naturaleza cuántica de la gravedad

El haz de un reflector se pierde en la oscuridad, pero si lo seguimos hacia atrás, chocamos con la lámpara. Con la historia del universo quizás ocurre lo mismo: al rastrear su expansión hacia atrás, nos topamos con un comienzo. Los físicos tomaron el modelo más simple: un universo que se estira por igual en todas direcciones, como un cubo cuyos lados crecen.

El universo temprano se asemejaba a un caldero recalentado en el que bullían las fluctuaciones cuánticas (estallidos aleatorios de energía). En ese caos, como el vapor sobre el agua hirviendo, se condensó un campo especial: el escalar. Este se convirtió en el "motor" que hizo que el espacio se expandiera a una velocidad increíble.

Inmediatamente después del Big Bang, el espacio se enfrió de manera desigual. En algunos lugares pudieron formarse pliegues: hilos de energía increíblemente densos, finos como un cabello. Los físicos los llaman cuerdas cósmicas. Oscilan, chocan entre sí y emiten ondas gravitacionales: el temblor del propio espacio.

Dos pelotas lanzadas desde alturas diferentes caen al suelo con aceleraciones distintas. En el espacio todo es más complejo: incluso el vacío hace que los cuerpos se muevan de manera diferente.

Un cilindro de aluminio masivo, de una tonelada, cuelga en el vacío. Una onda gravitacional —una ondulación del espacio-tiempo— lo atraviesa, y la barra comienza a vibrar de manera casi imperceptible.

En la gran orquesta del universo, cada instrumento tiene su propio ritmo. Los electrones en el átomo realizan saltos cuánticos en femtosegundos, las neuronas del cerebro intercambian señales en milisegundos, y una persona necesita décimas de segundo para percibir el «ahora».

La explosión de una lejana supernova nos contó algo difícil de creer: el mundo se expande cada vez más rápido. El motor de esta aceleración es la energía oscura, casi el 70% de todo lo que existe.

El espacio en el que vivimos parece tridimensional. Pero cuando los físicos intentan reconciliar la gravedad con la mecánica cuántica, las dimensiones habituales comienzan a comportarse de manera extraña.

Borrar un solo bit significa liberar calor. Este descubrimiento de Rolf Landauer insinuó que la información no es material, pero tampoco ilusoria. Imagina que cada suceso proyecta una sombra: eso es la información, el conjunto de todas las posibilidades no realizadas.

Un agujero negro es como un pozo sin fondo. Puedes medir cuánta agua ha caído en él mirando el nivel desde fuera. Pero, ¿cómo saber la masa del agua si estás dentro del pozo? Algo así resuelven los autores del nuevo trabajo. Han construido una «balanza» para la masa contenida en una región limitada del espacio, por ejemplo alrededor del horizonte de un agujero negro.

Los conos de luz no tratan sobre la luz, sino sobre las fronteras en el espacio-tiempo que separan las causas de los efectos. Estos conos no son rígidos: un objeto masivo los curva, como una bola pesada que hunde una lámina elástica.

Un superconductor conduce la corriente sin resistencia, como agua que fluye por una tubería sin fricción. El secreto está en los pares de electrones: dos electrones se unen como una sola entidad, aunque normalmente se repelen. En un superconductor ordinario, los espines de los electrones en un par apuntan en direcciones opuestas: es el estado singlete.

El universo es un libro finito. Su expansión acelerada, alimentada por la energía oscura, pega las páginas distantes, convirtiéndolas en capítulos inaccesibles. La expansión acelerada traza un horizonte, como el de un agujero negro: lo que hay detrás se pierde.

A veces en las ecuaciones se cuela algo de más, como una tabla del suelo que chirría y no deja en paz a toda la casa. En la teoría de la gravedad, si se añaden a las ecuaciones los términos de curvatura al cuadrado (y esto es necesario para describir campos muy intensos), aparece una partícula fantasma: pesada, pero con energía…

Dos bolas colgadas de hilos oscilan una al lado de la otra. Cada una se mueve por su cuenta, pero entre ellas hay un vínculo invisible: la atracción de sus masas. Si la gravedad es cuántica, podría unirlas en un todo: tiras de una y la otra responde, sin tocarse.

