El primer año de vida de la teoría de la gravedad de Horava-Lifshitz

Lo primero, no soy experto. Lo segundo, quizás eso me permita ver los avances en la teoría de Horava-Lifshitz con ojos de niño. Los ojos de esperanza de un adolescente requieren una fuente. Una fuente que le ponga los pies sobre la tierra. Una fuente que nos resuma los avances y progresos sobre las ideas de Horava en este intenso primer año de vida. ¿Qué artículo elegir entre los cientos de artículos que se han publicado este año sobre dicha teoría? Uno reciente, ya que ha habido avances recientes. El que más me gusta, repito, no soy experto, es Elias Kiritsis, Georgios Kofinas, “On Horava-Lifshitz “Black Holes”,” ArXiv, Submitted on 28 Oct 2009. Aparentemente sólo sobre agujeros negros, pero incluye una introducción, en mi opinión muy buena y acertada, que es la fuente ideal para esta entrada. Los lectores de Investigación y Ciencia podrán leer un breve artículo de Zeeya Merali en el número de febrero de 2010 (en inglés aparecerá en Diciembre “Splitting Time from Space—New Quantum Theory Topples Einstein’s Spacetime“). Coincido con Lubos Motl, sin que sirva de precedente, en que dicho artículo no me gusta y lleva a equívocos. Supongo que la traducción al español en Investigación y Ciencia no logrará arreglarlos. En este blog ya hablamos de este tema en ”Nueva moda entre los físicos teóricos: la teoría cuántica renormalizable para la gravedad de Petr Hořava,” 23 Junio 2009. Ya recomendamos las transparencias de la charla de Petr Horava en Strings 2009, Roma, “Gravity at a Lifshitz point”.

Obtener una teoría cuántica de la gravedad es muy fácil. Sabemos cuantizar la teoría de la relatividad general de Einstein y obtener un teoría cuántica de la gravedad consistente a energías menores que la escala de Planck. El problema es que dicha teoría predice lo mismo que la teoría de Einstein, las correcciones cuánticas son despreciables, luego no tiene ninguna utilidad práctica. ¿Qué pasa a la escala de Planck? A dicha escala, con energías miles de billones de veces más altas que las energías más altas que se alcanzarán en el LHC del CERN, a distancias tan cortas como una billonésima de billonésima de billonésima de metro, la gravedad cuántica se vuelve inconsistente. La curvatura del espaciotiempo es tan grande que la misma idea de espaciotiempo se tambalea. No se sabe cómo calcular nada utilizando la teoría cuántica de la gravedad. Lo único que se obtienen son infinitos. Nadie sabe como interpretar el significado (renormalizar) dichos infinitos para obtener un resultado finito.

Nadie sabe cómo estudiar el límite ultravioleta de una teoría cuántica de la gravedad. El límite ultravioleta corresponde a distancias en la escala de Planck. Ni siquiera la teoría de cuerdas permite calcular en dicho límite; hay que recordar que por ahora es sólo una teoría perturbativa, luego válida cerca pero por debajo de la escala de Planck. Las alternativas teóricas son muchas, pero todavía no sabemos cual acabará resultando correcta. Quizás todas son equivalentes entre sí y sólo muestran facetas diferentes de una misma teoría aún por descubrir. La teoría de cuerdas es una teoría invariante relativista, ¿es el espaciotiempo invariante Lorentz a la escala de Planck?

Como no sabemos nada sobre cómo se comporta la gravedad en la escala de Planck, en dicha escala podemos suponer que pasa casi cualquier cosa. La idea de Horava es que a dicha escala la invarianza de Lorentz de la teoría de la relatividad de Einstein no se cumple. En la escala de Planck el espaciotiempo tiene una invarianza de escala que rompe la invarianza Lorentz y permite que su teoría cuántica de la gravedad sea finita (renormalizable). La velocidad de la luz en dicha escala se vuelve infinita. La idea de Horava es que la invarianza Lorentz es dinámica o efectiva, aparece en el límite de energías más bajas que la energía de Planck, en el que la velocidad de luz se vuelve finita. Parafraseando el título del artículo de Scientific American, el espacio y el tiempo estarían “parcialmente” separados a la escala de Planck y unidos inexorablemente a energías más bajas.

La teoría de Horava-Lifshitz presenta ciertos problemas técnicos (matemáticos y físicos) para los que Horava propuso soluciones ad hoc sin justificación física (como no hay experimentos, la imaginación es la única guía). La teoría de Horava-Lifshitz tiene muchas versiones posibles, dependiendo de la técnica matemática que se use para resolver (al menos parcialmente) dichos problemas técnicos. Básicamente hay dos tipos de versiones en función de cómo varía el tiempo ante la invarianza de escala (el llamado lapso de tiempo). Se puede permitir una variación general (espaciotemporal) o una variación solo temporal del lapso de tiempo, las así llamadas versiones no proyectables y proyectables de la teoría. La versión original de Horava era proyectable. La teoría de Horava predice más cosas de las que a un físico le gustaría que predijera una teoría de la gravedad (por ejemplo, una partícula escalar). Por ello Horava introdujo un principio de equilibrio detallado para cargarse algunas de dichas cosas.

¿Cómo se puede comprobar si la teoría de Horava es correcta o no? Lo más fácil es estudiar sus consecuencias cosmológicas y astrofísicas. Los primeros trabajos mostraron que la teoría con el principio de equilibrio detallado no permite explicar la energía oscura del universo, conduce a una constante cosmológica errónea por muchos órdenes de magnitud. Además, la gravedad alrededor de una estrella (agujero negro) es muy diferente de la observada en relatividad general y el Sistema Solar no podría ser estable. El resultado fue interpretado por muchos como que la teoría de Horava no tenía ningún sentido físico. Sin embargo, pronto se descubrió que la culpa de todo esto la tenía el principio de equilibrio detallado. Una versión de la teoría sin este princpio parecía prometedora. Eso sí, hay que resolver los problemas matemáticos que dicho principio resuelve sin utilizarlo. Hoy en día hay versiones de la teoría de Horava con y sin principio de equilibrio detallado, y con lapso de tiempo proyectable o no. Los teóricos están estudiando actualmente qué propiedades generales de una teoría tipo Horava-Lifshitz garantiza que sea renormalizable (finita en la escala de Planck). Todavía queda mucho trabajo por realizar en este sentido.

La cosmología según la teoría de Horava es bastante curiosa. Como la velocidad de la luz es infinita en la escala de Planck, la teoría de la Gran Explosión (Big Bang) no necesita la inflación cósmica (se resuelven automáticamente los problemas del horizonte y la planitud del espaciotiempo). La gravedad de Horava corrige la gravedad de Einstein con términos en derivadas mayores del segundo orden (hasta sexto orden) que conducen a una asimetría en la polarización del fondo cósmico de microondas. Su existencia podría ser verificada o refutada por el satélite Planck, actualmente en órbita.

