TODO MENOS MIEDO

EN VIVO

EN VIVO

#FísicaMaciza. Espuma cuántica, las barbas de Merlín

- Por: helagone

por Diego Vidal Cruz-Prieto
@vidaleando
A nadie le importa un carajo la ciencia o sus aplicaciones hasta que le detectan cáncer.
Para que nadie la arme de pedo, acá les dejo el resultado que muetra clarito que ustedes eligieron esta marihuanada de tema.


Ahora sí, a lo que nos compete. Toca hablar del área menos comprendida de la física: la gravedad cuántica; llevamos más de 80 años tratando de hacer avances en esta área, en la que hemos avanzado más técnica que conceptualmente.
Es más, para poner las cosas en perspectiva, si pudiéramos poner del 1 al 100 el avance en la comprensión de la naturaleza cuántica de la gravedad, estaríamos en un 15; dando un avance de menos de 2 cada año.
pain
¿Por qué carajos la gravedad cuántica ha eludido a las mentes más brillantes de cada generación? Hay muchas razones, pero hay una que es muy fácil de visualizar: la espuma cuántica.
espuma
Cuando Einstein hizo su teoría general de la relatividad, aprendimos que el espacio tiempo no es un fondo fijo, sino una entidad que cambia y cuya dinámica depende de la distribución de energía en cierto evento, la cual lo curva, creando así la gravedad. Si tiene dinámica, su teoría microscópica debe estar sujeta a cuantización. ¿Por qué? Porque es lo que hemos observado con todos los fenómenos a microescala, las teorías que los describen chingón son las teorías cuánticas.
Ahora, algo que siempre está presente en la cuantización es el principio de incertidumbre, el cual siempre se aplica a un par de variables complementarias: posición e inercia, tiempo y energía, espacio-tiempo y curvatura, PRI y PAN. Lo que nos dice dicho principio es que mientras conozcamos una con mayor precisión, la otra fluctuará de modo tal que nunca conozcamos ambas al mismo tiempo; por eso puse PRI y PAN.

¿Por qué la incertidumbre es un pedo?

En general no lo es, e incluso aprendimos a llevarnos bien con ella en teoría atómica, estado sólido, óptica cuántica, etcétera. El gran desvergue es cuando consideramos dos relaciones de incertidumbre, la primera es
uncer1
Aquí la delta denota fluctuación, la R curvatura, la x posición y la ele de al final es la longitud de Planck, la escala fundamental de distancia del universo. Entonces, mientras mejor conozcamos una región del espacio-tiempo mayor será la fluctuación de la curvatura o, mientras mejor podamos precisar su curvatura menos sabremos donde está dicha región. Acá hay un verguero de pedos pero hablemos sólo de un par: tomen por ejemplo el círculo, esta figurita nos prende un montón porque tiene curvatura constante, lo cual es una consecuencia directa de que todos sus puntos sean equidistantes a su centro.
Usando este principio de incertidumbre, tenemos de dos sopas:
1. Nos paramos en la circunferencia, ya no hay incertidumbre de donde estamos pues podemos decir exactamente cuando mide el radio. Esto hace que la curvatura fluctúa salvajemente llevándonos de una línea (curvatura cero) a un punto (curvatura infinita). Es decir la curvatura dejó de ser constante y sólo un valor de todo su abanico de fluctuación coincide con el de nuestro viajó amigo el círculo. Nos quedamos sin círculo pues.
2. Fijamos la curvatura. Ahora nuestra posición (radio) fluctúa bien acá. Llevándonos de un plano (radio infinito) a un punto (radio cero ). De nuevo, nos quedamos sin círculo.
Este principio de incertidumbre desmorona la geometría. Además nos dice que el espacio-tiempo empieza a burbujear a nivel microscópico, formando así la espuma cuántica.
La segunda relación de incertidumbre es un tanto heurística y en ocasiones resulta peligroso invocarla; es más, la gente de la teoría cuántica de campos algebraica se vomita al verla, ya que se le pueden poner un chingo de peros. Aún así ahí va
uncer2
Donde E es energía, t es tiempo y la h barra se llama constante de Planck, siempre presente en fenómenos cuánticos. Ahora, si recordamos lo que dice Einstein sobre la relación masa-energía y teniendo en cuenta que c es una constante por lo cual no puede fluctuar llegamos a
uncer3
Lo cual nos dice que en pequeños instantes de tiempo podemos crear masa, la cual a su vez distorsionará el espacio-tiempo incrementando su curvatura. Esto en escalas microscópicas de tiempo hace que la visión anterior que teníamos sobre la espuma se haga más agresiva aún y más burbujeante.
A mí la relación anterior no me acaba de agradar ya que en varias ocasiones implica que la energía no posee un límite inferior y por ende una inestabilidad nos puede llevar hasta el infinito negativo. Pero hay un modo de pensar en la naturaleza cuántica del espacio-tiempo que hace que el hervidero de espuma incrementa mucho más.
Piensen ustedes en el problema de observar fenómenos microscópicos, para observar necesitamos enviar una señal, al ser muy pequeña debe estar sujeta a preceptos cuánticos y por tanto debe de ser una onda. Mientras más pequeño sea el fenómeno mayor frecuencia o menor longitud de onda debe tener la onda incidente para poder verlo; pasa lo mismo en el mar, una onda muy grande es imperceptible cuando estás nadando (i.e. no te revuelca a la verga) mientras que una de tu tamaño te va acomodando un buen putazo.
math
Para observar espacio-tiempo en escalas muy pequeñas, debemos mandar señales con longitud de onda pequeña, lo cual implica que su frecuencia es alta y por tanto su energía es alta. Pero si la energía es alta, la relatividad general nos dice que el espacio-tiempo de debe curvar mucho, lo cual nos lleva al escenario anterior pero sin hacerle tanto a la mamada ni a la ciencia ficción.
Es así entonces como emerge la espuma cuántica, la cual es una entidad meramente conceptual que sirve para visualizar el espacio-tiempo a nivel cuántico y entender por qué llevamos más de 80 años atorados con un problema, de hecho, el mayor periodo de tiempo que la raza humana se ha enfrentado a una cuestión científica sin poder resolverla.
Estén al pendiente de futuras votaciones con el hashtag: #VotaMacizo, manden todas sus preguntas con #DudaMaciza.