08 de agosto 2011 por Amanda Gefter

Una teoría de la realidad más allá del universo de Einstein está tomando forma, y una misteriosa señal cósmica pronto podría llenar los espacios en blanco

No hace mucho tiempo pensábamos que el espacio y el tiempo eran los andamios absolutos e inmutables del universo. Entonces llegó Albert Einstein, quien demostró que diferentes observadores pueden discrepar acerca de la extensión de los objetos y la duración de eventos. Su teoría de la relatividad del espacio y el tiempo unificó en una sola entidad - el espacio-tiempo. Es decir la forma en que pensamos sobre el tejido de la realidad no sería el mismo otra vez. ´´A partir de entonces el espacio por sí mismo, y el tiempo por sí mismo, están condenados a desvanecerse en meras sombras´´, declaró el matemático Hermann Minkowski. ´´Sólo una especie de unión de los dos conservaría una realidad independiente´´.

Pero, ¿la revolución de Einstein fue suficientemente lejos? El físico Lee Smolin del Instituto Perímetro de Física Teórica en Waterloo, Ontario, Canadá, no lo cree así. Él y un trío de colegas con el objetivo de tomar la relatividad a un nivel completamente nuevo, tienen al espacio-tiempo en la mira. Ellos dicen que necesitamos olvidarnos el hogar inventado por Einstein para nosotros en su lugar, nosotros vivimos en un sitio llamado espacio fase.

Si esta afirmación radical es cierta, se podría resolver una paradoja preocupante acerca de los agujeros negros que ha dejado perplejos a los físicos durante décadas. Lo que es más, podría ponerlos en el camino hacia el deseo de su corazón: una ´´teoría del todo´´ que finalmente una la relatividad general y mecánica cuántica.

Entonces, ¿qué es el espacio fase? Se trata de un curioso mundo octo-dimensional que combina las conocidas cuatro dimensiones de espacio y tiempo y un mundo de cuatro dimensiones llamado espacio momento.

El espacio momento, no es tan extraño como suena de primera. Cuando miras el mundo que te rodea, dice Smolin, no siempre observas el espacio o el tiempo - en su lugar ves la energía y el momento (impulso). Cuando miras tu reloj, por ejemplo, los fotones rebotan en la superficie y llegan a tu retina. Mediante la detección de la energía y el momento de los fotones, el cerebro reconstruye los hechos en espacio y tiempo.

Lo mismo puede decirse de los experimentos de física. Dentro de aceleradores de partículas, los físicos miden la energía y el impulso de las partículas a medida que aceleran una hacia la otra y chocan entre sí, y la energía y el impulso de los desechos que salen volando. Del mismo modo, los telescopios miden la energía y el impulso de los fotones de emitidos desde los confines del universo. ´´Si uno va por lo que observamos, no vivimos en el espacio-tiempo´´, dice Smolin. ´´Vivimos en el espacio de momentos.´´

Y así como el espacio-tiempo se puede representar como un sistema de coordenadas con el tiempo en un eje y el espacio - en sus tres dimensiones condensadas a una - en el otro eje, lo mismo es cierto para el espacio momento. En este caso la energía se encuentra en uno de los ejes y el momento - que, como el espacio, tiene tres componentes - está en el otro (ver diagrama).





Simples transformaciones matemáticas existen para convertir las mediciones en este espacio de momentos a mediciones en el espacio-tiempo, y el juicio común es que el espacio de momentos es una herramienta matemática simple. Después de todo, Einstein demostró que el espacio-tiempo es la verdadera arena de la realidad, en el que se juegan los dramas del cosmos.

Smolin y sus colegas no son los primeros que se preguntan si esa es la historia completa. Ya en 1938, el físico alemán Max Born avisó que varias ecuaciones fundamentales de la mecánica cuántica son las mismas si se expresan en coordenadas espacio-temporales o en coordenadas de espacio-momento. Se preguntó si sería posible utilizar esta conexión para unir las teorías aparentemente incompatibles de la relatividad general, que se ocupa el espacio-tiempo, y la mecánica cuántica, cuyas partículas tienen momento y energía. Tal vez podría proporcionar la clave de la teoría largamente buscada de la gravedad cuántica.