El problema más importante de las teorías de Horava-Lifshitz en sus múltiples variantes es su finitud (renormalizabilidad) en el límite ultravioleta (escala de Planck). Aunque Horava mostró que parecía que lo era (por el método de la cuenta de potencias) en realidad hay importantes problemas aún por resolver en el límite de acoplamiento fuerte. Por un lado, podría resolverlos la posibilidad de que la teoría sea asintóticamente libre (como la cromodinámica cuántica o teoría de los quarks). Sin embargo, esta posibilidad no está nada clara. Si la teoría lo fuera se resolvería el problema del acoplamiento fuerte, pero algunos creen que a costa de introducir términos en el límite infrarrojo (distancias grandes, donde la gravedad de Einstein es válida) incompatibles con las observaciones. Por ejemplo, la velocidad de la luz sería diferente para diferentes partículas elementales, algo incompatible con el Modelo Estándar.

Por otro lado, aparece una partícula (campo) escalar cuyo efecto en los cálculos (para acomplamiento fuerte) pone en entredicho la renormalizabilidad de la teoría. La ventaja de la teoría (su finitud) se va al traste. La solución de Horava era su versión proyectable de la teoría, pero dicha versión produce la generación de cáusticas y dominios cosmológicos que son incompatibles con las observaciones del fondo cósmico de microondas del satélite WMAP. Una versión muy reciente de la teoría de Horava proclamó haber resuelto este problema (D.Blas, O.Pujolas, S. Sibiryakov, “A healthy extension of Horava gravity,” ArXiv, 21 Sep 2009), sin embargo, estudios posteriores indican que su solución es sólo parcial y que el problema asociado al campo escalar continúa existiendo (A. Papazoglou, Th.P. Sotiriou, ”Strong coupling in extended Horava-Lifshitz gravity,” ArXiv, 6 Nov 2009).

Un año de trabajo, cientos de publicaciones y mucho trabajo todavía por realizar para poder entender lo que darán de sí en los próximos años las teorías tipo Horava-Lifshitz. Una línea prometedora es ver dichas teorías desde el punto de vista de la dualidad. Hay versiones duales de teorías cuánticas de campos relativistas que son no relativistas. Quizás la nueva teoría tiene un dual relativista que resuelve algunos de sus problemas desde un enfoque nuevo. Otra línea prometedora es interpretar la teoría desde el punto de vista holográfico. Hablando de holografía, este es un buen momento, como cualquier otro, para mirar al infinito a través del estereograma que acompaña esta entrada (si no lo has hecho ya).

PS: Oriol Pujolàs, catalán actualmente en la Universidad de New York, nos presenta en “Non-relativistic Quantum Gravity,” una breve revisión del estado actual de la teoría de Horava-Lifshitz en una conferencia de 15 min. en el CERN Theory Group, 6 Nov. 2009.

La paradoja de los gemelos en un espaciotiempo arbitrario según la relatividad general

Jean-Pierre Luminet, poeta, escritor, divulgador científico, astrofísico, experto mundial en agujeros negros y relatividad general, lleva tiempo sin copar los titulares de las noticias en los medios, desde que propuso su modelo dodecaédrico de Poincaré para el universo, portada en Nature el 9 de octubre de 2003. Los desmemoriados deberían volver a leer el News & Views del sudafricano (no confundir con el del CERN) George F. R. Ellis, “Cosmology: The shape of the Universe,” [gratis aquí], el artículo original Jean-Pierre Luminet et al., “Dodecahedral space topology as an explanation for weak wide-angle temperature correlations in the cosmic microwave background,” [gratis aquí] y sus secuelas, la comparación con los últimos datos del fondo cósmico de microondas del WMAP3 en S. Caillerie et al., “A new analysis of the Poincaré dodecahedral space model,” en 2007 [en ArXiv], y la versión divulgativa del propio autor, Jean-Pierre Luminet, “The Shape and Topology of the Universe,” en 2008. Jean-Pierre ha recopilado muchas noticias sobre su universo aquí.

Jean-Pierre ha publicado poco en ArXiv desde entonces, sólo algunos artículos epistemológicos sobre la Historia de la Gran Explosión y el Fin de la Física. Por ello me ha sorprendido hoy con un curioso artículo sobre la paradoja de los gemelos en un universo de geometría y topología arbitraria, J.-P. Luminet, “Time, Topology and the Twin Paradox,” ArXiv, Submitted on 30 Oct 2009, aunque en realidad es una secuela “digerible” de un artículo anterior, Jean-Philippe Uzan, Jean-Pierre Luminet, Roland Lehoucq, Patrick Peter, “Twin paradox and space topology,” Eur. J. Phys. 2002 [gratis en ArXiv].

La “paradoja” de los gemelos tiene fácil “resolución” en un espaciotiempo plano (en el marco de la relatividad especial), gracias a que el gemelo que viaja tiene que acelerarse (cambiar su velocidad) para cambiar de dirección y poder regresar. El análisis en relatividad general es más complicado ya que, por un lado, estas aceleraciones son equivalentes a campos gravitatorios, lo que provoca un retraso adicional de los relojes, una dilatación temporal gravitatoria, y por otro lado, no es necesaria ninguna aceleración para explicarla en un espaciotiempo compacto, en el que el gemelo puede regresar dándole una vuelta a todo el universo sin cambiar su velocidad.

En un universo con una topología múltiplemente conexa, como el toro de la figura de la izquierda, la explicación de la “paradoja” se encuentra en la propia topología. Hay trayectorias ”convencionales” como la número 2, que implican aceleraciones, pero también hay trayectorias como la 3 y la 4 que no las requieren. En estas trayectorias la asimetría entre ambos gemelos que explica la “paradoja” se encuentra en el hecho de que las trayectorias que siguen no son homotópicamente equivalentes. El índice (en inglés winding number) de las trayectorias 2, 3 y 4 es (0,0), (1,0) y (0,1) , con lo que si cada gemelo sigue una trayectoria con diferente índice se produce la dilatación que explica que el que se mantiene en reposo envejezca más rápido que el que se va de viaje. La homotopía y la topología al auxilio del físico relativista que trata de explicar la paradoja de los gemelos en relatividad general. Los cálculos en detalle son complicados pero las ideas son muy sencillas.

