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Una nueva teoría de la gravedad prescinde de la materia oscura

Como sabe cualquiera que haya abierto una lavadora después del centrifugado, el giro tiende a expulsar las cosas hacia fuera. En la lavadora, son las paredes del tambor las que impiden que la ropa salga volando. Pero las galaxias, que también centrifugan, no tienen tambor; ¿qué es lo que evita que las estrellas salgan volando en todas direcciones?

Lo que mantiene una galaxia unida es la gravedad, que tiende a juntar las masas unas a otras. Es lo mismo que nos mantiene pegados al suelo. El problema es que, cuando los físicos calculan la masa de una galaxia, las cuentas no salen: la gravedad es demasiado baja como para compensar la inercia que tiende a dispersarla. Como conté ayer, la solución por la que se ha optado es suponer que la masa es realmente mucho mayor de lo que se ve, pero el resto es invisible: materia oscura. A más masa, más gravedad, y así todo cuadra.

Representación hipotética de la distribución de materia oscura (nube azul) en la Vía Láctea. Imagen de ESO/L. Calçada vía Wikipedia.

Representación hipotética de la distribución de materia oscura (nube azul) en la Vía Láctea. Imagen de ESO/L. Calçada vía Wikipedia.

Pero algunos físicos piensan que tal vez no sea necesario inventar un tipo de materia de la que hasta ahora no ha podido obtenerse ninguna prueba; que quizá la inercia sea menor de lo que sospechamos, o la gravedad sea mayor. Ayer conté un ejemplo de lo primero, una hipótesis que reduce el valor de la inercia. Otras propuestas se basan en un aumento del valor de la gravedad, asegurando que al menos en ciertos casos no se comporta como sospechamos.

La propuesta más conocida en esta línea fue desarrollada por el israelí Mordehai Milgrom en 1983, y se conoce como Dinámica Newtoniana Modificada, o MOND. En breve, lo que Milgrom propone es que el valor familiar proporcionado por Newton para la gravedad no funciona en escalas extremas, cuando la aceleración es enormemente baja o la distancia al centro de la galaxia es muy grande, como ocurre en las estrellas de la periferia. En estos casos la gravedad sería mayor de lo normal, compensando la inercia que tiende a dispersar la galaxia.

Un resultado similar –una gravedad mayor– se deriva de una nueva teoría propuesta ahora por el holandés Erik Verlinde, de la Universidad de Ámsterdam. Aunque en este caso, el punto de partida es completamente distinto. Verlinde comenzó su carrera bajo la dirección de Gerard ’t Hooft, conocido sobre todo (además de por su Nobel en 1999) como el creador del llamado Principio Holográfico.

El Principio Holográfico es una audaz propuesta según la cual el universo es la proyección de un holograma contenido en una esfera que lo rodea. La idea del holograma es la misma que conocemos de las tarjetas de crédito: una superficie de dos dimensiones que contiene información sobre un objeto tridimensional. Dado que el holograma tiene una dimensión menos que el objeto al que representa, en el caso del universo se trataría de un espacio tridimensional en un área bidimensional; o si añadimos el tiempo, un universo 4D en un espacio 3D, siendo el tiempo una de estas dimensiones.

El Principio Holográfico es una aplicación cosmológica de la Teoría de Cuerdas, un modelo emergente de la física que trata de conciliar la cuántica con la relativística, hasta ahora dos mundos separados. En cuántica no existe la gravedad, el concepto fundamental de la relatividad. En la Teoría de Cuerdas, la materia no está formada por esas bolitas con las que asociamos la imagen de las partículas subatómicas, sino por hilos de una sola dimensión que vibran de diferentes maneras para originar las diferentes clases de partículas. Una de esas partículas originadas por una de las muchas vibraciones posibles es el gravitón, la responsable de la gravedad, por lo que la Teoría de Cuerdas ofrece un modelo de gravedad cuántica que trata de desbrozar el camino hacia eso que habitualmente se conoce como Teoría del Todo.