La idea de Born de que el espacio-tiempo y el espacio-momento deberían ser intercambiables - una teoría ahora conocida como la ´´reciprocidad Born´´ - tuvo una consecuencia notable: si el espacio-tiempo puede ser curvado por las masas de estrellas y galaxias, como la teoría de Einstein mostró, entonces, debería ser posible curvar el espacio-momento también.

A su vez no estaba claro qué tipo de entidad física podría curvar el espacio-momento, y las matemáticas necesarias para proponer una idea ni siquiera se habían inventado. Así que Born nunca cumplió su sueño de poner el espacio-tiempo y el espacio-momento en igualdad de condiciones.

Ahí es donde Smolin y sus colegas entran en la historia. Juntos con Laurent Freidel, también en el Instituto Perimeter, Jerzy Kowalski-Glikman en la Universidad de Wroclaw, Polonia, y Giovanni Amelino-Camelia en la Universidad Sapienza de Roma, en Italia, Smolin ha estado investigando los efectos de una curvatura del espacio-momento.

El cuarteto tomó las reglas de la matemática estándar para interpretar entre el espacio-momento y el espacio-tiempo y las aplicó a un espacio-momento curvado. Lo que descubrieron es impactante: los observadores que viven en un espacio de momentos curvados ya no estarían más en concordancia con las medidas realizadas en un sistema unificado de espacio-tiempo. Eso va totalmente en contra de la corriente de la relatividad de Einstein. Se ha demostrado que mientras que el espacio y el tiempo son relativos, el espacio-tiempo es el mismo para todos. Para los observadores en un espacio-momento curvo, sin embargo, incluso el espacio-tiempo es relativo (ver diagrama).





Esta falta de coincidencia entre las mediciones de espacio-tiempo de un observador y el otro crecen con la distancia o el tiempo, lo que significa que mientras que el espacio-tiempo en su vecindad inmediata será siempre bien definido, objetos y eventos a gran distancia se vuelven borrosos. ´´Cuanto más lejos estés y mayor energía esté involucrada, mayor parece extenderse el evento en el espacio-tiempo´´, dice Smolin.

Por ejemplo, si tú estás a 10 mil millones de años luz de una supernova y la energía de su luz es de unos 10 gigaelectronvoltios, entonces tu medida de su ubicación en el espacio-tiempo sería diferente de la de un observador local por un segundo luz. Eso puede no sonar a mucho, pero esto equivale a 300.000 kilómetros. Ninguno de los dos estaría mal - es sólo que las ubicaciones en el espacio-tiempo son relativas, un fenómeno que los investigadores han bautizado como ´´localidad relativa´´.

La localidad relativa asestaría un duro golpe a nuestra imagen de la realidad. Si el espacio-tiempo ya no es un telón de fondo invariable del universo en el que todos los observadores están de acuerdo, ¿en qué sentido puede ser considerado como el verdadero tejido de la realidad?

Ese es un cuestionamiento todavía por enfrentar, pero en la localidad relativa tiene sus ventajas, también. Por un lado, podría arrojar luz sobre un enigma obstinado conocido como “paradoja de la pérdida de información en el agujero negro”. En la década de 1970, Stephen Hawking descubrió que los agujeros negros irradian hacia afuera sus masas, con el tiempo se evaporan y desaparecen por completo. Lo cual plantea una pregunta intrigante: ¿qué pasa con todo el material que cayó en el agujero negro en el primer lugar?

La relatividad previene que cualquier cosa que cae en un agujero negro se escape, porque tendría que viajar más rápido que la luz para hacerlo - un límite de velocidad cósmica que se aplica estrictamente. Pero la mecánica cuántica impone su propia ley estricta: las cosas, o más precisamente la información que contienen, no puede simplemente desaparecer de la realidad. La evaporación de un agujero negro pone a los físicos entre la espada y la pared.