PS (3 noviembre 2009): Un nuevo artículo de Jean-Pierre sobre la simetría y la belleza en el arte, en la ciencia y en la astronomía puede ser de interés para muchos de los lectores: J.-P. Luminet, “Science, Art and Geometrical Imagination,” ArXiv, 2 Nov 2009.

Acotan la masa del bosón de Higgs si este fuera el responsable de la inflación del universo

La teoría de la inflación cósmica asume que la expansión del universo sufrió un crecimiento exponencial en sus primeros instantes. La causa de la inflación es la existencia de un campo (partícula) escalar aún no descubierta, el llamado inflatón. ¿Podría ser el bosón (escalar) de Higgs? Así lo han considerado algunos teóricos. En dicho caso, los datos del fondo cósmico de microondas del WMAP  permitirían acotar cosmológicamente la masa del bosón de Higgs como 135,6 GeV/c² ≤ M_H ≤ 184,5 GeV/c². Los interesados en los detalles técnicos pueden recurrir a A.O. Barvinsky, A.Yu. Kamenshchik, C. Kiefer, A.A. Starobinsky, C.F. Steinwachs, “Higgs boson, renormalization group, and cosmology,” ArXiv, Submitted on 6 Oct 2009. Como ya sabéis en este blog he afirmado en varios ocasiones que creo que un valor de unos 120 GeV/c² me parece el más razonable. En dicho caso, se descartaría que el inflatón sea el bosón de Higgs.

Un análisis del cúmulo galáctico Abell 1689 apunta a que su materia oscura podrían ser neutrinos

El modelo de la materia oscura “caliente” (partículas ultrarrelativistas de baja masa como los neutrinos) es descartado por la mayoría de los cosmólogos. Nieuwenhuizen de la Universidad de Amsterdam, Holanda, ha aplicado el teorema virial a la materia oscura observada mediante lentes gravitatorias en el cúmulo Abell 1689 y ha mostrado que si su origen son partículas WIMP de tipo fermiónico deben tener una masa de pocos electrón voltio (eV). Materia oscura caliente cuyo candidato ideal son los neutrinos. Su análisis teórico descarta el modelo de materia oscura fría para Abell 1689. Para una constante de Hubble H=100*h km/s Mpc (el valor usual de h es 0,70), la masa de los neutrinos debería ser m_ν =1,445 h^1/2 eV. Como el propio Nieuwenhuizen afirma en las conclusiones de su artículo, su modelo está en flagrante contradicción con el modelo cosmológico estándar, según el cual se interpretan los resultados del satélite WMAP acotando la suma de las masas de los tres tipos de neutrinos m_νe +m_νμ +m_ντ < 0,5 eV. Sin embargo, el autor nos recuerda que en dicha interpretación se asume un modelo de materia oscura fría. Mientras no se descubra un buen candidato a materia oscura fría (una partícula WIMP con una masa de cientos de GeV), el autor cree que no debemos descartar a los neutrinos como responsables de la materia oscura. Sólo la determinación experimental de la masa de los neutrinos permitirá descartarlos definitivamente como candidatos a materia oscura. El experimento KATRIN (KArlsruhe TRItium Neutrino) planificado entre 2012 y 2015 determinará la masa de los neutrinos (siempre que sea superior 0,2 eV) y confirmará o refutará el modelo de materia oscura caliente de Nieuwenhuizen. El artículo técnico es Th. M. Nieuwenhuizen, “Do non-relativistic neutrinos constitute the dark matter?,” EPL (Europhysics Letters) 86: 59001 (2009).

El comentario del propio editor de la revista sobre este artículo, R. A. Treumann, “Highlight Notes on “Do non-relativistic neutrinos constitute the dark matter?”,” EPL 86: 50000 (2009), merece la pena ser traducido aquí. La materia del universo parece estar formada fundamentalmente de materia oscura, que sabemos que existe, pero que no sabemos qué es. Ninguna partícula elemental conocida parece ser un buen candidato a materia oscura. La creencia general es que consiste en partículas masivas y débilmente interactuantes (Weakly Interacting and Massive Particles, WIMP). El artículo de Nieuwenhuizen utiliza el exceso de masa experimentalmente observado en el cúmulo de galaxias Abell 1689 y lo ajusta utilizando un modelo basado en un gas isotérmico de fermiones. El resultado muestra que la masa de dichos fermiones debe ser m=1,45 eV. El autor compara dicha masa con la de las partículas conocidas y concluye que las tres familias de neutrinos son el mejor candidato posible. Estos neutrinos cosmológicos no entran en contradicción con los escenarios de evolución cosmológica aceptados y se acumularán en un condensado en el cúmulo con un corrimiento al rojo de z∼28 contribuyendo activamente a reionizar el gas en el interior del cúmulo. Este artículo y su análisis teórico revitaliza la teoría ya abandonada de que los neutrinos pueden ser un candidato viable a materia oscura (al menos para el supercúmulo Abell 1689).

La energía oscura como resultado de las ondas gravitatorias de la inflación primordial

Explicar la energía oscura es un gran problema. ¿Se requiere nueva física para explicarla? No necesariamente. Un nuevo artículo muestra que la ecuación de estado de la energía oscura podría ser el resultado de ondas gravitatorias primordiales producidas durante la fase inflacionaria en los primeros instantes de la Gran Explosión. Los autores estudian la retroalimentación (backreaction) de las perturbaciones tensoriales (ondas gravitatorias) de un universo estándar tipo Friedmann-LeMaître-Robertson-Walker (FLRW) y muestran que actúan acelerando el universo con una ecuación de estado similar a la obtenida al añadir una constante cosmológica. En concreto la ecuación de estado de la energía oscura pasa de un valor w_E=1/3 en la época dominada por la radiación a un valor w_E=-8/9 en la época dominada por la materia (cercano al valor w_E=-1 que se obtiene con la constante cosmológica y compatible con todos los límites experimentales actuales, como muestra la figura de la izquierda). El artículo técnico es I. A. Brown, L. Schrempp, K. Ananda, “Accelerating the Universe with Gravitational Waves,” ArXiv, Submitted on 10 Sep 2009.

No todo es maravilloso en la nueva propuesta, ya que la densidad de energía oscura que se obtiene es varios órdenes de magnitud menor que la que se observa experimentalmente. El análisis todavía es muy provisional y los autores creen que estudios posteriores podrán determinar si existe algún mecanismo de amplificación de esta densidad de energía oscura hasta alcanzar los valores que se observan experimentalmente. El 73% del universo parece ser energía oscura, por lo que hay que amplificar muchísimo las ondas gravitatorias primordiales para alcanzar un valor tan enorme. Aún así, a mí, que no soy experto, me parece un gran éxito que un modelo tan sencillo conduzca a la ecuación de estado correcta. Habrá que estar al tanto de futuros avances en esta línea.

