Representación artística del universo y la gravedad. Crédito de la imagen: Ilustración: Wallhere / @drojo
La idea es aún nueva y requiere muchas suposiciones en sus cálculos para que funcione. A lo largo de los años, los resultados experimentales han sido mixtos.
En 2009, Erik Verlinde, un físico teórico, propuso una modificación completa de la gravedad. La gravedad no es una fuerza fundamental en su teoría, sino más bien una manifestación de procesos ocultos más profundos. Sin embargo, en los últimos 15 años, la idea no ha recibido mucho apoyo experimental. ¿A dónde vamos ahora?
La física está llena de fenómenos emergentes. Por ejemplo, la temperatura no es una propiedad natural de los gases. En cambio, es el resultado emergente de una gran cantidad de colisiones microscópicas. Nos disponemos de los medios para correlacionar esas interacciones microscopicas con la temperatura; en realidad, la mecánica estadística es un campo entero de la física que estudia estas correlaciones.
Las conexiones entre comportamientos microscópicos y propiedades emergentes en otras áreas no son tan evidentes. Por ejemplo, aunque comprendemos los mecanismos simples detrás de la superconductividad, no comprendemos cómo las interacciones microscópicas producen superconductores de alta temperatura.
La teoría de Verlinde se basa en las observaciones realizadas por Stephen Hawking y Jacob Bekenstein en la década de 1970: se pueden expresar numerosas características de los agujeros negros a través de las leyes de la termodinámica. Sin embargo, los procesos microscópicos son la fuente de las leyes de la termodinámica. Verlinde consideró esto como algo más que una casualidad e indicó que la gravedad que sentimos puede provenir de un proceso físico más profundo.
En el año 2009, presentó la primera visión de su teoría. En esencia, no necesitamos conocer los procesos más complejos porque ya tenemos la mecánica estadística para describir las propiedades emergentes. Después de aplicar estas técnicas a la gravedad, Verlinde desarrolló una formulación alternativa de la gravedad.
Por lo tanto, Verlinde utilizó estas técnicas para aplicarlas a la gravedad y desarrolló una formulación alternativa de la gravedad. Y debido a que la gravedad está relacionada con nuestros conceptos de movimiento, inercia, espacio y tiempo, todo nuestro universo también proviene de esos mismos procesos más profundos.
Al principio, no resultó muy interesante; reescribir una ley conocida de la física, aunque interesante, no siempre ofrece conocimientos más profundos. Pero Verlinde amplió su teoría en 2016 al descubrir que un universo con energía oscura conduce naturalmente a una nueva propiedad emergente del espacio, permitiéndole empujarse hacia adentro en regiones de baja densidad.
Este hallazgo generó un gran revuelo porque ofreció una explicación alternativa a la materia oscura. En la actualidad, los astrónomos sostienen que la materia oscura es una sustancia enigmática e invisible que representa la mayor parte de la masa de cada galaxia. Aunque la hipótesis ha sido capaz de explicar numerosas observaciones, como la evolución de las estructuras más grandes del cosmos y las tasas de rotación de las estrellas dentro de las galaxias, todavía necesitamos identificar la partícula misteriosa.
La gravedad se comporta de manera diferente a lo que esperaríamos de la teoría de la relatividad general de Einstein en la imagen de Verlinde sobre la gravedad emergente cuando ingresa a regiones de baja densidad (básicamente, cualquier cosa fuera del sistema solar). La atracción natural de la materia hacia el espacio a gran escala la lleva a agruparse más densamente de lo que lo haría de otra manera.
Esta idea fue emocionante porque permitió a los astrónomos encontrar una manera de probar esta nueva teoría. Para diferenciar esta nueva teoría de la gravedad de los modelos de materia oscura, los observadores podrían aplicarla a modelos de estructura y evolución de galaxias.
Sin embargo, los resultados experimentales han sido contradictorios a lo largo de los años. En lo que respecta a las velocidades de rotación de las estrellas, algunas de las primeras pruebas favorecieron la gravedad emergente sobre la materia oscura. Sin embargo, las observaciones más recientes no han demostrado ningún beneficio. La materia oscura puede explicar mucho más que solo las tasas de rotación de las galaxias, ya que las pruebas realizadas en cúmulos de galaxias han demostrado que la gravedad emergente es insignificante.
Este no es el fin de la gravedad emergente. Para que funcione, la idea es aún nueva y requiere muchas suposiciones en sus cálculos. Es difícil determinar si las predicciones que hace sobre el comportamiento de las galaxias y los cúmulos representan con precisión lo que nos diría la gravedad emergente sin una teoría completamente desarrollada. Y los astrónomos todavía están trabajando para desarrollar pruebas más estrictas, como el uso de datos de fondo cósmico de microondas, para poner realmente a prueba la teoría.
La idea de gravedad emergente sigue siendo fascinante. Si esto es correcto, tendríamos que cambiar radicalmente nuestra comprensión del mundo natural y ver la gravedad y el movimiento (e incluso conceptos más fundamentales, como el tiempo y el espacio) a través de una lente que surge de interacciones más profundas y complejas. Sin embargo, por el momento, sigue siendo solo una idea fascinante. Solo el tiempo y las pruebas de observación detalladas determinarán si estamos en el camino correcto.
REFERENCIAS
On the origin of gravity and the laws of Newton. Springer Nature: https://link.springer.com/article/10.1007/JHEP04(2011)029
Emergent Gravity and the Dark Universe. SciPost: https://www.scipost.org/SciPostPhys.2.3.016