Según Smolin, la localidad relativa salva el día. Supongamos que eres lo suficientemente paciente como para esperar a que un agujero negro se evapore, un proceso que podría tardar miles de millones de años. Una vez que ha desaparecido, te podrías preguntar qué ocurrió, por ejemplo, a un elefante una vez que sucumbió a su agarre gravitatorio. Pero al mirar de nuevo a la hora en que se pensó que el elefante había caído dentro, te encontrarías que las posiciones en el espacio-tiempo se habían vuelto tan difusas e inciertas que no habría forma de saber si el elefante en realidad cayó en el agujero negro o estrechándose se perdió. La paradoja de la información perdida se disuelve.

Grandes preguntas todavía permanecen. Por ejemplo, ¿cómo podemos saber si el espacio de momentos es realmente curvo? Para encontrar la respuesta, el equipo ha propuesto varios experimentos.

Una idea es mirar la luz que llega a la Tierra desde lejanos estallidos de rayos gamma. Si el espacio-momento se curva de una manera particular que los matemáticos llaman ´´no-métrico´´, entonces, un fotón de alta energía en el estallido de rayos gamma debería llegar a nuestro telescopio un poco más tarde que un fotón de menor energía de la misma explosión, a pesar de ser emitidos ambos al mismo tiempo.

Sólo ese fenómeno ya se ha visto, a partir de algunas observaciones inusuales tomadas por un telescopio en las Islas Canarias en 2005. El efecto ha sido confirmado por el telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi de la NASA, el cual ha estado recolectando la luz de las explosiones cósmicas desde su creación en 2008. ´´Los datos de Fermi muestran que es un hecho innegable experimental que existe una correlación entre el tiempo de llegada y la energía – los fotones de alta energía llegan más tarde que los fotones de baja energía´´, dice Amelino-Camelia.

Sin embargo, no está haciendo estallar el champán por el momento. No está claro si los retrasos observados son verdaderamente las firmas de espacio-momentos curvos, o si se han retrasado por ´´propiedades desconocidas de las propias explosiones´´, como Amelino-Camelia dice. Los cálculos de los estallidos de rayos gamma idealizan las explosiones como instantáneas, pero en realidad duran varios segundos. Aunque no hay una razón obvia para pensar así, es posible que las explosiones se produzcan de tal manera que emitan fotones de baja energía un segundo o dos antes que los fotones de alta energía, lo que explicaría los retrasos observados.

Con el fin de desentrañar las propiedades de las explosiones desde las propiedades de la localidad relativa, necesitamos una amplia muestra de explosiones de rayos gamma que tengan lugar en diferentes distancias conocidas (arxiv.org/abs/1103.5626). Si el retraso es una propiedad de la explosión, su duración no dependerá de lo lejos que la explosión esté de nuestro telescopio si es un signo de la localidad relativa, variará. Amelino-Camelia y el resto del equipo de Smolin están ansiosamente esperando más datos del Fermi.

Las preguntas no terminan ahí, sin embargo. Aunque las observaciones del Fermi confirmen que el espacio-momento es curvo, todavía no nos dicen lo que es lo que está haciendo la curva. En la relatividad general, es el momento y la energía en forma de masa los que deforman el espacio-tiempo. En un mundo en el que el espacio-momento es fundamental, podrían espacio y tiempo de alguna manera ser responsables de la curvatura espacio-momento?

El trabajo de Shahn Majid, un físico matemático en la Universidad Queen Mary de Londres, podría tener algunas pistas. En la década de 1990, mostró que el espacio-momentos curvo es equivalente a lo que se conoce como un espacio-tiempo no conmutativo. En el espacio-tiempo conocido, las coordenadas conmutan - es decir, si queremos llegar al punto de coordenadas (x, y), no importa si tomamos “x” pasos a la derecha y luego “y” pasos hacia adelante, o si viajamos “y” pasos hacia adelante seguidos por “x” pasos hacia la derecha. Sin embargo, los matemáticos pueden construir espacios-tiempos en los que este orden ya no se sostiene, dejando el espacio-tiempo con una falta de claridad inherente.

