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¿Es el espacio-tiempo un fluido?

¿Es el espacio-tiempo un fluido?
¿Es el espacio-tiempo un fluido?

Estudian el efecto de la viscosidad y disipación en un hipotético espacio-tiempo fluido como propuesta a una teoría cuántica de la gravedad.

Como ya saben todos nuestros lectores, hay un gran problema en la Física Moderna: no tenemos una teoría cuántica de gravedad.

Tenemos la teoría cuántica que nos permite explicar bien los objetos muy pequeños y la Relatividad General que nos permite estudiar todo el Universo y las interacciones gravitatorias.

Es como si los físicos hablaran dos idiomas muy distintos al describir los fenómenos físicos.

Pero si tenemos algo pequeño sujeto a una gran gravedad, como durante el Bi Bang, no podemos describirlo adecuadamente.

Desde hace bastante más de medio siglo se persigue la construcción de una teoría cuántica de la gravedad sin mucho éxito y, lo que es peor, las propuestas que se presentan están muy alejadas de la comprobación experimental.
La gran inversión humana y económica realizada en las cuerdas ha incluso retrasado el avance en este campo.

Sin embargo en los últimos años ha habido algunas propuestas interesantes.

Ahora vamos a ver una de ellas.

La Relatividad General es una teoría clásica (no cuántica) que habla de la gravedad en un lenguaje de métricas del espacio tiempo.

Lo que sentimos como gravedad no es más que un espacio curvado por la presencia de materia.

La gravedad está, por tanto, ligada a la estructura del espacio-tiempo. Así que una teoría cuántica de la gravedad también lo debe de estar.

A la escala de Planck de los 10-33 cm el espacio-tiempo tiene que tener algún tipo de textura, pero no sabemos exactamente cuál.

Las distintas propuestas de teorías cuánticas de la gravedad postulan una textura en concreto.

Se suele asumir que a esas distancias el espacio-tiempo no es continuo, sino discreto. Habría algo así como unos “átomos de espacio”.

Sería algo parecido a lo que ocurre con la materia. A cierta escala esta hecha de átomos que se rigen por la Mecánica Cuántica, pero a escala humana la materia tiene apariencia continua y una descripción clásica.


De este modo, el propio espacio o el espacio-tiempo podría ser una propiedad emergente.

Algo que no está en cada unos de sus componentes, sino que surge de la interacción de todos ellos entre sí.

En muchos casos la relatividad especial es violada a esas escalas (ruptura de la invarianza Lorentz).

Una posibilidad es que el espacio-tiempo sea una especie de fluido o líquido y la Relatividad General no sería más que un análogo a la Hidrodinámica, que describe la dinámica de los líquidos desde el punto de vista clásico a escala, ignorando el comportamiento de los átomos o moléculas individuales.

Por esta razón, al ser una aproximación clásica a gran escala, la Relatividad General no dice nada de los componentes discretos del espacio-tiempo.

El espacio-tiempo sería entonces un fenómeno emergente de la misma manera que el agua lo es de un gigantesco grupo de moléculas de H2O.

Stefano Liberati (SISSA en Trieste) y Luca Maccione (universidad Ludwig-Maximilian en Munich) han desarrollado esta idea del espacio-tiempo como un fluido usando técnicas tomadas prestadas de otros campos y además proponen una manera de poderlo comprobar experimentalmente.

Si el espacio-tiempo tiene algún tipo de textura entonces debe de afectar de algún modo a la propagación de los fotones que se mueven en él, lo que implicaría que los fotones de distinta energía se moverían a diferentes velocidades.

Este punto es algo que, hasta ahora no se ha observado.

Pero si, además, el espacio-tiempo es como un fluido, entonces habrá que tener en cuenta los efectos disipativos y la viscosidad.

Aspectos que, hasta ahora, no se habían considerado en detalle.

Liberati y Maccione ha estudiado estos efectos y muestran cómo la viscosidad tiende a disipar de su camino rápidamente a los fotones y otras partículas.

Como podemos ver galaxias muy lejanas situadas a miles de millones de años luz de nosotros, entonces el fluido del espacio-tiempo no tiene viscosidad o esta es muy baja.

Así que el espacio-tiempo tiene que ser entonces un superfluido bajo esta óptica.

Además, estos investigadores predicen efectos disipativos débiles que tal vez se puedan ver algún día en rayos cósmicos de ultra alta energía, en las ondas gravitacionales o en objetos astrofísicos.

Si esto se pudiera observar entonces se pasaría de una idea especulativa a algo mucho más fenomenológico.


Gravedad multimétrica y agujeros de gusanos.

La construcción de agujeros de gusanos podría facilitarse en un universo dominado por la gravedad multimétrica gracias a la cooperación con seres de materia repulsiva en galaxias invisibles con los que nos comunicaríamos a través de ondas gravitatorias.

¿Es el espacio-tiempo un fluido?

