Telescopios de NASA ponen límites a la «espuma» cuántica del espacio-tiempo
1/6/2015 de Chandra / The Astrophysical Journal
Arriba: las observaciones en rayos X de seis cuásares, a distancias de miles de millones de años-luz para estudiar modelos de la suavidad y la estructura del espacio-tiempo, descartan un modelo según el cual los fotones se difunden aleatoriamente a través del espacio-tiempo de modo similar a como la luz se dispersa a través de la niebla. Las detecciones de cuásares lejanos en longitudes de onda más cortas, de rayos gamma con Fermi y aún más cortas con VERITAS demuestran que un segundo modelo, llamado modelo holográfico, con menos dispersión tampoco funciona. Abajo: ilustración de artista que muestra el aspecto posible de la estructura espumosa del espacio-tiempo, mostrando burbujas diminutas billones de veces más pequeñas que el núcleo de un átomo y que están fluctuando constantemente, durando sólo fracciones infinitesimales de segundo. Crédito: NASA/CXC/FIT/E.Perlman et al; ilustración: NASA/CXC/M.Weiss.
Un equipo de científicos ha empleado observaciones en rayos X y rayos gamma de algunos de los objetos más lejanos del Universo para comprender mejor la naturaleza del espacio y el tiempo. Sus resultados ponen límites a la naturaleza cuántica, o «espumosidad», del espacio-tiempo a escalas extremadamente diminutas.
A las escalas de distancias y de tiempo más pequeñas que podemos medir, el espacio-tiempo – esto es, las tres dimensiones del espacio más el tiempo- parece ser liso y sin estructura. Sin embargo, ciertos aspectos de la mecánica cuántica, la teoría altamente exitosa que los científicos han desarrollado para explicar la física de los átomos y las partículas subatómicas, predice que el espacio-tiempo no debería de ser liso. Al contrario, tendría una naturaleza espumosa, variable y consistiría en muchas regiones pequeñas siempre cambiando en las cuales el espacio y el tiempo ya no están definidos sino que fluctúan.
«Un modo de pensar en la espuma del espacio-tiempo es como si volaras en avión sobre el océano, parece completamente liso. Sin embargo, si bajas lo suficiente ves las olas, y aún más cerca ves la espuma con burbujas diminutas que están fluctuando constantemente», comenta el director del estudio Eric Perlman del Florida Institute of Technology en Melbourne. «Y lo que es más extraño, las burbujas son tan diminutas que incluso a escalas atómicas estamos intentando verlas desde un avión que vuela muy alto».
La escala predicha para la espuma del espacio-tiempo es la cienmillonésima parte del diámetro del núcleo del átomo de hidrógeno, así que no puede detectarse directamente. Sin embargo, si el espacio-tiempo posee realmente una estructura espumosa hay límites a la precisión con la que pueden medirse distancias ya que el tamaño de las muchas burbujas cuánticas a través de las que pasa la luz fluctuará. Dependiendo del modelo de espacio-tiempo empleado, estas incertidumbres en las distancias deberían de acumularse a ritmos diferentes a medida que la luz recorre las grandes distancias cósmicas.
Los investigadores emplearon observaciones en rayos X y rayos gamma de cuásares muy lejanos- fuentes de luz producidas por material que cae hacia un agujero negro supermasivo – para comprobar modelos de la espuma del espacio-tiempo. «Encontramos que nuestros datos pueden descartar dos modelos diferentes de la espuma del espacio-tiempo», afirma Jack Ng de la Universidad de Carolina del Norte. «Podemos concluir que el espacio-tiempo es menos espumoso de lo que predicen algunos modelos». Los datos en rayos X y gamma demuestran que el espacio-tiempo es liso hasta distancias 1000 veces menores que el núcleo del átomo de hidrógeno.