En 2015, los detectores LIGO captaron la primera ráfaga de ondas gravitacionales: los astrónomos escucharon cómo dos agujeros negros colisionaban en lo profundo del espacio.

Imagina dos coros en salas insonorizadas sobre un escenario tambaleante. Cantan, pero no pueden oírse — el aire no transporta la melodía. Pero si el escenario tiembla, sus vibraciones conectan sus canciones. Esa es la idea detrás de una nueva prueba para la gravedad cuántica.

La gravedad es como un trampolín tensado: los cuerpos masivos lo hunden, haciendo que otros cuerpos rueden hacia ellos. Esta curvatura común del espacio — gravedad — actúa sobre todos, pero no transmite mensajes secretos.

Todo comenzó con diminutos centelleos cuánticos sobre el lienzo primigenio. La inflación — la expansión vertiginosa propuesta por Alan Guth — estiró esas pinceladas hasta el tamaño de las galaxias.

El gato de Schrödinger puede estar, según las leyes cuánticas, vivo y muerto a la vez. Pero con una mesa ese truco no funciona. Cuando un objeto masivo intenta estar en dos lugares, su masa curva tanto el espacio que en lugar de dos puntos aparece una profunda hondonada, y el objeto rueda hacia ella.

La imagen habitual: la gravedad siempre atrae. Pero si la masa se encuentra en superposición cuántica —es decir, en dos puntos a la vez, como un objeto en una fotografía de doble exposición—, todo se invierte.

Pelotas pesadas sobre una cama elástica hunden la tela y sus hendiduras entrelazan los caminos. Así funciona la gravedad: dos partículas masivas curvan el espacio y sienten la influencia mutua. Los científicos construyeron un montaje donde las partículas, guiadas por señales cuánticas, van por dos caminos a la vez.

La gravedad siempre atrae: una manzana cae hacia abajo, los planetas giran en órbitas. Pero colocando la fuente de gravedad en dos lugares a la vez, se puede lograr lo contrario. Los físicos han propuesto un experimento: un cuerpo masivo se lleva a un estado cuántico, difuminándolo por el espacio como una nube.

Un átomo excitado por la luz devuelve la energía en un instante: emite un fotón. Este proceso se parece a un corredor cansado que se deshace de una carga. Pero si el corredor está en la ladera de una montaña, le cuesta más acelerar. La gravedad actúa sobre el átomo de manera similar: cerca de un cuerpo masivo, el tiempo fluye más lento y el átomo emite de forma distinta.

Los agujeros negros rara vez están en completo aislamiento. A menudo están envueltos en nubes invisibles de partículas hipotéticas de materia oscura, tan ligeras que solo sienten la interacción gravitatoria, casi sin chocar entre sí ni con la materia ordinaria.

Dos esferas masivas en el vacío cósmico. Empuje una y la otra sentirá el empujón solo un instante después: la influencia gravitatoria viaja, como el eco de un grito en las montañas, con un inevitable retraso. Así es como el espacio curvado transmite la señal localmente, paso a paso; esto fue predicho por Einstein.

Una cascada no pregunta si estás listo para saltar. Su corriente se acelera y, en cierto punto, ni siquiera la luz puede escapar. El agujero negro de McVittie es una cascada así, pero no en un río común, sino en un universo en expansión: aquí el agua es el propio espacio, que se estira continuamente, alejando las galaxias unas de otras.

Dos recipientes con agua a diferentes temperaturas están separados por una membrana delgada. Mientras la membrana esté intacta, cada recipiente vive su propia vida: en uno el agua está caliente, en el otro helada. Pero basta con retirar la membrana para que las temperaturas comiencen a igualarse y, al final, ambos recipientes alcancen el mismo estado.