Métrica del agujero de gusanos según la Relatividad General.

La Física Teórica puede ser muy especulativa. Hay que ver ciertos resultados como un ejercicio de imaginación o como una manera de poner a prueba las teorías conocidas, nada más.

La última idea divertida al respecto nos viene de Manuel Hohmann de la universidad de Tartu en Estonia.

Se trata de una aplicación de la hipótesis de la gravedad multimétrica a los agujeros de gusano.

La idea de la gravedad multimétrica, una extensión altamente especulativa de la Relatividad General, considera varias copias de las partículas del modelo estándar de partículas pero con propiedades ligeramente distintas.

Esta idea permite dar una explicación alternativa a la energía oscura, esa energía que aparentemente está acelerando la expansión del Universo.

Las partículas de cada grupo interactúan con las partículas dentro de sus grupos de la manera habitual que sabemos, pero con las de otros grupos sólo lo puede hacer gravitatoriamente de manera similar a cómo lo haría la materia oscura.

Pero las partículas de distinto grupo, en lugar de atraerse gravitatoriamente, se repelerían.

De este modo podría haber galaxias de materia oscura que no veríamos, pero que podrían estar entre las galaxias normales, por ejemplo, en los huecos de la estructura a gran escala del Universo.

Estas galaxias de “materia repulsiva” empujarían gravitatoriamente a la materia ordinaria y veríamos que las galaxias normales parecen estar acelerándose y separándose unas de otras. Este efecto sería el atribuido a la energía oscura.

Pero la materia repulsiva sufriría su propia gravedad atractiva entre ella. Las galaxias de materia repulsiva estarían hechas de materia que formaría estrellas, planetas e incluso seres vivos hechos de materia repulsiva.

El artículo en concreto del que hablamos cuenta que se podría usar esta característica para mantener abiertos agujeros de gusano.

Como ya sabemos, un agujero de gusano no es más que un túnel en el propio espacio-tiempo.

Es una solución posible de las ecuaciones de Einstein de la Relatividad General y, por tanto, de existencia plausible.

Este tipo de estructuras podrían servir de atajo entre distintas partes del Universo e incluso como máquinas del tiempo, pues bastaría mover adecuadamente una de las dos bocas para que tuviera un tiempo propio distinto.

Lo malo es que los agujeros de gusano son inestables. Si se introduce materia o incluso sólo luz por un lado entonces el túnel colapsa y tenemos dos agujeros negros, uno a cada lado.

Para mantener el túnel abierto se ha especulado con la existencia de algún tipo de materia exótica o energía negativa que lo mantenga abierto.

Esto implica la violación de la condición NEC. En este caso Hohmann propone construir un agujero de gusano con la misma cantidad de materia ordinaria y materia repulsiva de tal modo que permanezca abierto.

Lo malo es que para nosotros es imposible la manipulación de la materia repulsiva y, por tanto, no podemos construir el agujero de gusano multimétrico.

Lo mismo le pasaría a cualquier otra civilización de alguna galaxia hecha de materia repulsiva, pues no podrían manipular nuestra materia ordinaria.

Ahora viene lo divertido. Para poder construir algo así se necesitaría entonces la cooperación de una de esas hipotéticas civilizaciones de alguna galaxia repulsiva.

Como no podemos comunicarnos con ellos con luz, habría que usar ondas gravitacionales que se propagaría a través del espacio ordinario.

Cada civilización tendría que construir tanto los emisores como los receptores para estas ondas y ponerse de acuerdo en la construcción del agujero de gusano.

Obviamente una construcción de este tipo es imposible aunque la gravedad multimétrica sea correcta y existan esas galaxias multimétricas. Sin embargo, Hohmann cree que si hay galaxias repulsivas se podrían detectar.

Así como las galaxias normales pueden actuar como lentes gravitatorias si se dan las circunstancias adecuadas, una galaxia repulsiva actuaría de un modo similar, pero en lugar de amplificar lo que hay detrás lo dispersaría, actuando como una lente divergente en lugar de convergente.

Se verían unas regiones oscuras allá donde las galaxias repulsivas se interpongan entre nosotros y un fondo lejano de galaxias normales.

Como el propio Hohmann admite al final de su artículo, es muy posible que el agujero de gusano multimétrico fuese también inestable frente a fluctuaciones.

Una pequeña diferencia entre las cantidades de materia de uno y otro tipo podría hacer que el agujero se rompiera debido a la propia repulsión entre los dos tipos de materia.

Consideraciones similares se podrían aplicar, según Hohmann, a otras ideas en las que se requiere energía negativa para mantener estructuras espacio temporales exóticas, como la propulsión warp drive, lo que impediría su realización práctica.

Así que ni recurriendo a civilizaciones oscuras en galaxias repulsivas podremos viajar a los confines del universo. Estamos aislados aquí en la Tierra por siempre.

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