En cierto sentido, dicha falta de claridad es exactamente lo que cabría esperar una vez que los efectos cuánticos se afiancen. Lo que hace diferente a la mecánica cuántica de la mecánica ordinaria es el principio de incertidumbre de Heisenberg: cuando tu fijas el momento de una partícula - mediante la medición de ella, por ejemplo - entonces su posición llega a ser totalmente incierta, y viceversa. El orden en el que mides la posición y el momento determina sus valores en otras palabras, estas propiedades no conmutan. Esto, dice Majid, implica que el espacio-momento curvo es solo espacio-tiempo cuántico en otra manera.

Es más, Majid sospecha que esta relación entre la curvatura y la incertidumbre cuántica trabaja de dos formas: la curvatura del espacio-tiempo - una manifestación de la gravedad en la relatividad de Einstein - implica que el espacio-momento es cuántico. Smolin y el modelo de sus colegas todavía no incluyen la gravedad, pero una vez que lo hagan, dice Majid, los observadores no concordaran en las mediciones en el espacio-momento cualesquiera. Así que si el espacio-tiempo y el espacio-momento son relativos, ¿Dónde reside la realidad objetiva? ¿Cuál es el verdadero tejido de la realidad?

La corazonada de Smolin es que nos encontraremos en un lugar donde el espacio-tiempo y el espacio-momento se reúnen: un espacio de fases de ocho dimensiones que representa todos los valores posibles de posición, tiempo, energía y momento. En la relatividad, lo que un observador ve como espacio, otros lo miran como tiempo y viceversa, porque en última instancia, son las dos caras de una misma moneda - un sistema unificado de espacio-tiempo. Del mismo modo, en la imagen de la gravedad cuántica de Smolin, lo que un observador ve como espacio-tiempo otro lo ve como espacio-momento, y los dos están unificados en un espacio de fase superior-dimensional el cual es absoluto e invariable para todos los observadores. Con la relatividad golpeada a otro nivel, esta se despedirá de ambas espacio-tiempo y espacio-momento, y saludará al espacio-fase.

´´Ha sido evidente desde hace mucho tiempo que la separación entre el espacio-tiempo y energía-momento es engañosa cuando se trata de gravedad cuántica´´, dice el físico João Magueijo del Imperial College de Londres. En la física ordinaria, es bastante fácil tratar el espacio-tiempo y el espacio-momento como cosas separadas, explica, ´´pero la gravedad cuántica puede requerir su completo enredo´´. Una vez que se averigüe cómo las piezas del rompecabezas del espacio-tiempo y el espacio-momento encajan entre sí, el sueño de Born finalmente se realizará y la verdadero soporte de la realidad será revelado.


Bibliografía

El principio de localidad relativa por Giovanni Amelino-Camelia y otros (arxiv.org/abs/1101.0931)

Amanda Gefter es asesor de la revista New Scientist con sede en Boston.



Fuente: newscientist.com

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Fue un poco largo pero me pareció bastante interesante todo. Por ahí hare otro thread más adelante relacionado con algo mencionado en éste.

Se vienen los viajes en el tiempo, los alas X y las voyagers!!!

yo lo que quisiera es saber como ´´dja´´ aparece de un color y ´´vu´´ de otro...

PD: sos mod o admin dja-vu?

4000vueltas escribió:
yo lo que quisiera es saber como dja aparece de un color y u de otro...

PD: sos mod o admin dja-vu?


es un bug de la sdxmatrix, identifica dos nicks cuando hay un guión de por medio.
Y no soy ni mod, ni admin, ni nada, que te hizo pensar eso?

Please! Alguien que me diga de dónde consiguen estos físicos y matemáticos lo que fuman... alto flasheo

escribió:

4000vueltas escribi�:
yo lo que quisiera es saber como dja aparece de un color y u de otro...

PD: sos mod o admin dja-vu?
es un bug de la sdxmatrix, identifica dos nicks cuando hay un gui�n de por medio.Y no soy ni mod, ni admin, ni nada, que te hizo pensar eso?

Pensé que a lo mejor era cosa de admihackers...
Saludos! Me gustan tus hilos!

Bienvenido al espacio-fase buk

escribió:
Bienvenido al espacio-fase bukwww.youtube.com/watch?v=FKb7e7v-wFI&feature=related


Jeezus!!!