Una nueva hipótesis podría conectar dos de los mayores misterios de la física: la energía oscura y la gravedad cuántica

La gravedad cuántica y la energía oscura se encuentran entre los grandes problemas abiertos de la física. La primera busca describir la gravedad cuando los efectos cuánticos se vuelven relevantes, mientras que la segunda es el nombre que se le da al componente responsable de la aceleración de la expansión cósmica.

La dificultad reside también en la enorme diferencia de escalas implicadas: los efectos cuánticos de la gravedad suelen asociarse a escalas microscópicas, mientras que la energía oscura se manifiesta a escala cosmológica. Por lo tanto, no cabe esperar que se observe una relación directa entre ambos fenómenos.

Publicado en Physical Review D , el artículo propone una relación de incertidumbre cuántica aplicada al factor de escala del universo. En este modelo, la aceleración cósmica surge como una manifestación macroscópica de los efectos de la gravedad cuántica, sin necesidad de una nueva partícula o campo de energía oscura.

Energía oscura

La energía oscura es el nombre que recibe el componente desconocido asociado a la expansión acelerada del universo. Su naturaleza aún no se ha determinado, pero representa aproximadamente el 68 % del contenido energético del cosmos en el modelo cosmológico estándar. La energía oscura se asocia con un efecto repulsivo a escalas cosmológicas.

Sin embargo, otras posibilidades incluyen campos dinámicos o incluso modificaciones de la relatividad general a gran escala. Determinar cuál de estas hipótesis describe correctamente la aceleración cósmica es uno de los principales problemas actuales de la cosmología.

Gravedad cuántica

La gravedad cuántica busca describir la gravedad en regímenes donde los efectos de la mecánica cuántica no pueden ignorarse. La relatividad general trata la gravedad como la curvatura continua del espacio-tiempo, mientras que la teoría cuántica describe la materia y otras interacciones en términos de campos y estados cuánticos.

Este problema es importante en condiciones extremas, como cerca de las singularidades de los agujeros negros y en el universo primitivo, donde la relatividad general y la mecánica cuántica no logran proporcionar una descripción completa cuando se consideran por separado.

¿Cómo estarían conectados ambos?

La nueva conexión propuesta surge de la aplicación del principio de incertidumbre cuántica a la propia evolución del universo. El estudio considera que no sería posible determinar simultáneamente el tamaño del universo y su tasa de expansión, y que esta incertidumbre modificaría las ecuaciones que describen la dinámica cosmológica.

La propuesta también sugiere que estos efectos cuánticos podrían modificar la descripción del Big Bang. Según la formulación, el universo podría haber atravesado una fase de contracción. Por lo tanto, la energía oscura no sería una partícula o campo nuevo, sino una manifestación macroscópica de la propia estructura cuántica del espacio-tiempo.

Escalas muy diferentes

La dificultad para relacionar la gravedad cuántica con la energía oscura radica, en parte, en la enorme diferencia entre las escalas en las que normalmente se estudian sus efectos. La mecánica cuántica describe fenómenos en el régimen subatómico, mientras que la gravedad rige la dinámica de las estructuras cosmológicas.

Ambas teorías se someten a pruebas precisas en sus respectivos ámbitos, pero aún no hemos logrado reproducir condiciones en las que los efectos cuánticos y gravitacionales extremos actúen simultáneamente. Regiones como el interior de los agujeros negros o los primeros instantes del universo están fuera del alcance de los experimentos actuales.