La Mula Francis lo ha dicho en reiteradas ocasiones en este blog. Que hace 10 años pasáramos de entender muy bien el 100% el universo (materia + materia oscura) a ignorar el 73% (ni idea de lo que es la energía oscura ni qué la causa) ha sido un duro golpe para todos. Me recuerda, salvando las distancias, al caso del éter para las ondas electromagnéticas. Más de medio siglo buscando el éter, cuyas propiedades eran muy antiintuitivas, hasta que Michelson y Morley observaron experimentalmente que no había pruebas de su existencia (hasta entonces todo el mundo consideraba obvio su existencia ya que era y es obvio que las ondas electromagnéticas, propagarse, se propagan). Finalmente, el concepto fue desterrado y ya nadie se acuerda de él. ¿Pasará lo mismo con la energía oscura? A mí así me lo parece. La explicación más sencilla de la energía oscura es una constante cosmológica con un valor de 10^-120 en unidades de la escala de Planck, aunque tendría que tener un valor del orden de 1 en unidades de Planck según las cuentas de los físicos teóricos en cosmología y partículas elementales. Un error “garrafal” de 120 órdenes de magnitud parece muy garrafal. Digo yo. Dice la Mula Francis, que no es experto en estas lides.

Nuevos datos de supernovas Ia indican que la energía oscura podría variar con el tiempo

Recreación artística de una supernova Ia antes de la explosión y 20 días después.

Las observaciones de supernovas Ia como candelas para medir distancias indican que el universo se está acelerando y los modelos teóricos para el fondo cósmico del microondas del WMAP exigen su planitud. En ambos casos falta “mucho” de algo: la desconocida “energía oscura.” Si su origen es la constante cosmológica (energía cuántica del vacío) no debe cambiar. Los últimos datos de supernovas Ia parecen indicar que la energía oscura cambia con el tiempo. ¿Cómo interpretarlo? No puede ser la constante cosmológica. ¿Entonces qué? La quintaesencia, algo más “raro.” ¡Quizás ni siquiera exista! Nos lo cuenta Rachel Courtland, “What’s happening to dark energy?,” NewScientist, 6-7, 11 April 2009 , haciéndose eco del artículo de Arman Shafieloo, Varun Sahni, Alexei A. Starobinsky, “Is cosmic acceleration slowing down?,” ArXiv preprint, 31 Mar 2009 , que reanaliza las supernovas Ia más recientes del artículo de Malcolm Hicken et al. “CfA3: 185 Type Ia Supernova Light Curves from the CfA,” ArXiv preprint, 27 Feb 2009 . El grupo de Robert P. Kirshner no ha encontrado dicha variación de la energía oscura en su propio análisis de los mismo datos en Malcolm Hicken et al. “Improved Dark Energy Constraints from ~100 New CfA Supernova Type Ia Light Curves,” ArXiv preprint, 27 Feb 2009 .

¿Cambia la energía oscura con el tiempo? La evidencia hasta ahora indicaba que era constante. Con esta hipótesis han analizado Malcolm Hicken et al. el nuevo catálogo de supernovas Ia, con datos del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, EE.UU. Un análisis de 147 nuevas supernovas, la mitad recientemente descubiertas. Arman Shafieloo, de la británica University of Oxford, y sus colaboradores han analizado dichos datos bajo la hipótesis de que la energía oscura haya cambiado a lo largo de la historia del universo. El resultado es sorprendente, la aceleración de la expansión del universo observada en 1998 parece estar perdiendo fuerza. La energía oscura se ha debilitado en los últimos 2000 millones de años. Un resultado tan inesperado “hay que cogerlo con alfileres.” El efecto observado es sutíl. Será necesario que sea confirmado por otros grupos. Si se confirma, será uno de los grandes descubrimientos de 2009.

¿Qué significa que la energía oscura cambie con el tiempo? Por un lado, la constante cosmológica, la energía el vacío cuántico, ya no es una explicación fácil para el nuevo resultado. Su origen tiene ser más exótico. Quizás la llamada quintaesencia. Pero hay explicaciones más prosaicas. Los datos de las nuevas supernovas podrían estar sesgados, siendo supernovas cercanas aparentemente lejanas debido a la presencia de polvo que las hace parecer más débiles.

Lo que está claro es que poco a poco sabemos más sobre la energía oscura, que ahora parece ser mucho más complicada de lo que podíamos imaginar. Grandes sorpresas nos aguardan en los próximos años.

PS: “¿Se está debilitando la energía oscura?” 10 abril de 2009, by Kanijo (enlace en Menéame).

La gélida materia oscura del universo o lo inmensamente grande y lo infinitamente pequeño

La mayor parte de la materia del universo es materia oscura. Es oscura porque no interactúa con la fuerza electromagnética, por lo que parece transparente. Sabemos, o creemos saber, que existe, pues no ha sido detectada de forma directa aún (el famoso “si no lo veo, no lo creo”). Creemos saber que existe por sus efectos gravitatorios sobre la materia visible ordinaria (bariónica). Quizás el LHC (Large Hadron Collider) del CERN detecte este tipo de materia. O quizás no. ¿Qué se puede saber sobre ella usando la Astronomía? Gerard Gilmore, ”How Cold Is Cold Dark Matter?,” Science, 322, 1476, 5 December 2008 , trata de dar respuesta a esta pregunta.

¿Cómo influye la materia oscura en la evolución de las estructuras del universo a pequeña y gran escala? Si lo supiéramos en detalle podríamos diferenciar entre los múltiples candidatos a materia oscura que han sido propuestos.

A gran escala en el universo tenemos que recurrir a los datos del fondo de microondas obtenidos por el WMAP, que nos indican cómo era el universo cuando contaba sólo unos 300 mil años tras la Gran Explosión. La materia oscura caliente (partículas de pequeña masa que se mueven a velocidades ultrarrelativistas) y la materia oscura fría (partículas de gran masa que se mueven a velocidades no relativistas) generarían una distribución de “grumos” a diferente escala. La comparación entre simulaciones numéricas y los datos experimentales del WMAP muestra que la materia oscura contiene cierta contribución caliente (neutrinos masivos), ondas gravitatorias, y radiación, aunque la componente dominante es materia oscura fría (posiblemente algún nuevo tipo de partícula aún desconocido). 

