espuma espacio-temporal

Los electrones en una película ultralimpia de arseniuro de galio se comportan como una multitud en una encrucijada donde la dirección la marca la inclinación del campo magnético. Con inclinación cero, forman un líquido compresible de fermiones compuestos, partículas formadas por un electrón y un par de vórtices.

La construcción espacial hoy en día es un costoso trajín con piezas prefabricadas: cada panel debe subirse desde la Tierra y luego ensamblarse en ingravidez, como un juguete de construcción con guantes gruesos. Los ingenieros del nuevo estudio proponen otro camino: ni transportar ni imprimir, sino dejar que el líquido modele la estructura por sí mismo.

El espacio no es vacío, sino un mosaico de celdillas diminutas. En la gravedad cuántica de bucles, la curvatura del espacio-tiempo se traslada de una lámina lisa a una red de «átomos» de volumen: las redes de espín. Cada nodo de esa red es un cuanto de espacio, y los enlaces entre ellos son cuantos de área.

En los primeros instantes después del Big Bang, la transición de fase cósmica dividió el plasma caliente en regiones con diferentes vacíos — los estados de menor energía del campo.

Dentro de la supercomputadora, quince grumos de ondas estables —solitones— chocan para formar un halo de materia oscura. Estas ondas obedecen a la ecuación que a principios del siglo XX dedujo Erwin Schrödinger para los electrones, pero ahora dibujan el retrato de un gigantesco capullo galáctico.

Se suele pensar que un agujero negro es una aspiradora cósmica despiadada que succiona todo sin distinción. Pero una nueva investigación da vuelta la imagen: cerca del horizonte, la curvatura se convierte de trampa en trampolín.

Durante mucho tiempo, el horizonte de sucesos se comportó como un dictador cósmico: todo lo que cruzaba su frontera desaparecía irremediablemente de nuestro Universo. Pero la mecánica cuántica, como la voz de un disidente, susurraba: la información no puede desaparecer sin dejar rastro.

En los primeros instantes después del Big Bang, el universo se expandió a una velocidad vertiginosa. Este proceso se denomina inflación y suavizó todas las irregularidades, haciendo que el cosmos fuera homogéneo. Pero, ¿qué puso en marcha la propia inflación?

En la imagen heisenbergiana habitual, a bajas temperaturas los espines deben ordenarse en un patrón estricto. Pero hay cristales — por ejemplo, el pirocloro — donde la geometría impone su ley.

El horizonte de un agujero negro se asemeja a una película de jabón estirada sobre el abismo. Desde fuera parece perfectamente liso, pero de cerca tiembla. Esta ondulación nace de las fluctuaciones cuánticas: la creación y aniquilación continuas de partículas en el vacío.

La paradoja de los agujeros negros ha atormentado a los físicos durante décadas. Si el agujero desaparece, ¿a dónde va su contenido? Los descubrimientos de Stephen Hawking y Jacob Bekenstein demostraron que para salvar las leyes de la naturaleza se requiere un movimiento no convencional.

Un vaso vacío sobre la mesa parece confiable. Pero si en el fondo hay una microfisura, algún día se romperá, no con estrépito, sino silenciosamente, agrietándose en una telaraña de líneas. Así también el vacío: puede no ser verdadero, sino falso, temporalmente estable pero listo para transitar a un estado más profundo y real.

Justo después del Big Bang, el espacio podría haber vibrado por efectos cuánticos, como una cuerda. Al calmarse, esas oscilaciones habrían dejado una marca en la separación de las galaxias — el efecto memoria. La búsqueda de ese eco en los datos de telescopios no dio nada.

La cosmología lleva mucho tiempo buscando un resquicio detrás del Big Bang. La inflación, propuesta por Alan Guth, estira y alisa las irregularidades primordiales, pero ¿qué encendió la mecha?

El misterio de la energía oscura es un abismo. La teoría cuántica de campos predice una densidad 10¹²⁰ veces mayor que la observada. En el paisaje de cuerdas, este abismo cobra forma: una miríada de vacíos con diferente energía, y nosotros anidamos en uno de ellos.

El espacio-tiempo es como un cristal gigante. Las ondas gravitacionales, nacidas de colisiones de agujeros negros, no solo lo hacen temblar: dejan defectos imborrables: de borde, como si se hubiera insertado un plano extra de átomos en el cristal, y helicoidales, donde las capas se retuercen.

Una gota de crema cae en una taza de café y, en un minuto, toda la bebida se vuelve beige. Este proceso de mezcla se puede medir: ¿cuánto hay que "remover" una distribución de partículas para convertirla en otra? En matemáticas, este enfoque se llama transporte óptimo, y la medida del esfuerzo, distancia de Wasserstein.

Algunos agujeros negros son remanentes del Big Bang. Normalmente se desvanecen mediante una lenta fuga de radiación, predicha por Stephen Hawking.

Un montón de nieve crece siguiendo reglas estrictas: los copos que caen crean irregularidades, estas atraen más nieve y los bultos se hacen más grandes. Esta misma matemática describe el crecimiento de las ciudades, los patrones en la corteza de los árboles, las ondas en el agua y las acumulaciones de polvo cósmico.

En los primeros instantes después del Big Bang, el universo se expandió más rápido de lo que la luz podía cruzarlo. Ese crecimiento vertiginoso —la inflación— estiró las diminutas vibraciones cuánticas hasta el tamaño de galaxias enteras. Pero, ¿desde qué estado exactamente comenzaron esas vibraciones?

En una imagen de los pulmones se ve un árbol: el tronco es la tráquea, las ramas son los bronquios y las hojas, los alvéolos. Pero, ¿cómo se reparte el aire por esas ramas? Los científicos han construido un modelo computacional que reproduce la forma de los pulmones a partir de imágenes de tomografía computarizada.

El tiempo es como una carretera: de lejos parece perfectamente lisa, pero con mucho aumento se ven todas las grietas. Esas irregularidades son los temblores cuánticos del vacío que impiden medir con exactitud el camino recorrido. Los físicos construyeron un modelo de reloj cuyo funcionamiento se basa en la creación espontánea de partículas a partir del vacío.

En el mundo que conocemos hay tres dimensiones espaciales. Sin embargo, la física teórica admite la existencia de direcciones adicionales, ocultas a la observación directa, compactificadas, es decir, enrolladas hasta tamaños microscópicos.

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.