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Un artículo publicado en Physical Review Letters presentó una nueva prueba que facilita la comprensión de la gravedad cuántica, un ámbito de la física teórica que busca unificar la mecánica cuántica con la teoría de la relatividad general.
Este hallazgo es de suma importancia, ya que la gravedad es la única fuerza fundamental que aún no hemos logrado integrar en nuestra comprensión cuántica del universo.
Si bien no proporcionaría una teoría completa de la gravedad cuántica, representaría un avance significativo hacia ese objetivo.
El reto de la gravedad cuántica
La mecánica cuántica, que describe el comportamiento de las partículas a nivel atómico y subatómico, establece que la energía se cuantifica, es decir, se presenta en paquetes discretos.
Sin embargo, la relatividad general, que proporciona una descripción precisa de la gravedad a gran escala, revela que esta no es una fuerza en el sentido tradicional, sino una curvatura del espacio-tiempo provocada por la presencia de masa y energía.
Cuando intentamos aplicar la teoría de la relatividad general a las escalas más pequeñas, donde el mundo cuántico predomina, nos enfrentamos a un problema fundamental: la relatividad general y la mecánica cuántica parecen ser incompatibles.
Esta aparente contradicción ha llevado a los físicos a buscar una teoría más fundamental que unifique la gravedad con la mecánica cuántica. Esta teoría, conocida como gravedad cuántica, es uno de los mayores desafíos de la física teórica actual.
El hallazgo que podría transformar la física para siempre
En este contexto, un equipo de científicos ha descubierto recientemente un método para probar la existencia de la gravedad cuántica. La propuesta sugiere que, en lugar de centrarse en demostrar directamente la naturaleza cuántica de la realidad, los investigadores deberían priorizar la refutación de la gravedad clásica.
Esto podría lograrse al evidenciar que la medición de esta fuerza natural se rige por principios cuánticos, como el de la superposición. Si bien la superposición ha sido utilizada previamente para probar la gravedad cuántica, los expertos sostienen que la mera observación de este fenómeno no es suficiente.
"Como la mecánica cuántica no se define únicamente por el principio de superposición, sino que también requiere la unitariedad de la evolución y el postulado de la medición", explicaron los autores del artículo publicado en Physical Review Letters. Además, añadieron: "Presenciar el enredo [..] implicará que la gravedad es descrita ya sea por la mecánica cuántica, o por una teoría no clásica (desconocida) que obedece al principio de superposición. Para saber si la gravedad es realmente cuántica, necesitamos probar otros postulados de la mecánica cuántica para la gravedad".
Un innovador experimento sobre la superposición de nanocristales
Asimismo, los científicos sugieren que la gravedad, en este caso, "mediría" la masa del primer cristal, lo que produciría una perturbación en su estado cuántico. Para comprobar esto, se mediría nuevamente el estado del primer cristal, buscando una diferencia con respecto a la medición inicial.
Esta diferencia solo podría explicarse mediante un fenómeno conocido como la "perturbación inducida por la medición cuántica", un efecto que solo ocurre si los principios cuánticos están en juego.
Este experimento podría ser un avance significativo en la búsqueda de una teoría de la gravedad cuántica, ya que proporcionaría una evidencia experimental de que la gravedad tiene una naturaleza cuántica.
Sin embargo, como reconocen los autores del artículo, este experimento no constituye una teoría completa de la gravedad cuántica, sino un paso hacia una demostración más sólida de que la gravedad y la mecánica cuántica están conectadas de maneras aún por entender.
La idea es inducir un estado cuántico de superposición en uno de estos cristales, en el cual el objeto se encuentra en dos lugares a la vez, una de las características más desconcertantes de la física cuántica. Los científicos propusieron un experimento para explorar cómo interactúan la gravedad y los efectos cuánticos, utilizando cristales diminutos, solo de nanómetros de tamaño.
Además, plantea un doble camino después de inducir la superposición en el cristal. El primer camino implica medir este cristal en su estado de superposición para registrar su comportamiento.
El segundo camino introduce un segundo nanocristal cerca del primero. Este segundo cristal tendría suficiente masa para generar una fuerza gravitacional extremadamente débil sobre el primero.