A pequeña escala en el universo, la escala de las galaxias, nos tenemos que limitar a nuestro Grupo Local de galaxias, al que pertenece nuestra Vía Láctea. Los datos observacionales más recientes indican que el número de galaxias satélite enanas (en concreto alrededor de la Vía Láctea) es mucho mayor del que se pensaba. La formación de estas galaxias enanas, en los primeros mil millones de años de historia del universo, estaba dominada por la materia oscura. El número de estas galaxias satélite es mucho mayor de lo que se pensaba y sus estructuras luminosas tienen un tamaño de mínimo de unos 300 años luz. Esta última característica depende del tipo de materia oscura considerada. Sin embargo, todavía los datos no son lo suficientemente exactos como para discriminar sus propiedades más importantes. La materia oscura es clave para entender la dinámica galáctica y esta última para entender muchas de las propiedades de la primera.

La misión de la Agencia Espacial Europea (ESA) llamada Gaia, que se lanzará en 2011, medirá de forma muy precisa las distancias absolutas y las velocidades transversales de más de mil millones de estrellas con una magnitud inferior a 20. Estas medidas de paralaje permitirán identificar gran número de las propiedades de la materia oscura en nuestro entorno cercano. 

La materia oscura es un buen ejemplo de cómo la astrofísica y la física de partículas elementales se dan la mano. Lo inmensamente grande y lo infinitamente pequeño. Maravillas de la física moderna.

Piones, los “másters” del universo (o lo numerológico de la numerología)

La numerología es el “arte” de ver “lo que uno quiere donde no lo hay”. Aunque pueda parecer broma, muchos grandes genios de la física y de la matemática han “creído” en la numerología. De todos es conocido que Newton dedicó la segunda parte de su vida a la política, en su parte pública, y a la numerología bíblica, en su parte privada (“alquimista” de vocación, quiso descubrir lo que Dios había escribo en la Biblia, en su idioma “original”, para que sólo los “supergenios” como él lo descubrieran). En el s. XX ha habido muchos “genios” numérologos, pero destacan entre todos dos grandes genios, Dirac y Eddington.

El valor numerológico de ciertas magnitudes suele ser una aproximación muy mala al valor exacto, pero muchas veces pasan décadas hasta que los físicos experimentales logran demostrar la diferencia (encontrar el valor exacto). Cuanto mayor incertidumbre tenga una magnitud, mejor para el numerólogo (quien más confiará en ella). Por ejemplo, ¿cuántas partículas elementales hay en el universo? Unas 10^80 más o menos. Bien para el numerólogo, el “disfrutón de los más o menos.”

Al grano, Dragan S. Hajdukovic (el de la foto), nos presenta en “Pions- lords of the Universe,” ArXiv preprint, 26 oct 2008 , una relación “mágica” entre la masa del pión (hay 3 piones), la constante de Hubble (difícil de medir experimentalmente) y las constantes físicas fundamentales. Aclaro. Hay 3 piones, uno neutro (π0) con masa 134.98 MeV/c^2, que en realidad son dos partículas “idénticas” formadas por una pareja quark-antiquark (abajo-antiabajo o arriba-antiarriba), y dos piones cargados (π+ y π-) con masa 139.57 MeV/c^2, también formados por una pareja quark-antiquark (arriba-antiabajo y abajo-antiarriba). La constante de Hubble mide la “velocidad” de expansión del universo, un parámetro extremadamente difícil de medir cuyo valor ha fluctuado durante todo el s. XX y sigue haciéndolo en la actualidad en el contexto de un universo que se expande de forma acelerada.

El artículo se inicia con la fórmula “aproximada” (aunque tiene un signo de igualdad) que vemos a la izquierda, que notó por primera vez el Premio Nobel Steven Weinberg en su famoso libro “Gravitation and Cosmology.” El autor “mejora” esta aproximación y sugiere una interpretación para la misma: el vacío cuántico del universo está dominado por la contribución de un gas de piones virtuales de masa gravitatoria nula, por eso no han sido detectados como materia ordinaria (bariónica). El autor sugiere que este gas de piones virtuales son la energía oscura, es decir, más del 70% del universo. Los piones son los “señores” del Universo, según el autor, aunque yo he preferido “los másters del universo.”

Nunca se sabe si las coincidiencias numerológicas encierran algo de verdad, alguna “misteriosa” verdad aún por descubrir. Cuando se “eleva” una coincidencia a “verdad” absoluta, se obtienen “nuevas leyes” de la Naturaleza. Por ejemplo, Dirac (1937-1938) supuso que el cociente H/G (donde H es la constante de Hubble y G la constante de gravitación universal de Newton) es constante en el tiempo desde la Gran Explosión hasta el momento presente. Como H varía desde el inicio de la Gran Explosión, G también debe variar. Dirac “predecía” gracias a su “teoría” la gran debilidad de la gravitación en el presente: un universo antiguo nos da una gravedad débil. Como es bien sabido, dicha relación es incompatible con todo nuestro conocimiento actual sobre cosmogonía (el origen y evolución del universo). Actualmente es insostenible.

Hajdukovic mejora la fórmula de Weinberg, proponiendo la que aparece a la izquierda. En la que reemplaza H0 (que no es constante) por una magnitud de valor comparable a ella que es “aparentemente” constante. En concreto, Ω es la densidad de energía total del universo relativa a la densidad crítica para que el universo sea plano y rH = c/H es el llamado radio de Hubble del Universo. Esta relación es “aparentemente” mucho más exacta que la anterior, pero sigue teniendo cierta incertidumbre (por ejemplo, qué valor se usa para la masa del pión). El autor afirma que la relación anterior tiene una profunda y misteriosa relación con la energía oscura que “domina” el universo en la actualidad. Es debida a la existencia de un gas de piones virtuales sin masa gravitatoria (¿?) que tiene una temperatura “gravitacional”, el responsable último de la energía oscura (que actualmente no tiene explicación convincente, pero se modela como una constante cosmológica de Einstein no nula).

¿Dónde está la energía oscura en la fórmula anterior? Para dejar más clara su idea propone una fórmula aún más precisa todavía (también aparece a la izquierda), que tiene en cuenta el número de grados de libertad de un pión nf y ΩΛ la densidad de energía oscura. Despejando esta última de esta nueva fórmula se obtiene un valor cercano al observado experimentalmente en el WMAP. Pero, cuidado, ¿cuántos grados de libertad tiene un pión? ¿Quién lo sabe? Bueno, el autor propone que ¡es obvio! que son 48 (será para que todo le cuadre).

Este juego de fórmulas, estimaciones, parámetros imposibles de determinar (como nf) a los que se les da un valor “razonable” (bueno, se “ajusta” para que todo funcione y luego se justifica que es el valor más razonable) es muy habitual en el campo de la numerología. En este sentido el artículo de Hajdukovic es un excelente ejemplo y merece ser comentado por ello, aunque sin olvidar que no estamos hablando de “ciencia” sino de “religión.”

