Aunque parece sacado de una película de ciencia ficción, uno de los últimos avances de la física ha sido medir la gravedad en el mundo cuántico. Ya desde hace más de un siglo que los científicos buscan unificar la teoría general de la relatividad de Einstein, con la mecánica cuántica, una disciplina de la física que tuvo como pioneros a Schrödinger, Fermi y Heisenberg, entre otros. La idea es poder postular una teoría del todo.

Teoría de la relatividad y de la mecánica cuántica

La teoría general de la relatividad y la mecánica cuántica surgieron a principios del siglo XX. La relatividad, expuesta por Einstein, describe que los fenómenos gravitatorios son el resultado de la interacción que ocurre entre los objetos (con masa) y el espacio-tiempo. La mecánica cuántica, por su parte, se dedica a estudiar el comportamiento de la naturaleza, pero a nivel subatómico. Es decir, las partículas más diminutas que conforman la materia. Veamos, brevemente, en qué consisten estas teorías.

¿Qué es la teoría de la relatividad?

A grandes rasgos, la teoría de la relatividad especial trata de la física del movimiento de los cuerpos en ausencia de las fuerzas gravitatorias. En esta teoría, que data de principios del siglo XX, se unificaron los conceptos de espacio y tiempo, colocándolos en un ramado tetradimensional que se conoce hoy en día como espacio-tiempo. Debido a la teoría de la relatividad, los postulados de científicos como Newton quedaron relegados y se introdujeron nuevos conceptos como la invariabilidad de la velocidad de la luz, la dilatación del tiempo, la equivalencia entre masa y energía y la contracción de la longitud.

La relatividad general lo que hace es estudiar la interacción gravitatoria, pero como una deformación en la geometría del espacio-tiempo. Una deformación que, por cierto, permite percibir la energía.

¿Qué es la mecánica cuántica?

La mecánica cuántica, como ya adelantamos, es una parte de la física que estudia a la naturaleza, pero a escalas muy pequeñas. Aquí encontramos los sistemas atómicos, subatómicos y las interacciones de estos con la radiación electromagnética, etcétera. Según la mecánica cuántica, las formas de la energía se liberan en unidades llamadas cuantos y pueden ser fermiones o bosones.

En la mecánica cuántica toma especial importancia la ecuación de Schrödinger. De acuerdo a esta teoría, sería posible predecir el comportamiento futuro de un sistema dinámico.

¿Teoría de la gravedad en el mundo cuántico?

Pues ahora, la ciencia está cada vez más cerca de postular una teoría para la gravedad cuántica y relacionarla con la teoría de la relatividad general. Esto es posible porque, por fin, los científicos han sido capaces de medir la gravedad en el mundo cuántico algo que, por cierto, es una hazaña muy difícil. Actualmente, la teoría de cuerdas y la gravedad cuántica de bucles son las dos teorías cuánticas de la gravedad más respaldadas por la comunidad científica. Cabe destacar que también existe un postulado sobre la teoría poscuántica de la gravedad clásica, propuesta por el científico Jonathan Oppenheim.

Para poder medir la gravedad en el mundo cuántico o subatómico, es necesario conocer cómo interactúan las partículas subatómicas en el conjunto del continuo espacio-tiempo. Durante años (casi un siglo), los científicos han intentado hacer estos cálculos, pues la idea es unificar tanto la relatividad como la física cuántica. El gran problema es que la masa de las partículas subatómicas es diminuta y su interacción en el espacio-tiempo es muy débil. Por lo tanto, medir la gravedad en el mundo cuántico era todo un problema. Hasta ahora.

¿Cómo medir la gravedad en el mundo cuántico?

La proeza la llevó a cabo un grupo de científicos de la Universidad de Southampton (Inglaterra). Aunque se trata de un desafío al que se han enfrentado numerosos expertos de centros de alto nivel como el CERN (Suiza) o el Laboratorio Fermi (EE.UU.). Estos dos centros han hecho grandes aportaciones a la ciencia, como el descubrimiento del bosón de Higgs.

Lo que los científicos de la Universidad de Southampton han hecho es, en pocas palabras, identificar el nivel gravitacional de una partícula, para saber y comprender cómo interactúa en el mundo cuántico. Como ya adelantamos, esto algo muy difícil. Sin embargo, se trata de un pequeño paso que nos coloca cada vez más cerca de la famosa teoría del todo.

Para poder medir la gravedad en el mundo cuántico, los científicos han tenido que ser muy ingeniosos. Lo que hicieron fue emplear un método para medir la interacción gravitatoria de una partícula de 0,43 mg. Una partícula que se introdujo en un campo magnético muy potente y generado a través de imágenes superconductoras. La partícula de 0,43 mg es relativamente grande, aunque no lo suficiente, pues tiene efectos en el mundo cuántico. Se trata, de momento, de un experimento con miras a expandirse en el futuro para poder, con ello, medir partículas todavía más pequeñas.

El descubrimiento permite a los científicos comenzar a comprender las reglas que rigen al mundo cuántico, pero todavía queda mucho camino por recorrer y hay cosas todavía desconocidas para nosotros. ¿Y cuál es el objetivo de estas mediciones? Además de comprender el modo en el que interactúan las partículas subatómicas, la idea es poder comprender qué ocurrió en los primeros instantes desde la creación del universo. Estas mediciones también permitirán entender qué ocurre en el interior de los agujeros negros e, incluso, unificar todas las interacciones que ocurren en la naturaleza. En otras palabras, poder formular la teoría del todo.