¿Puede que haya sido al fin resuelto: Error de Einstein

La constante cosmológica ha afectado a los físicos durante más de un siglo. Ahora, un suizo puede tener la respuesta a todas las dudas

Rectificar es de sabios, o eso dicen, más aún en todo lo que se refiere al universo, del que desgraciadamente aún sabemos más bien poco. Hacia 1913 Albert Einstein descubrió que relacionando la curvatura del espacio con la de la energía podía explicar la gravedad. En su momento presentó un conjunto de ecuaciones (conocidas en la actualidad como ecuaciones del campo de Einstein) que se convirtieron en el marco de su teoría de la relatividad y explicaban cómo la materia y la energía deforman el tejido del espacio y el tiempo para crear la fuerza de la gravedad.

En ese momento, tanto Einstein como los astrónomos acordaron que el universo tenía un tamaño fijo y que el espacio entre las galaxias no cambiaba (algo que hoy sabemos que es mentira). Cuando aplicó la relatividad general al universo en su conjunto, sin embargo, su teoría predijo un universo inestable que se expandiría o se contraería. ¿Cómo obligar, entonces, al universo a ser estático? Fácil: añadió la constante cosmológica, según explica Live Science. La constante cosmológica es el factor de proporcionalidad de un término adicional en las ecuaciones del campo gravitatorio. Serviría para contrarrestar la atracción gravitatoria de la materia.

Pero este modelo era inestable, y por ello casi una década después el físico Edwin Hubble descubrió lo que ya sabemos en la actualidad: que el universo no es estático, sino que se está expandiendo. La luz de las galaxias distantes mostró que todo se aleja y, por tanto, contradecía el modelo de Einstein. Esta revelación persuadió al físico a abandonar la constante cosmológica de sus ecuaciones. Según cuenta la historia, confesó que su introducción de esta constante fue quizás su mayor error.

Un error bastante acertado

En 1998 las observaciones de supernovas distantes mostraron que el universo no solo se expande, sino que la expansión se está acelerando, como si una fuerza desconocida separara las galaxias. Los físicos llamaron entonces a ese fenómeno enigmático "energía oscura", una forma de energía que estaría presente en todo el espacio produciendo una presión que es la que tiende a acelerar la expansión del universo, resultando en una fuerza gravitacional repulsiva que aportaría prácticamente el 70% de la masa-energía total del universo. Es una constante que aún no se entiende y desentrañarla es uno de los principales rompecabezas de la física moderna. Lo más irónico de todo es que, al descubrirla, se volvió a introducir esa constante cosmológica que había sido olvidada. En el modelo estándar actual de cosmología (ACDM), la constante cosmológica es intercambiable con la energía oscura.

Se trata de un modelo fenomenológico estupendo que, sin embargo, no puede explicarse en la actualidad. Se cree que esta constante cosmológica representa lo que los físicos llaman "energía de vacío". La teoría del campo cuántico afirma que incluso en un vacío de espacio que se encuentra completamente vacío, las partículas virtuales aparecen y desaparecen creando energía, una idea que podría parecer absurda si no fuera porque se ha observado experimentalmente. Sin embargo, el problema surge cuando los físicos intentan calcular su contribución a la constante cosmológica, entonces el resultado difiere formando la mayor discrepancia entre teoría y experimento en toda la historia de la física.

¿Un nuevo hallazgo?

Como es lógico, la disparidad ha causado que algunos físicos duden de las ecuaciones de gravedad originales de Einstein y algunos incluso han sugerido modelos alternativos, pero la teoría de la relatividad general tiene muchas evidencias frente a estos nuevos enfoques, que han sido descartados. Sin embargo, alguien parece estar por la labor de desentrañar este misterio: Lucas Lombriser, profesor asistente de física teórica en la Universidad de Ginebra en Suiza, que ha introducido una nueva forma de evaluar las ecuaciones de gravedad de Einstein con el fin de encontrar un valor para la constante cosmológica que coincida estrechamente con su valor observado. En otras palabras, tiene un nuevo enfoque.

"El mecanismo que propongo no modifica las ecuaciones", explicó. "Solo agrega una ecuación adicional sobre ellas". La constante gravitacional que se usó por primera en las leyes de la gravedad de Isaac Newton (a su vez una parte esencial de las ecuaciones de campo de Einstein) describe la magnitud de la fuerza gravitacional entre los objetos y se considera una de las constantes fundamentales de la física que no ha cambiado jamás, desde el comienzo del universo. Sin embargo, en la modificación de la relatividad general de Lombriser, puede cambiar, en esta teoría nueva la constante permanece igual dentro de nuestro universo observable pero podría variar más allá. Sugiere un escenario con infinidad de multiversos donde podrían existir parches del universo invisibles para nosotros que tendrían valores diferentes para las constantes fundamentales.

Y hay buenas noticias. Esta variación de la gravedad le dio a Lombriser una ecuación adicional que relaciona la constante cosmológica con la suma promedio de la materia a través del espacio-tiempo. Después de que contabilizó la masa estimada de todas las galaxias, estrellas y materia oscura del universo, pudo resolver esa nueva ecuación para obtener un nuevo valor para la constante cosmológica, una que está muy de acuerdo con las observaciones. Usando un nuevo parámetro que expresa la fracción del universo hecha de materia oscura, descubrió que el universo estaría compuesto por aproximadamente un 74% de energía oscura, un número que coincide con el valor anteriormente estimado a partir de las observaciones.

A pesar de ello y de que las estimaciones, por ahora, parecen augurar algo bueno, es pronto para saber si Lombriser podrá resolver el problema cosmológico constante. Quizá en el futuro, si los experimentos de otras teorías validan sus ecuaciones, podrá probarse, y eso significaría un gran salto en nuestra comprensión de la energía oscura y se podrá promocionar una herramienta para resolver otros misterios cósmicos. Cruzaremos los dedos.