PS: por cierto, tres fórmulas matemáticas en una sola entrada y además, todas “mentira”. ¡Qué fuerte!

Estimación de la materia oscura en el interior del sistema Tierra-Luna

Los datos cosmológicos actuales parecen indicar que el 23% del universo es materia oscura (el 72% es energía oscura y el resto materia ordinaria). Nadie sabe lo que es la materia oscura, pero los datos del fondo de microondas más recientes del WMAP parecen indicar que está distribuida por todas partes (aunque en algunos sitios hay más y en otros menos). ¿Hay materia oscura en tu propio cuerpo? ¿Hay materia oscura en la Tierra? ¿Hay materia oscura en la Luna? ¿Cuánta materia oscura hay a nuestro alrededor?

Stephen L. Adler, investigador del Institute for Advanced Study, Princeton, Nueva Jersey, EEUU, ha obtenido un límite superior a la masa de la materia oscura que nos rodea en “Placing direct limits on the mass of earth-bound dark matter,” Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical, 41: 412002, 2008 [ArXiv preprint]. Para ello ha estimado la masa de la Tierra (incluyendo la materia oscura que pueda incluir) así como la masa dentro de la órbita de la Luna alrededor de la Tierra (básicamente usando los datos del satélite LAGEOS). Restando ambos valores estima que la masa de la materia oscura contenida en la órbita de la Luna es menor que 4 milmillonésimas de la masa de la Tierra, es decir, menor que 1500 billones de kilogramos. 

El artículo acaba con una nota en la que se afirma que Gary Gibbons propone una explicación alternativa a los datos obtenidos por LAGEOS. Si no hay materia oscura en el sistema Tierra-Luna, los datos del satélite LAGEOS pueden interpretarse como un límite para las posibles variaciones de la “constante” de gravitación universal de Newton (efectos no newtonianos en la gravedad). La constante de graviatación universal cambia menos de 40 millonésimas por ciento entre el radio de la órbita del satélite LAGEOS y la órbita de la Luna.

Energía oscura y constante cosmológica

Me ha gustado el artículo de T. Padmanabhan, “DARK ENERGY AND ITS IMPLICATIONS FOR GRAVITY,” ArXiv preprint, 16 July 2008 . El artículo propone que los problemas de qué es la energía oscura en el universo y el problema de la constante cosmológica son completamente independientes entre sí. La idea me gusta. Permítaseme parafresear su introducción.

El universo más simple que podemos imaginar contiene solamente materia visible (bariones) y radiación (energía). En el modelo matemático más sencillo del universo en expansión desde el big bang hay una densidad crítica (ρc) por encima de la cual el universo es abierto y se expande eternamente y por debajo de la cual es cerrado y acabará contrayéndose en un big crunch. La densidad de la materia bariónica (ρb) y de la radiación (ρr) se normalizan respecto a la densidad crítica dando lugar al parámetro adimensional Omega, sea Ob (=ρb/ρc) u Or (=ρr/ρc) para la materia bariónica y para la radiación, respectivamente, siendo O el valor total para el universo. Si O>1 es abierto, si O<1 es cerrado, y si O=1 es el universo es plano. Hasta principios de los 1980s se pensaba que el valor correcto del parámetro O (densidad de “contenido” del universo) era menor de la unidad, aunque algunos autores “gustaban” de un valor O=1.

Sin embargo, las observaciones astronómicas desde mediados de los 1970s indican que la mayoría de la materia en el universo no es bariónica, no es visible, es materia oscura. Es decir, la densidad de materia Om en el universo es fundamentalmente materia oscura Oo en lugar de materia visible Ob. Más aún, a principios de los 1980s se desarrolló el modelo inflacionario, el universo en sus primeros instantes sufre una expansión exponencial, que tiene como consecuencia la preferencia por un valor O=1 (valor crítico). Durante los 1980s, los cosmólogos teóricos preferían un modelo con O=Oo=1, aunque los datos astronómicos de los cosmólogos observacionales sugerían que Om=Oo=0.2-0.3. Sólo a finales de los 1980s y principios de los 1990s algunos teóricos sugirieron que podría existir alguna forma o componente de densidad de energía “oscura” Oe que reconciliará el resultado inflacionario O=1 con los datos experimentales Om=0.2-0.3. Los primeros análisis indicaban que este tipo de “energía” estaba distribuida uniformemente por todo el universo y que tenía una presión negativa (responde de forma antigravitatoria).

Este era el estado de las cosas hasta finales de 1990s, cuando las observaciones de supernovas Ia como candelas para medir distancias grandes mostró que la expansión del universo actualmente se está acelerando, lo que se puede explicar con una componente de energía oscura Oe=0.60-0.75. Cuando se trata esta energía como un fluido, su presión es negativa (si su densidad de energía es positiva). La elección más sencilla para explicar esta energía oscura es la existencia de una constante cosmológica en las ecuaciones de Einstein de la gravedad. Este término en dichas ecuaciones actúa como un fluido con presión negativa, compatible con las observaciones.

El resultado es un universo con una composición, cuando menos, extraña. La densidad de radiación (energía “visible”) es ridícula, Or=0.00005, la densidad bariónica (materia “visible”) es muy pequeña, Om=0.04, la densidad no bariónica (materia “oscura”) tiene Oo=0.26 y la energía oscura tiene Oe=0.70. Como no sabemos qué es la materia oscura y no tenemos una explicación “buena” para la energía oscura, el 99.6% del universo no es desconocido.

En relatividad general la aceleración de la expansión del universo está controlada por la suma de la densidad más 3 veces la presión, (ρ+3p) y no solamente la densidad ρ. Cuando (ρ+3p)>0, la gravedad total resultante es atractiva y la expansión se desacelera. Por el contrario, cuando (ρ+3p)<0 la gravedad muestra efectos “repulsivos” y la expansión del universo se acelera. En otras palabras, si la energía oscura domina sobre la materia, genera suficiente presión negativa para que el universo acelere su expansión. Ese es el resultado experimental observado por el corrimiento al rojo del espectro de las supernovas.

El nuevo modelo de “cómo parece que son las cosas” es muy bueno a la hora de predecir cosas y concuerda con un gran número de observaciones cosmológica independientes, las mas importantes son las siguientes:
(a) Pequeñas fluctuaciones cuánticas en la distribución de energía en los inicios del universo fueron amplificados por una inestabilidad gravitatoria lo que las llevó a formar el núcleo de las futuras grandes estructuras del universo (galaxias, cúmulos, etc.) que existen hoy en día. La amplificación se produjo gracias a un periodo inflacionario de expansión exponencial. Las fluctuaciones cuánticas amplificadas son las fluctuaciones del campo de energía responsable de ésta, llamado campo inflatón, cuya naturaleza exacta actualmente es una incógnita.