El Principio Holográfico interesa a muchos físicos porque permite correlacionar dos teorías en principio muy distintas que se diferencian en una dimensión, lo que permite abordar problemas muy complejos en un marco mucho más sencillo. En el caso que nos ocupa, la ventaja es que la gravedad aparece en el universo como consecuencia de la información contenida en ese holograma.

Sin embargo, lo que propone Verlinde es una enmienda al modelo de su maestro: que en realidad el holograma es incompleto. Imaginemos uno de esos cuadros holográficos que se venden en los bazares, y supongamos que una parte de la imagen, por ejemplo la mano de un personaje, no estuviera representada en el holograma, sino que sobresaliera del cuadro como un objeto tridimensional real. Según Verlinde, al menos una parte de la gravedad no está codificada en el holograma, sino que surge intrínsecamente como una propiedad del tejido del espacio-tiempo, del mismo modo que la temperatura aparece como consecuencia del movimiento de las partículas.

En 2010 Verlinde publicó su teoría de la Gravedad Emergente, como se ha dado en llamar. Ahora, en un nuevo estudio la aplica a los movimientos de las estrellas en las galaxias, llegando a un sorprendente resultado: esa gravedad emergente explica la fuerza habitualmente atribuida a la presencia de la materia oscura. Es decir, que la desviación de la gravedad einsteniana en el caso de las grandes escalas se compensa cuando se introduce esa porción extra de gravedad oscura. No hace falta materia extra que no se ve, sino una fuerza extra que no se había calculado.

Tal vez piensen que sustituir la materia oscura por una gravedad oscura es como elegir muerte en lugar de susto. Pero lo cierto es que se trata de encontrar el origen de un balance de fuerzas que evidentemente existe. Ante el continuado fracaso en los intentos de detección de materia oscura, algunos físicos han llegado a sugerir que esta materia se encuentra escondida en otra dimensión, siendo la gravedad la única de las fuerzas fundamentales cuyos efectos son transversales a todas las dimensiones. Y esto no solo explicaría por qué la gravedad de la que tenemos constancia es tan débil (solo tendríamos constancia de una parte de ella), sino que encajaría con el universo de 11 dimensiones propuesto por una variante unificadora de la Teoría de Cuerdas llamada Teoría M. Pero la hipótesis de Verlinde prescinde por completo de la materia oscura, y es probable que algunos defensores de la Teoría de Cuerdas respirarían aliviados con esta solución.

Aún habrá que esperar para comprobar cómo la teoría de Verlinde es recibida por la comunidad física, y qué posibles objeciones plantearán los expertos. Pero como dije ayer, están surgiendo nuevas visiones alternativas que tal vez, solo tal vez, algún día podrían hacernos recordar con una sonrisa los tiempos en que teníamos inmensos, carísimos y complejos detectores buscando un tipo de materia tan invisible como –tal vez, y solo tal vez– inexistente.

3 comentarios

  1. Dice ser Emilio Molina

    Lo (poco) que he entendido yo donde Francis no es exactamente que se prescinda de ella, sino que surge como una interacción de la energía oscura y la materia “normal”: http://francis.naukas.com/2016/11/12/la-materia-oscura-emerge-de-la-gravedad-segun-erik-verlinde/

    13 Noviembre 2016 | 18:13

  2. Javier Yanes

    Emilio,

    Lo cierto es que Verlinde habla de “materia oscura aparente” para explicar el efecto debido a la gravedad emergente, pero niega la existencia de partículas de materia oscura. El fenómeno existe, pero si no hay partículas, no hay materia.

    “In order to explain the observed phenomena we did not postulate the existence of
    a dark matter particle”.

    La conclusión principal de Verlinde:

    “The observed phenomena that are currently attributed to dark matter are the
    conesquence of the emergent nature of gravity and are caused by an elastic response
    due to the volume law contribution to the entanglement entropy in our universe.”

    Saludos,
    Javier

    13 Noviembre 2016 | 19:53

  3. Dice ser vetoven

    El caso es que ni idea, materia oscura o materia invisible

    13 Noviembre 2016 | 21:25

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