que la carrera sólo confirmase las teorías existentes. “Si hubiéramos podido detectar con claridad tal efecto, habría sido digno de un Premio Nobel”, declaró. Pero, completó, cualquier prueba de estas ideas sobre la gravedad cuántica es “extremadamente útil”. La física fundamental “se está alejando mucho de las observaciones –añadió–. El mero hecho de poder limitar de manera significativa algunos modelos... es muy bueno”.

El resultado no significa que los mejores esfuerzos para unificar la gravedad con la mecánica cuántica sean erróneos. Todavía hay un montón de versiones de la gravedad cuántica que no cambiarían la velocidad de la luz en el reciente estallido, de acuerdo con Lee Smolin, físico teórico del Instituto Perimeter en Waterloo, Ontario, Canadá. Sin embargo, afirmó que el documento “es la mejor prueba hasta ahora de una hipótesis general sobre el espacio-tiempo cuántico”.

Las mediciones de los próximos años podrían guiar a los teóricos en su intento de unificar la gravedad con la mecánica cuántica. “El estudio de la estructura espacio-tiempo en un sentido significativo para la gravedad cuántica ha comenzado”, aseguró Amelino-Camelia.