(b) Aunque desconocemos el modelo exacto del inflatón, con lo que carece de poder predictivo per se, los posibles modelos tienen parámetros ajustables que permiten que el campo de fluctuaciones cuánticas tenga un espectro gaussiano caracterizado por un espectro de potencia compatible con las observaciones del fondo cósmico de microondas obtenidas por la sonda WMAP. Las observaciones de gran precisión de WMAP confirman este escenario (o mejor, el escenario se puede adaptar fácilmente a las observaciones).

(c) Simulaciones numéricas de la posible evolución de las pequeñas perturbaciones en el campo del inflatón permiten observar universos con características estadísticas para la materia bariónica (la visible) muy similares (estadísticamente, he dicho) a las observadas astronómicamente.

(d) Más aún, la cantidad de deuterio (hidrógeno pesado) estimada en el universo es compatible con una nucleosíntesis primordial en un universo con los parámetros previamente descritos. La nucleosíntesis “prueba” el universo cuando tenía sólo unos pocos minutos, mientras que el fondo cósmico de microondas lo prueba con varios cientos de miles de años. Que ambas observaciones sean compatibles es una prueba muy importante de lo razonable del modelo.

En palabras de Padmanabhan, “aunque no entendemos nuestro universo, hemos tenido mucho éxito en parametrizar nuestra ignorancia en términos de unos números bien elegidos.”

El mayor problema de nuestra comprensión de nuestro universo es el la energía oscura. El modelo más sencillo para la energía oscura considera que no es un fluido de presión negativa (que tendría una ecuación de estado p=w.ρ con w=−0.8 ) sino que es un valor no nulo de la constante cosmológica λ (con ecuación de estado p=−ρ, es decir, w=−1). Sin embargo, esto acarrea un nuevo problema, el problema de la constante cosmológica. Si adimensionalizamos las ecuaciones de Einstein para obtener un escala “natural” para la constante cosmológica, utilizando unidades de Planck, el único valor razonable para la escala de λ es 10^(−123), sí, un valor 123 órdenes de magnitud menor que la unidad. Esto ha llevado a mucha gente a creer que la constante cosmológica es exactamente cero. Pero las observaciones indican que su valor es no nulo. ¿Por qué la constante cosmológica tiene un valor no nulo tan pequeño?

Normalmente el valor nulo de una constante está relacionado con una simetría en las ecuaciones (alguna magnitud que se conserva de forma exacta). Sin embargo, no se conoce tal magnitud asociada a λ=0 (no la hay en las ecuaciones de Einstein). Por ejemplo, que el fotón tenga masa en reposo exactamente cero está relacionada con la simetría o invarianza de fase en el electromagnetismo (electrodinámica cuántica). La supersimetría, aún no descuberta experimentalmente pero que está en los objetivos del próximo LHC del CERN, asegura que λ=0, a alta energía, pero esta simetría está rota a baja energía y no puede explicar dicho valor en un contexto cosmológico.

Finalmente, hay otro problema importante en relación a la constante cosmológica que aparece frecuentemente en la literatura científia, ¿por qué ahora? Por qué en “nuestra” época del universo la contribución de la energía oscura a la densidad del contenido del universo (la enegía oscura) es comparable a la energía del resto de la materia del universo. hat could be called the “why now” problem of the cosmological constant. Según, Padmanabhan una teoría capaz de predecir el valor numérico actual de λ, debe también resolver el problema de por qué ahora su valor es comparable al resto de la densidad de energía. Actualmente tal teoría no existe.

http://www.redbubble.com/people/ctoledo

Actualmente no tenemos ninguna teoría que explique los valores de las densidades de las componentes del universo. Ni ρr cuyo valor lo conocemos por la temperatura del fondo de microondas, para la que no tenemos ninguna teoría que explique por qué vale 2.73 ºK cuando han transcurrido cierto número de miles de millones de años desde que se formaron las galaxias. Ni tampoco tenemos ninguna teoría que explique el cociente de ρr/ρb, ni … En resumen, necesitamos nuevos datos experimentales pero también necesitamos nuevas “mentes”, nuevos “genios” que pongan los puntos sobre las íes en estos acuciantes problemas cosmológicos.

Nueva confirmación de la existencia de la energía oscura en el Universo (o un “hasta luego” para “nuestro” vacío cósmico local)

Sección transversal del Universo, con la Tierra en el centro de un gran vacío (azul). El vacío causaría una distorsión visible en el fondo cósmico de microondas. (c) Physical Review Letters, 2008.

En una entrada anterior ya comentamos que la “segunda” inflación, la expansión acelerada actual del universo, podría ser un artefacto de las medidas de distancias basadas en supernovas tipo Ia (ver entrada). Podría existir un “agujero” vacío a nuestro alrededor que falsearía las medidas. De existir ese agujero el principio cosmológico de la isotropía y homogeneidad del universo a escala cosmológica no sería válido a nuestro alrededor. Para verificar o refutar esta hipótesis la única vía posible es la experimental. En esta línea se acaba de publicar R. R. Caldwell and A. Stebbins, “A Test of the Copernican Principle,” Phys. Rev. Lett. 100, 191302 ( 2008 ), ArXiv preprint.

¿Ocupa la Tierra, o mejor, la Vía Láctea un lugar privilegiado en el Universo? ¿Podrían estar en el centro de un gran vacío de tamaño cosmológico, del orden de 1 gigapársec? [Recuerda la Vía Láctea tiene un diámetro menor de 10 kilopársec]. En su caso, la radiación de fondo de microondas (CMB) se vería alterada de tal forma que creeríamos que nos encontramos en un universo cuya expansión está acelerándose. Pero también dejaría otras marcas ques nos permitirían comprobar si realmente dicho vacío existe. El artículo de Caldwell-Stebbins, basado en los resultados del CMB de la sonda WMAP, excluyen la presencia de tal vacío (con radios hasta 5 gigaparsec), confirmando las ideas sobre el universo en expansión acelerada con un fuerte contenido en energía oscura.

La energía oscura ha vuelto a vencer. De todas formas, habrá que esperar a la sonda Planck para confirmar o refutar definitivamente la presencia de vacíos cósmicos como explicación del fenómeno de la energía oscura.

Podría ser errónea la mecánica cuántica (o qué tiene que decir al respecto el fondo cósmico de microondas)

Proyección estándar en una esfera del CMB (www.futura-science.com).

