Por primera vez, un marco matemático demuestra que la teoría de la relatividad general de Einstein, que explica la relación entre el espacio, el tiempo y la gravedad, está alineada con la física cuántica, la rama de la ciencia que describe el comportamiento de los electrones, los fotones y los electrones. Otras partículas básicas.
«Hemos demostrado que la ecuación de campo de Einstein de la relatividad general es en realidad una ecuación de la mecánica cuántica relativista», señalaron los investigadores en su estudio.
En pocas palabras, este nuevo marco conecta la ciencia que gobierna el mundo macroscópico con el mundo microscópico.
Por lo tanto, tiene el potencial de detectar todos los fenómenos físicos conocidos por la humanidad, desde la misteriosa materia oscura en el espacio hasta los fotones emitidos por la linterna de su teléfono.
«Hasta la fecha, no se ha propuesto ninguna teoría universalmente aceptada para explicar todas las observaciones físicas», agregaron los investigadores. Afirman que su teoría puede desafiar los fundamentos de la física y cambiar nuestra comprensión del universo.
La relación entre la relatividad y el mundo cuántico
La teoría de la relatividad general de Einstein explica cómo funciona la gravedad. Dice que los objetos masivos como planetas, estrellas o galaxias retuercen el tejido del espacio y el tiempo a su alrededor, como pesadas bolas en un trampolín. Esta atracción crea lo que sentimos como gravedad.
Entonces, en lugar de tratar la gravedad como una fuerza invisible que atrae objetos entre sí, la relatividad general muestra que los objetos se mueven a lo largo de curvas en el espacio vacío que los rodea. Cuanto más grande es el objeto, más curva el espacio y más fuerte es el efecto gravitacional.
La física cuántica, por otra parte, se ocupa del estudio del comportamiento inusual de las partículas más pequeñas del universo.
Por ejemplo, investiga cómo partículas como los electrones pueden existir en múltiples estados o ubicaciones al mismo tiempo (superposición) hasta que las medimos. Este tipo de comportamiento extraño no se encuentra en cosas con las que tratamos habitualmente.
Hasta ahora, los científicos no han podido conciliar la relatividad general y la física cuántica porque las dos teorías describen el universo de maneras fundamentalmente diferentes. Cuando se intentó combinar las dos teorías, como en el caso de los agujeros negros, se produjeron resultados contradictorios, lo que hizo difícil unificarlas en un marco único.
Por ejemplo, la relatividad general predice que el núcleo de un agujero negro es infinito, mientras que la física cuántica sugiere que tales infinitos no pueden existir.
Reduciendo la brecha entre la relatividad y la física cuántica
La relatividad general funciona bien para objetos de gran escala, mientras que la física cuántica describe con precisión los fenómenos microscópicos, pero ¿qué se necesita para unificarlos? Bueno, hay dos razones principales para esto. En primer lugar, combinarlos proporcionará una comprensión completa del universo en todas sus dimensiones.
Esto es importante porque muchos conceptos como los agujeros negros o el Big Bang son probablemente el resultado de situaciones en las que influyeron tanto la física cuántica como la relatividad general. Comprenderlos requiere una teoría que combine ambas.
En segundo lugar, no se puede entender completamente la ciencia detrás de la gravedad cuántica, la radiación de Hawking, la teoría de cuerdas y varios otros fenómenos sin conectar los puntos entre la teoría de la relatividad general y la física cuántica.
Para conectarlos, los investigadores desarrollaron un marco matemático en el que “la masa y la carga de los leptones (partículas fundamentales) se redefinen en términos de la interacción entre la energía del campo y la curvatura del espacio-tiempo.
«La ecuación obtenida es covariante en el espacio-tiempo e invariante con respecto a cualquier escala de Planck. Por tanto, la estabilidad del universo se puede reducir a sólo dos cantidades: la longitud de Planck y el tiempo de Planck», señalan los investigadores.
Esta ecuación demostró matemáticamente que la ecuación de campo de Einstein está relacionada con la teoría de la relatividad, equivalente a la ecuación cuántica. Los autores del estudio afirman que puede responder a varias preguntas que siguen siendo un misterio.
Por ejemplo, puede explicar por qué los agujeros negros no colapsan, cómo eran las condiciones durante el Big Bang y cómo funciona el entrelazamiento espacio-temporal.
Además, «en los últimos años, el Telescopio Espacial James Webb (JWST) ha observado muchos eventos, incluidas galaxias que ya existían 300 millones de años después del Big Bang, que nunca se pensó que existieran. Nuestra teoría propuesta explica adecuadamente este fenómeno», señala el dijeron los investigadores.
El estudio se publica en la revista. Física de astropartículas.
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Sobre el editor
Rupinder Brahmabhat Rupinder Brahmabhat es un escritor, investigador, periodista y cineasta experimentado. Con una licenciatura (con honores) en ciencias y un PGJMC en comunicación de masas, trabaja activamente con algunas de las marcas, agencias de noticias, revistas digitales, realizadores de documentales y organizaciones sin fines de lucro más innovadoras de diversas partes del mundo. Como escritor, trabaja con miras a promover información precisa y fomentar una mentalidad constructiva entre el público.
