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La textura del espacio-tiempo sigue sin aparecer

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La textura del espacio-tiempo sigue sin aparecer

Área: Física — Martes, 5 de Julio de 2011
Un estudio basado en datos procedentes de un observatorio espacial de rayos gamma pone en dificultades las propuestas existentes de teorías cuánticas de la gravedad.
Foto
GRB observado por Integral el 25 de noviembre de 2002 sobre una impresión artística. Fuente: ESA/SPI Team/ECF.
El observatorio espacial de rayos gamma Integral ha proporcionado recientemente una cota al tamaño de la supuesta textura del espacio-tiempo. Este satélite de la ESA es similar a su homólogo Fermi lanzado por la NASA y que también ha puesto restricciones a esta textura del espacio-tiempo.
Si tal textura existe debe ser menor de lo que algunas teorías habían propuesto.
Según la Teoría General de la Relatividad (TGR) el espacio-tiempo es liso, sin grumos a cualquier escala. Pero esta teoría, que tan buenos resultados ha dado en todo objeto astronómico que se puede observar, tiene algunos problemas. Predice que durante el Big Bang o en el interior de los agujeros negros se dio o se da una situación especial del espacio-tiempo denominada singularidad. Digamos que una singularidad representa del fin del espacio-tiempo, un límite más allá del cual la teoría no puede predecir nada. 
Aunque hay soluciones a las ecuaciones de Einstein para el Big Bang en universos especiales para las que no hay singularidades, se cree que las singularidades aparecen debido a que la TGR es una teoría clásica, no es cuántica. Es de esperar que si alguna tenemos una teoría cuántica de la gravedad solvente este tipo de problemas y elimine toda singularidad. La Teoría Cuántica de Lazos, que es una teoría aún sin terminar, es una de las propuestas a Teoría Cuántica de la Gravitación. Según algunos de los estudios hechos sobre esta teoría hay “átomos” de espacio que tienen propiedades cuánticas. Entre ellas sufrirían una especie de principio de exclusión de Pauli que impediría el colapso absoluto del espacio-tiempo evitando así las singularidades. Incluso algunos modelos de juguete basados en esta teoría pueden remontarse a un tiempo anterior al Big Bang pasando por un estado de muy alta densidad no singular hasta llegar a un universo previo.
Toda teoría que pretenda cuantizar la gravedad tiene que imponer alguna estructura al espacio-tiempo a muy pequeña escala. A partir de cierta escala el espacio-tiempo tendrá que ser “granuloso”. Lo malo es que si es a una escala muy pequeña, como a la escala de Planck, entonces las posibilidades de comprobar este punto son remotas.
Otras teorías como la “teoría” de cuerdas o “teoría” M y otras teorías han propuesto la existencia de dimensiones ocultas a pequeña escala. Incluso hay alguna propuesta de compactificación de dimensiones a escala casi visible.
En resumidas cuentas, según todas estas teorías y alguna más, el tamaño de esta granularidad del espacio va de la distancia de Planck en los 10-35 m a los 10-3 m.
Supongamos que esa granularidad no es tan pequeña, sino que es lo suficientemente grande como para afectar a los fotones que viajen largas distancias por el espacio vacío. Será un efecto muy pequeño, pero se acumulará a lo largo del tiempo. Si la distancia a cubrir es cosmológica es de esperar que al cabo de miles de millones de años algo se haga notar.
Una manera en la que se haría notar (hay otras) es sobre la polarización de esos fotones. Como sabemos, el campo electromagnético de la luz puede oscilar en todos los planos perpendiculares a su dirección de propagación. Si vibra prioritariamente en un plano se dice entonces que es luz polarizada linealmente. Determinados fenómenos físicos producen luz polarizada o podemos usar un filtro polarizador para quedarnos sólo con los fotones que oscilen en un determinado plano.
Si hay cierta textura en el espacio tiempo tiene que afectar a la polarización de los fotones, haciendo que estos cambien de plano de oscilación. De este modo, una fuente de luz polarizada emitirá fotones que oscilen prioritariamente en un plano, pero el efecto de esta granularidad hará que muchos de ellos cambien de plano de polarización y esto será proporcional al tamaño de los “granos” de espacio y a la distancia recorrida.
Así que Philippe Laurent y sus colaboradores se pusieron a estudiar los fotones gamma detectados por Integral para así inferir el tamaño en la textura del espacio-tiempo. Estos fotones gamma provenían de uno de los estallidos de rayos gamma (GRB) más potente jamás detectado. Este tipo de estallidos son una de las explosiones más energéticas conocidas más energéticas del Universo y se cree que son producidos al formarse los agujeros negros en explosiones de supernovas. Estos estallidos duran de segundos a minutos y durante ese tiempo son tan brillantes como una galaxia.
El estallido GRB 041219A se dio el 19 de diciembre de 2004 y fue clasificado inmediatamente dentro la categoría de más brillantes (el 1% del total). Se estima que su fuente estaba a unos 300 millones de años luz de distancia. Fue tan brillante que el observatorio Integral fue capaz de medir la polarización de rayos gamma que registraba procedentes de él.
El análisis de los datos obtenidos, con una precisión 10000 mejor que en ocasiones anteriores, arroja un tamaño para la granularidad del espacio de 10-48 m o menos.
Según Laurent este resultado falsa tanto las teorías de cuerdas como la Teoría Cuántica de Lazos.
Integral hizo una observación similar en la Nebulosa del cangrejo en 2006, pero ésta estaba a sólo 6500 años luz de distancia de nosotros.
Quizás éstas y otras teorías tengan que ser reexaminadas o quizás se necesiten más observaciones para confirmar este punto. Incluso una distancia de 300 millones de años luz quizás sea insuficiente para observar el efecto.
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Thalia