Fuente: madrimasd.org

Este hombre ha cazado al gato más famoso de la física

De todos los animales imaginarios de la ciencia, el gato de Schrödinger es posiblemente el más famoso. Ese felino que está vivo y muerto a la vez hasta que alguien lo comprueba sirvió para analizar los principios básicos de la mecánica cuántica. Uno de ellos dice que una partícula puede estar en dos estados diferentes al mismo tiempo, como el gato que vive y está muerto a la vez. Durante décadas, aquel gato ideado por Erwin Schrödinger en 1935 no fue más que un ejercicio mental. Tuvieron que pasar dos generaciones de físicos para que naciera el hombre capaz de atraparlo. Ese hombre es el francés Serge Haroche. Durante el banquete de la gala de los premios Nobel en 2012, Haroche no dudó en explicar que él y su colega estadounidense David Wineland habían ganado el prestigioso galardón por "crear una versión en miniatura del famoso gato". En concreto, lo que Haroche había logrado era cumplir un sueño perseguido por el mismísimo Albert Einstein. A principios del siglo XX, el genio alemán había predicho algunas de las propiedades de los fotones. El fotón era como un superhéroe de la física: una partícula y una onda a la vez, podía estar en dos lugares al mismo tiempo y si se lo intentaba detener, desaparecía. En dos experimentos fundamentales en 1996 y 2006, Haroche y su equipo atraparon por primera vez fotones en una trampa magnética y pudieron observarlos durante fracciones de segundo, todo un récord.

Domar a ese gato de Schrödinger en miniatura que es el fotón puede traer una nueva generación de comunicaciones y computación cuántica virtualmente imposibles de espiar o hackear. Esa posibilidad es especialmente interesante tras las revelaciones de que los gobiernos espían a millones de personas en Internet. La física cuántica también promete crear capas de invisibilidad o teletransportación, "aunque todo tiene sus límites", advierte Haroche.

"No podremos teletransportar objetos macroscópicos", explica Haroche, que ha visitado Madrid para impartir una conferencia en el Instituto Francés. De hecho, el Nobel considera que los ordenadores cuánticos, basados en superposiciones de estados (vivos y muertos a la vez) en lugar de en ceros y unos como en la actualidad, están aún lejos. "Todo el mundo habla del ordenador cuántico, pero yo no creo que vaya a ser realidad en el futuro próximo", comenta.

"Las leyes de la cuántica se pueden usar para comunicarse sin que sea posible espiar, ni siquiera usando un ordenador cuántico", reconoce Haroche. "Esta es la razón por la que hay gobiernos y agencias interesadas en desarrollar este tipo de investigaciones". Tras las revelaciones de que la NSA de EE.UU. espiaba los datos de millones de personas en Internet, se supo hace unos meses que la misma agencia lleva tiempo desarrollando un ordenador cuántico. Pero Haroche señala que a pesar del interés incipiente por esta nueva tecnología, posiblemente el tiro les salga por la culata, porque las aplicaciones de las propiedades cuánticas pueden ser totalmente inesperadas. "Lo que nos interesa ahora de este campo no es necesariamente lo que traiga adelantos en el futuro. Si miramos atrás, la mayoría de los adelantos tecnológicos no han sido predecibles. La investigación básica descubre nuevos fenómenos y la forma en la que se usan es impredecible. Todas las aplicaciones de los láseres, las resonancias magnéticas, los relojes atómicos, todas son aplicaciones que nadie predijo", advierte el francés.

Una de las aplicaciones 'inesperadas' podría surgir de la llamada simulación cuántica. "Es un simulador cuántico porque usa sistemas cuánticos para imitar lo que sucede en el mundo real. Esto nos puede mostrar cómo construir y sintetizar nuevos materiales", explica el físico. La simulación cuántica pone "átomos o fotones en una forma determinada e imita su comportamiento en un objeto sólido real, pero a escala diferente. En un objeto sólido los átomos pueden estar a una distancia de una diez mil millonésima parte de un metro. Aquí podemos ponerlos a distancias 1.000 o 10.000 veces mayores, controlar sus interacciones y observar lo que sucede, que es lo mismo que pasa en ciertos materiales reales que no podemos observar a ese detalle", explica.

EL FUTURO DE LA ENERGÍA

¿Y para qué servirán esos materiales? Por ejemplo, para generar superconductores a temperatura de ambiente. Esto, a su vez, tendría beneficios evidentes en la vida cotidiana, detalla Haroche. "La superconductividad a temperatura ambiente permitiría transportar electricidad sin tener ninguna pérdida. Tendría un impacto enorme en el terreno de la energía". A sus 69 años, Haroche dice que el Nobel ha cambiado su vida porque ahora le llaman los periodistas y le preguntan por física cuántica, algo que le podía parecer impensable hasta hace solo unos años. Por lo demás, a parte de viajar por el mundo dando conferencias, su equipo del College de France sigue perfeccionando sus trampas para esos gatos en miniatura que son los fotones.

"Estamos intentando hacerlo mejor. Preparar estados de unos cuantos fotones que se llaman estados no clásicos, es decir, que exhiben propiedades cuánticas. Esos estados son muy frágiles, así que intentamos protegerlos para mantener sus propiedades cuánticas por el mayor tiempo posible", comenta. ¿Y por qué los fotones son como el gato? Los fotones mantienen "la superposición de dos estados que tienen diferentes propiedades e intentamos mantener esa ambigüedad cuántica el mayor tiempo posible". Así, aunque atrapado, el gato sigue estando vivo y muerto a la vez.