 

El fondo cósmico de microondas (CMB) presenta ciertas fluctuaciones cuya explicación más sencilla es la existencia de un periodo inflacionario a los 0′00000 000000 000000 000000 000000 000000 001 segundos después del Big-Bang. Las fluctuaciones cuánticas del campo cuántico responsable de la inflación, llamado inflatón, fueron amplificadas enormemente (exponencialmente) por la aceleración de la expansión, originaron diferencias de densidad de materia en el plasma primordial. Si la anisotropía del CMB tiene su origen en fluctuaciones cuánticas lo que observamos en el CMB es un retrato de una función de onda cuántica a escala macroscópica, la teoría que lo explica se denomina teoría del vacío (del inflatón) de Bunch-Davies (sí, Paul Davies, el gran divulgador científico). Si tanto la mecánica cuántica (estándar) como la teoría (estándar) son válidas, entonces la anisotropía del CMB tiene que tener una distribución estadística gaussiana. ¿Pero realmente la tiene? Hasta hace unos meses se pensaba que sí…

 

Amit P. S. Yadav and Benjamin D. Wandelt, “Evidence of Primordial Non-Gaussianity (fNL) in the Wilkinson Microwave Anisotropy Probe 3-Year Data at 2.8,” Physical Review Letters, 100, art. 181301 (2008 ), acaban de publicar un artículo, aparecido el 9 de mayo de 2008 , en el que estudian los datos del WMAP de los últimos años y muestran que hay evidencia de que el CMB no tiene una distribución estadística gaussiana. Para ello han estudiado le término de correlación de 3 puntos para la función de perturbaciones en la curvatura del espacio-tiempo de Bardeen. Este término ƒNL tiene que ser exactamente 0 si el CMB es gaussiano. Sin embargo, han encontrado que, para ciertos canales de frecuencia, es no nulo ( 27< ƒNL < 147) con un intervalo de confianza del 95% (2.8 desviaciones típicas). ¿Qué significa este resultado? Hay múltiples respuestas posibles. Si la mecánica cuántica (estándar) es aplicable al universo primordial, entonces el modelo inflacionario (estándar) es incorrecto. Puede ocurrir que existan múltiples campos de inflatón, que sea válida el modelo ekpirótico del Big-Bang según la teoría de cuerdas, etc. 

 

Pero existe otra posibilidad: contradecir a la sacrosanta Mecánica Cuántica (estándar). De ello se ha hecho eco, la noticia de Zeeya Merali, “Written in the skies: why quantum mechanics might be wrong,” Nature News, published online 15 May 2008 , que alude al reciente trabajo de Antony Valentini, “Inflationary Cosmology as a Probe of Primordial Quantum Mechanics,” ArXiv preprint, 1 Mahy 2008 , quien parece ser capaz de explicar la distribución no-gaussiana del fondo cósmico de microondas observada por Yadav-Wandelt, utilizando la teoría de la onda-piloto de de Broglie-Bohm, también llamada mecánica cuántica realista de Bohm. Esta teoría se publicó en 1952 por David Bohm y es la teoría de variables ocultas no locales más conocida, partiendo de ideas de Louis de Broglie. Para cada partícula existe una “onda guía” (la función de onda adquiere por tanto realidad física) que gobierna su movimiento. No es posible en laboratorio distinguir experimentalmente entre la mecánica cuántica (estándar) y la teoría de Bohm. Sin embargo, como la primera fue descubierta antes y la segunda “hereda” de la primera, muy pocos investigadores abogan por la mecánica de Bohm. Pero, ¿se puede demostrar que Bohm estaba equivocado? Valentini cree que sí, gracias al fondo cósmico de microondas y al futuro satélite Planck.

 

La cuestión si la Mecánica Cuántica es correcta podría pronto tener una respuesta negativa gracias a la observación del cielo. Antony Valentini, físico del Imperial College, Londres, quería desarrollar un test que pudiera separar la Mecánica Cuántica actual, de uno de sus más próximos rivales, la teoría de la Mecánica de Bohm. Aunque es una de las teorías de mayor éxito de toda la física, la Mecánica Cuántica contiene gran número de “paradojas”, especialmente en su interpretación con nuestros “ojos clásicos”, que la hacen “incómoda” (en palabras de Valentini). Por ejemplo, las propiedades de una partícula no tienen valores bien definidos (“no existen”) hasta que son medidos; antes de la medida, sólo podemos conocer las probabilidades de cada uno de dichos valores. Para muchos científicos, como Einstein, esto es “incómodo”, por lo que él creía que las partículas contenías ciertas propiedades “ocultas” (variables ocultas) que determinan su comportomiento completamente. La Mecánica de Bohm es una de las teorías de variables ocultas más desarrolladas en la actualidad y actualmente no se conocen experimentos que puedan demostrar que es errónea (en un laboratorio predice exactamente lo mismo que la Mecánica Cuántica).

 

Valentini cree que se podrían comparar ambas teorías con un análisis adecuado del fondo de microondas cósmico, ya que éste muestra puntos fríos y calientes que, se cree, fueron generados por la primera gran inflación que amplificó las fluctuaciones cuánticas del Universo primitivo. Valentini cree que cualquier “pequeña” violación de la mecánica cuántica en el periodo pre-inflacionario será amplificada por la inflación y dejará una huella en la estadística de fluctuaciones del fondo cósmico de microondas.

 

Hasta el momento, todas las medidas del fondo cósmico de microondas parecen encajar perfectamente en las predicciones de la Mecánica Cuántica, salvo un “pequeño detalle” que ha sido detectado por Amit Yadav y Ben Wandelt, University of Illinois at Urbana-Champaign, EEUU. Lo sorprendente es que las simulaciones desarrolladas por Valentini del efecto en el fondo cósmico de microondas de la inflación supuesta que se cumple la Mecánica de Bohm en el periodo pre-inflacionario, parece que explican perfectamente dicho “pequeño detalle”.  Por supuesto, se requiere una confirmación mediante análisis independientes. Pero el resultado cuando menos “llama la atención”.

 

Como afirma Valentini, “todavía es pronto para afirmar que la Mecánica Cuántica es incorrecta, pero es una posibilidad que no podemos descartar”. También es pronto para afirmar que la Mecánica de Bohm es incorrecta, pero quizás el Planck tenga la respuesta.

 

Más sobre la mecánica de Bohm y las teorías de variables ocultas en “Lo decible e indecible en mecánica cuántica” John Bell. Este libro debe ser lectura obligatoria para todo físico. Una reseña. El libro nos enseña que la Mecánica Cuántica (estándar) o es una Teoría Realista y No Local, o es una Teoría Local pero No Realista. La interpretación de Copenhague avoga por lo segundo. La teoría de Bohm por lo primero.